(57)【要約】【課題】電気的または光学的測定に適用するのに十分な大きさを有する酸化亜鉛ナノベルトとその製造方法を提供する。【解決手段】銅亜鉛合金ディスクを加熱ターゲットとして、断面形状が六角形である単結晶酸化亜鉛からなるものとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が六角形である単結晶酸化亜鉛からなることを特徴とする酸化亜鉛ナノベルト。
【請求項２】
長さが２〜４μｍであり、幅が３０〜１５０ｎｍであり、厚さに対する幅の比率が２〜１０であることを特徴とする請求項１記載の酸化亜鉛ナノベルト。
【請求項３】
光を照射することにより、３７９ｎｍ近傍の波長帯域の光を発光することを特徴とする請求項１または２の酸化亜鉛ナノベルト。
【請求項４】
シリコン基板上に配向して成長することを特徴とする請求項３記載の酸化亜鉛ナノベルト。
【請求項５】
請求項４記載の酸化亜鉛ナノベルトを、シリコン基板上に直接調整することで複合体として形成されることを特徴とする酸化亜鉛ナノベルト複合体。
【請求項６】
断面形状が六角形である単結晶からなる酸化亜鉛ナノベルトの製造方法であって、高真空赤外線照射加熱炉内に設置されたタンタル製容器内部に、鏡面仕上げされたシリコンウェーファと亜鉛を３０〜４０重量％含有する銅亜鉛合金ディスクとを離して設置する加熱ターゲット設置工程と、高真空赤外線照射加熱炉内を排気により減圧する排気行程と、排気行程終了直後から銅亜鉛合金ディスクの加熱を行う銅亜鉛合金ディスク加熱工程と、加熱工程の後に銅亜鉛合金ディスクの温度を室温まで冷却する冷却工程と、高真空赤外線照射加熱炉内を減圧しつつ酸化亜鉛の成長したシリコン基板を加熱する工程とを有することを特徴とする酸化亜鉛ナノベルトの製造方法。
【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、酸化亜鉛ナノベルトとその製造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、電気的または光学的装置に対応するのに十分な大きさを有する酸化亜鉛ナノベルトとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、酸化亜鉛（ＺｎＯ）単結晶フィルムのエピタキシャル成長の製作技術に関する様々な試みがなされており、ナノチューブ、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノベルト等の様々な形態を有するナノ物質の製造技術の提案がこれまでになされてきた。また、線状ナノ分野の新種族である酸化物ナノベルトは、十分理解出来るディメンジョンに閉じこめられた搬送現象の理想の物質としで重要視されているとともに、ナノ装置を構成するために、これらの装置の形状寸法に良好に対応可能な有用な構成単位としでの活用が期待されている。これまでにも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）などの透明な伝導性酸化物ナノベルトの合成が報告されている（文献１〜４）。
【０００３】
しかしながら、実際に電気的または光学的装置に適用するためには、一定以上の大きさの酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノベルトの製造の実現に期待が寄せられているが、未だに、十分な大きさを有する酸化亜鉛ナノベルトの製造が実現したという報告はなされていない。このため、電気的または光学的装置に適用するのに十分な大きさを有する酸化亜鉛ナノベルトおよびその製造方法等の方策の提案が望まれでいた。
【０００４】
【文献】
【表１】
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【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、電気的または光学的測定に適用するのに十分な大きさを有する酸化亜鉛ナノベルトとその製造方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【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、第１に、断面形状が六角形である単結晶酸化亜鉛からなることを特徴とする酸化亜鉛ナノベルトを提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、上記の酸化亜鉛ナノベルトとして、第２に、長さが２〜４μｍであり、幅が３０〜１５０ｎｍであり、厚さに対する幅の比率が２〜１０であることを特徴とする酸化亜鉛ナノベルトを、第３に、光を照射することにより、３７９ｎｍ近傍の波長帯域の光を発光することを特徴とする酸化亜鉛ナノベルトを、また、第４に、シリコン基板上に配向して成長することを特徴とする酸化亜鉛ナノベルトを提供する。
【０００８】
また、この出願の発明は、第５に、上記の酸化亜鉛ナノベルトを、シリコン基板上に直接調整することで複合体として形成されることを特徴とする酸化亜鉛ナノベルト複合体を提供する。
