(57)【要約】【課題】針状の形態を有する結晶材料を、その形態のもつ固有の機能を電子デバイスあるいは光デバイスなど情報処理装置に応用するための機能性デバイスとして利用するためには、その針状の結晶の固有の機能を保持しつつ、３次元的な位置関係を保持するに足る強度を維持しなければならない。しかし、針状の形態を有する結晶材料と基板材料との接触部分は、基本的に点接触であるため立体構造としての強度は期待できない。よって、針状の形態を有する結晶材料の機能を損なうことなく、何らかの方法で接触部分を補強し、３次元的な位置関係を保持するに足る強度を維持することが課題である。【解決手段】線膨張係数がウィスカー構成材料の線膨張係数に近い樹脂で包埋することによって、従来の課題を解決した。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本発明は、固体化するときの体積減少率が非常に小さな樹脂を用いてウィスカーの根元を包埋することにより固定する方法であり、前記ウィスカーの直立状態を保持することにより、前記ウィスカーが有する少なくとも先端に電界が集中するという特性を損なわずに、その機能をデバイスとして利用することが可能となることを特徴とする針状結晶の構造強度改善方法。
【請求項２】
請求項１に記載の針状結晶の構造強度改善方法において、前記ウィスカー構成材料と含浸性の良い樹脂とをあわせて用い、未硬化樹脂と前記ウィスカー構成材料との界面張力を利用して、前記ウィスカー構成材料におけるウィスカー間隙に未硬化樹脂を吸収させ、包埋させることを特徴とする針状結晶の構造強度改善方法。
【請求項３】
請求項２に記載の前記ウィスカーのそれぞれの隙間に、機能性フィラーをまき散らし、そこへ前記機能性フィラーの表面および前記ウィスカーの表面の両方に濡れ性のよい液状樹脂を流し込み固めることにより、よりいっそう、構造強度を強化することを特徴とする針状結晶の構造強度改善方法。
【請求項４】
請求項３において、流し込む樹脂にあらかじめ機能性フィラーを混入し、分散さておき、その樹脂を流し込む方法を特徴とする針状結晶の構造強度改善方法。
【請求項５】
請求項３および請求項４に用いる機能性フィラーを中空のものを用いることを特徴とする針状結晶の構造強度改善方法。
【請求項６】
請求項３および請求項４に記載のフィラーの機能が樹脂の線膨張係数を補償することにある請求項２に記載の方法を特徴とする針状結晶の構造強度改善方法。
【請求項７】
請求項３および請求項４および請求項５に用いる機能性フィラーとして、マイクロビーンズを用いることで、構造強度を強化することを特徴とする針状結晶の構造強度改善方法。
【請求項８】
前記ウィスカー基板に互いに異なる液状樹脂を複数回繰り返して流し込み、層状の包埋形態となることを特徴とする、請求項１から請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は針状の形態（以下ウィスカー）を有する結晶材料を、その形態ゆえに発現する固有の機能を電子デバイスあるいは光デバイスなど情報処理装置に応用するための機能性デバイスとして利用する際に、その針状形態が長期間に渡り安定して維持できるようにするための、デバイス製造上の基盤技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特願平１０−２３１１４１
【特許文献２】特願平１０−２５４６９１
【非特許文献１】佐藤実，田中教雄，大塩茂夫，斎藤秀俊（長岡技科大）、日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集ＶＯＬ．１１ｔｈ　ＰＡＧＥ．３６０　１９９８
【０００３】
ＺｎＯ（酸化亜鉛）は簡便な製造方法で容易にウィスカーを形成する材料として知られ（特許文献１）、（特許文献２）、（非特許文献１）、一般的にウィスカーサイズは直径が約１〜５μｍ、アスペクト比（長さ／直径）が５〜２０μｍ程度である。
【０００４】
