(57)【要約】【課題】電気伝導度が高く、電極材料として最適な銀のナノ構造を半導体基板上の任意の位置に簡便に作製する。【解決手段】走査トンネル顕微鏡の探針に銀から形成されたもの若しくは銀薄膜が表面に被覆されたものを使用し、この探針に電圧パルスを印加して探針から半導体基板表面上に銀をナノメートルスケールで移送する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査トンネル顕微鏡の探針に銀から形成されたもの若しくは銀薄膜が表面に被覆されたものを使用し、この探針に電圧パルスを印加して探針から半導体基板表面上に銀をナノメートルスケールで移送することを特徴とする走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法。
【請求項２】
探針に印加する電圧パルスの条件を、電圧±３Ｖ〜±１０Ｖ、パルス幅１０μｓ〜１ｓとする請求項１記載の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電気伝導度が高く、電極材料として最適な銀のナノ構造を半導体基板上の任意の位置に簡便に作製することのできる走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
基板上にナノスケールで電極やドットを作製する方法として電子ビームリソグラフィー法が一般に知られているが、この電子ビームリソグラフィー法によっては２０ナノメートル以下のワイヤやギャップ構造は作製されていない（たとえば、非特許文献１参照）。また、電子ビームリソグラフィー法による作製方法は手順が複雑であり、５０ナノメートル以下の電極構造を精度よく作製するには、高度な技巧が必要とされている。
【０００３】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電気伝導度が高く、電極材料として最適な銀のナノ構造を半導体基板上の任意の位置に簡便に作製することのできる走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００４】
【非特許文献１】
パーク（Ｙ．　Ｄ．　Ｐａｒｋ）、外５名，「電子ビームリソグラフィー法によりパターン付けしたＮｉナノワイヤと、リフトオフ及びドライ・エッチング技術により作製したＮｉナノワイヤの比較研究（Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｎｉ　ｎａｎｏｗｉｒｅｓ　ｐａｔｔｅｒｎｅｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　ｌｉｆｔ−ｏｆｆ　ａｎｄ　ｄｒｙ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」，真空科学技術ジャーナル（Ｊ．　Ｖａｃ．　Ｓｃｉ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．），　第Ｂ　１８（１）巻，２０００年１−２月号（Ｊａｎ／Ｆｅｂ　２０００），ｐ．１６−２０
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、走査トンネル顕微鏡の探針に銀から形成されたもの若しくは銀薄膜が表面に被覆されたものを使用し、この探針に電圧パルスを印加して探針から半導体基板表面上に銀をナノメートルスケールで移送することを特徴とする走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法（請求項１）を提供する。
【０００６】
この出願の発明は、探針に印加する電圧パルスの条件を、電圧±３Ｖ〜±１０Ｖ、パルス幅１０μｓ〜１ｓとすること（請求項２）を一態様として提供する。
【０００７】
以下、実施例を示しつつ、この出願の発明の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法についてさらに詳しく説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法では、図１（ａ）（ｂ）の概念図に示したように、走査トンネル顕微鏡の探針に銀から形成されたもの（銀探針）若しくは銀薄膜が表面に被覆されたもの（銀薄膜被覆探針）を使用する。そして、この探針に電圧パルスを印加し、探針から半導体基板表面上に銀をナノメートルスケールで移送する。銀の移送は次のようにして行われる。すなわち、図１（ａ）に示したように、電圧パルスの印加により探針表面に電界誘起拡散が起こり、銀が探針先端に移動する。すると、半導体基板との間のギャップ距離が減少し、電界強度が増大して探針先端の銀が、電界蒸発して半導体基板表面に向かう若しくは半導体基板上に点接触する。いずれの場合も銀は半導体基板上に移送される。この後、図１（ｂ）に示したように、探針が上昇すると、半導体基板表面上に銀のナノドットが定着する。
【０００９】
したがって、この出願の発明の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法により、半導体基板上の任意の位置を探索し、任意の位置に銀ナノ構造の作製が可能となる。作製される銀ナノ構造は、これまでの電子ビームリソグラフィー法では実現不可能なナノ構造である。また、そのような銀ナノ構造の作製は、たとえば、走査トンネル顕微鏡に一般的に付随する粗動位置制御装置及び走査イメージング機構を用いることにより実現される。
【００１０】