ウィスカーとは結晶化の一形態であり、その特徴として、転移・欠陥の数が非常に少なくなっていることがあげられ、光学的特性も完全な結晶に近いものが得られ、さらに、ウィスカー結晶の強度も、その結晶状態における理論値近くに達することが知られている。
【０００５】
しかし、ウィスカー結晶単体としての強度は強くても、ウィスカーが垂直に林立した集合体として扱う場合には、ウィスカーとウィスカーを成長させるために用いた基板との接触部分の強度にウィスカーの集合体としての強度が支配されることになる。
【０００６】
ウィスカーと基板との接触部分、即ち根元部分は、基本的に点接触であるために立体構造としての強度は期待できず、例えば平面上に林立させたウィスカー基板を機能性デバイスとして利用する場合には何らかの手段で根元部分を補強することが必要である。
【０００７】
前記根元部分の接触強度を補強する一つの方法として、樹脂を流し込む手法が考えられ、一般的にはその樹脂の粘度を出来るだけ下げておくことが必要であると予想される。
【０００８】
例えば、アルコール等で希釈して粘度を下げた樹脂溶液をウィスカーの集合体に包埋させることは可能であった。ところが、溶剤蒸発時に、樹脂溶液の粘度が上昇しながら、体積が減少することでウィスカーが横方向になぎ倒されてしまい、ウィスカーの直立を維持できなかった。
【０００９】
したがって、このような手法では、ウィスカーが流し込んだ樹脂に引きずられてしまい、ウィスカーの直立状態を保持するという本来の目的が達成できなかった。
【００１０】
そこで、「溶剤系では、溶剤蒸発時の体積収縮を回避できない。」という課題を克服するために、溶剤を使用しないで、流し込む樹脂の粘度のパラメータよりも、その樹脂とウィスカーとの接触角（界面張力）のパラメータを優先させた新しい包埋手法を考案した。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
例えばＺｎＯ（酸化亜鉛）は大気蒸散ＣＶＤなどの簡便な方法で容易に平面上に広がるウィスカー形態を形成する材料であり、ウィスカーサイズはおおよそ直径が１〜５ミクロン、アスペクト比（長さ／直径）が５〜２０程度である。
【００１２】
しかし、ウィスカーと基板との接触部分は、基本的に点接触であるために立体構造としての強度は期待できず、ウィスカー基板を電子デバイス、あるいは、光情報処理デバイスとして利用する場合には、その針状形態が長期間に渡り安定して維持できるように、何らかの手段で安定的に根元部分を補強することが望まれていた。
【００１３】
課題を解決するための条件として、（１）密集したウィスカーの間隙に未硬化樹脂が十分に浸透していくこと。および、（２）樹脂が硬化する際にその体積収縮が非常に小さいこと。さらに、（３）硬化した樹脂の線膨張係数がウィスカー構成材料の線膨張係数に近いことがあげられる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１）密集したウィスカーの間隙に未硬化の樹脂が十分浸透するためには、ウィスカーの構成材料である、たとえばＺｎＯと馴染みがよく、さらに樹脂の粘度が低いことが望ましい。通常のＺｎＯの表面は大気中の水分の影響もあり親水性のため、浸透させる樹脂もＯＨ基を多く持った親水特性の高いものを設計することで解決できる。
【００１５】
（２）樹脂が硬化する際の体積収縮を抑制するためには、無溶剤タイプの樹脂であることが、まず基本である。さらに、樹脂が硬化する際に脱離基を放出しない樹脂（例えばエポキシ系樹脂）を選択・設計することで、硬化時の体積収縮を抑制することができる。
【００１６】
（３）樹脂の線膨張係数をウィスカーのそれに近づけるためには、樹脂中に熱膨張係数の小さい微粒子を混入することで達成できる。本件の場合はウィスカー間の空隙が非常に狭いので、サブミクロンオーダーの粒子径を持つ熱膨張係数の小さい微粒子を混ぜることで、樹脂の線膨張係数を抑制しつつウィスカー間の空隙に樹脂を充填し、ウィスカー根元を強固に固定することが可能となる。
【００１７】
この微粒子には、具体的には、シリカフィラー等があげられる
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。
【００１９】
そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の説明に用いる図は、必ずしも実施の形態などの実物や記述と相似形でない場合もある。
【００２０】
また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。
【００２１】
【実施例１】
図１に包埋させる樹脂の量を、ウィスカーの平均的な長さに近いところまで充填した例を示す。
【００２２】
このような包埋状態を作りだすと、指でふれるなどの扱い方をしてもウィスカー先端は倒れにくい。
【００２３】
このように、ウィスカー先端だけを残すような包埋処理は、ミクロンサイズのヤスリとしての応用も期待できる。
【００２４】
【実施例２】
図２に包埋させる樹脂の量を、ウィスカーの平均的な長さの半分程度まで充填した例を示す。この場合には、未発達のウィスカーが樹脂の上に出る。
【００２５】
【実施例３】
別の基板に、あらかじめ未硬化の樹脂を所定厚みに塗布しておき、ウィスカー先端をその樹脂に浸入させてから、樹脂を硬化することでウィスカー先端側を固定することができ、その後、ウィスカーを成長させた基板を取り去ることで、長さの揃ったウィスカーのみを選択的に固定した例である。
【００２６】
【実施例４】
まず、実施例２に示すようにウィスカーの中程まで樹脂を充填しウィスカーを十分固定する。その後、第２の樹脂を流し込み、第１の実施の形態に示す位置まで包埋することで、２層の樹脂により包埋されたウィスカー基板を得ることができる。
【００２７】
本実施の形態には、樹脂が２種２層の場合についてのみ例示したが、２種２層に限定するものではなく、１種以上の樹脂で１層以上の積層構造の全てを包含する。
【００２８】
また、第３の実施の形態の後に適用することもできる。
【００２９】
【実施例５】
実施例４において最上層の樹脂を流し込む際に、ウィスカーの先端より高くなるよう過剰に流し込み、樹脂に対する接着性の低い板を密着させ過剰な樹脂を基板の横方向に押し出してから、第２の樹脂を硬化させることで、ウィスカー先端平面と均一な樹脂表面を形成できることを示した例である。
【００３０】
この平面度の良い表面には、第３の薄膜を形成し、はく離を良くするなどの機能を実現することも可能である。
【００３１】
本実施の形態には、樹脂が２種類で２層構造の場合についてのみ例示したが、２種類２層に限定するものではなく、１種類以上の樹脂で２層以上の積層構造の全てを包含する。
【００３２】
また、実施例３の後に適用することもできる。
【００３３】
以上、本発明の針状結晶（ウィスカー）の構造強度改善方法に関する実施の形態について、その製造方法も含めて説明したが、本発明はこれらの説明に狭く限定されるものではなく、その基本となる技術思想に基づいて、材料の種々の変更、製造方法の変更を可能とするものであることは、上記説明から明らかなことである。
【００３４】
【発明の効果】
以上、本発明の針状結晶（ウィスカー）の構造強度改善方法について説明したが、本発明は、たとえば、針状に成長する半導体結晶ＺｎＯの先端のナノサイズ効果による電界の集中現象を、電気デバイスや、光応用デバイスに適用する際に、実用的なデバイスとして必要となる構造的強度を確保するための製造上の技術を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウィスカーの平均的長さの近くまで包埋した例
【図２】ウィスカーの平均的長さの半分程度に包埋した例
【図３】ウィスカーの先端を包埋した例
【図４】ウィスカーの半分程度まで包埋し、さらに第２の樹脂を充填した例
【図５】ウィスカーの先端が平坦になるように包埋した例
【符号の説明】
１　ウィスカー（針状結晶）
２　樹脂　Ａ
３　ウィスカー成長基板
４　樹脂　Ｂ
５　別基板
６　はく離板
７　未発達ウィスカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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