また、この出願の発明の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法では、上記銀ナノドットを半導体基板上に高い確率で作製することができる。探針に印加する電圧パルスの条件に最適な条件を選定することにより、たとえば、電圧±３Ｖ〜±１０Ｖ、パルス幅１０μｓ〜１ｓとすることにより、ほぼ１００％の確率で探針から半導体基板表面上に銀原子を移送することが可能である。金探針を用いた金ナノドットの作製確率は最高でおよそ５０％であり、銀ナノドットの作製確率の方が格段に高い。より高い作製効率、再現性、歩留まりで銀ナノ構造が作製される。
【００１１】
以上より、この出願の発明の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法により作製される銀ナノ構造は、ナノドット及びナノワイヤを可能にし、銀は電気伝導度が高く、電極材料として最適なもので物質であるため、ナノ電子回路の構築の容易化、ナノ電子回路の修復の実現が期待される。
【００１２】
なお、この出願の発明の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法では、探針の材料として９８％以上の高純度の銀ワイヤ若しくは銀薄膜を選択することができる。この内、銀ワイヤを探針に採用する場合、探針先端を先鋭化する必要があるが、これには電解研磨、ニッパー等による直接切断、若しくはガリウムイオンなどの集束イオンビームを照射して加工する集束イオンビーム加工などを採用することができる。一方、銀薄膜を表面被覆した探針とする場合には、たとえば、電解研磨により作製したタングステン探針の表面に銀薄膜をスパッタ蒸着させることが例示される。
【００１３】
【実施例】
走査トンネル望遠鏡の探針として銀探針、銀薄膜被覆探針をそれぞれ作製した。銀探針は、純銀の探針とし、純度９９．９９％の銀ワイヤからニッパーを用いてひねり、引っ張って切断し、作製した。また、銀薄膜被覆探針は、電解研磨により作製した先鋭なタングステン探針上に直流マグネトロンスパッタ法により純度９９．９９％の銀薄膜を厚み２００ｎｍで成膜して作製した。作製した銀探針若しくは銀薄膜被覆探針に電圧パルスを印加し、銀を半導体基板上に移送した。なお、半導体基板はＮ型シリコン（１１１）とし、その表面構造は、超高真空中清浄化処理により再構成（７×７）構造とした。
【００１４】
銀の移送は、図１（ａ）に示したように、トンネル電流によるフィードバックを解除し、電圧パルスを上記探針に印加して電界誘起拡散により探針先端へ銀の移動を促進させた。その結果、ギャップ距離が減少し、電界強度が増大することにより、電界蒸発若しくは点接触が生ずる。いずれの場合も、銀は半導体基板上に移送される。この後、図１（ｂ）に示したように、トンネル電流によるフィードバック制御を再開することにより、減少していたギャップ距離を修正するように探針位置が上昇し、半導体基板表面上に付着した銀ナノドットが定着する。
【００１５】
図２は、銀薄膜被覆探針を用いてＳｉ（１１１）−（７×７）基板表面上に作製した銀ドットを示したＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）像（５００ｎｍ×５００ｎｍ）である。電圧パルス条件は、パルス電圧＝−３．５Ｖ、パルス幅＝１ｍｓとした。直径及び高さが数ナノメートル以下の銀ナノドットが〜９２％という高い確率で作製された。パルス電圧を±４Ｖ以上にすると、ほぼ１００％の確率で銀ナノドットが得られる。
【００１６】
図３は、銀薄膜被覆探針を用いてＳｉ（１１１）−（７×７）基板表面上に作製した銀ナノワイヤを示したＳＴＭ像（１０００ｎｍ×１０００ｎｍ）である。電圧パルス条件は、パルス電圧＝−４．５Ｖ、パルス幅＝１ｍｓとした。安定して作製される銀ドットによりこれが連続したワイヤを任意の位置に形成可能であることが確認される。
【００１７】
図４は、銀薄膜被覆探針を用いてＳｉ（１１１）−（７×７）基板表面上に作製した銀ナノ文字を作製したＳＴＭ像（１０００ｎｍ×１０００ｎｍ）である。電圧パルス条件は、パルス電圧＝−４．５Ｖ、パルス幅＝１ｍｓとした。図３に示したように、任意の位置にドットの連続体が作製可能であり、したがって、図４に示したナノ文字が作製された。このことから、文字以外の複雑な図形であってもナノスメートルケールで作製可能であると合理的に考えられ、ナノスケール配線への応用が有望視される。
【００１８】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。走査トンネル顕微鏡の探針の作製方法、電圧パルス条件などの細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、電気伝導度が高く、電極材料として最適な銀のナノ構造を半導体基板上の任意の位置に簡便に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、この出願の発明の走査トンネル顕微鏡による銀ナノ構造の作製方法の工程を示した概念図である。
【図２】銀薄膜被覆探針を用いてＳｉ（１１１）−（７×７）基板表面上に作製した銀ドットを示したＳＴＭ像（５００ｎｍ×５００ｎｍ）である。
【図３】銀薄膜被覆探針を用いてＳｉ（１１１）−（７×７）基板表面上に作製した銀ナノワイヤを示したＳＴＭ像（１０００ｎｍ×１０００ｎｍ）である。
【図４】銀薄膜被覆探針を用いてＳｉ（１１１）−（７×７）基板表面上に作製した銀ナノ文字を作製したＳＴＭ像（１０００ｎｍ×１０００ｎｍ）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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