【０００９】
さらに、この出願の発明は、第６に、断面形状が六角形である単結晶からなる酸化亜鉛ナノベルトの製造方法であって、高真空赤外線照射加熱炉内に設置されたタンタル製容器内部に、鏡面仕上げされたシリコンウェーファと亜鉛を３０〜４０重量％含有する銅亜鉛合金ディスクとを離して設置する加熱ターゲット設置工程と、高真空赤外線照射加熱炉内を排気により減圧する排気行程と、排気行程終了直後から銅亜鉛合金ディスクの加熱を行う銅亜鉛合金ディスク加熱工程と、加熱工程の後に銅亜鉛合金ディスクの温度を室温まで冷却する冷却工程と、高真空赤外線照射加熱炉内を減圧しつつ酸化亜鉛の成長したシリコン基板を加熱する工程を有することを特徴とする酸化亜鉛ナノベルトの製造方法をも提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【００１１】
この出願の発明である酸化亜鉛ナノベルトは、単結晶であり、断面形状が六角形である。酸化亜鉛ナノベルトの長さは、２〜４μｍであり、また、幅が３０〜１５０ｎｍであり、厚さに対する幅の比率は、２〜１０である。また、この出願の発明である酸化亜鉛ナノベルトは、光を照射することにより、３７９ｎｍ近傍の波長帯域の光を発光する。
【００１２】
この出願の発明の酸化亜鉛ナノベルトは、シリコン基板上に配向して、フィルム形状をなすように成長している。このとき、形成されたフィルムの厚さは２〜４μｍである。また、フィルムの表面の形状はシリコン基板と等しい。さらに、この酸化亜鉛ナノベルトを、シリコン基板上で直接調整することにより酸化亜鉛ナノベルト複合体が形成される。
【００１３】
この出願の発明の酸化亜鉛ナノベルトは、以下に示す製造方法により製造することができる。すなわち、この出願の発明の酸化亜鉛ナノベルトの製造方法は、主に、１）加熱ターゲット設置工程、２）排気行程、３）銅亜鉛合金ディスク加熱工程、４）冷却工程、５）酸化亜鉛の成長したシリコン基板の加熱工程の５工程からなるものである。
【００１４】
まず、加熱ターゲット設置工程においては、高真空赤外線照射加熱炉内に設置されたタンタル製容器内部に、鏡面仕上げされたシリコンウェーファと亜鉛を３０〜４０重量％含有する銅亜鉛合金ディスクとが離れて設置される。シリコンウェーファは、例えば、直径２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度のものが用いられ、２ｍｍ程度の間隔を持って、タンタル製容器内部に配列される。また、銅亜鉛合金ディスクとしては、例えば、直径がシリコンウェーファと同じく２５ｍｍ程度であり、また、厚さ１ｍｍ程度のものが用いられる。
【００１５】
続く、排気行程においては、高真空赤外線照射加熱炉内が排気により減圧される。このとき、高真空赤外線照射加熱炉内は例えば３０トル以下に減圧・排気される。
【００１６】
そして、銅亜鉛合金ディスク加熱工程においては、排気行程終了直後から銅亜鉛合金ディスクの加熱が行われる。具体的には、銅亜鉛合金ディスク表面が、例えば９００℃の温度で３０分以上継続して加熱されることが好ましい。
【００１７】
さらに、冷却工程においては、加熱工程の後に、銅亜鉛合金ディスクの温度が室温まで冷却される。
【００１８】
そして、シリコン基板の加熱工程においては、シリコンの表面に生成された酸化亜鉛ナノベルトフィルムにおける亜鉛の共通の沈積物を完全に除去されるように、高真空赤外線照射加熱炉内が減圧され、加熱が行われる。このとき、高真空赤外線照射加熱炉内は例えば１０−３トル以下であり、この高真空環境において７００℃の温度で、１０分間継続してシリコン１００％ウェーファが加熱される。
【００１９】
以上の工程を経ることで、シリコン基板上には酸化亜鉛ナノベルトが生成される。生成された酸化亜鉛ナノベルトは、単結晶であり、断面形状が六角形である。酸化亜鉛ナノベルトの長さは、２〜４μｍの範囲にあり、また、幅が３０〜１５０ｎｍであり、厚さに対する幅の比率は、２〜１０の範囲である。また、この酸化亜鉛ナノベルトは、発光波長よりも低波長の光、例えば波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザー光を照射することにより、３７９ｎｍ近傍の波長帯域の光を発光する。そして、この酸化亜鉛ナノベルトは、シリコン基板上に配向してフィルム形状に成長している。フィルムの厚さは２〜４μｍである。また、フィルムの表面の形状は、シリコン基板と等しい。
【００２０】
以上は、この出願の発明における形態の一例であり、この出願の発明がこれらに限定されることはなく、その細部について様々な形態をとりうることが考慮されるべきであることは言うまでもない。
【００２１】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００２２】
【実施例】
この出願の発明の酸化亜鉛ナノベルトの製造方法により、酸化亜鉛ナノベルトを製造した。
【００２３】
まず、第１の工程である加熱ターゲット設置工程においては、高真空赤外線照射加熱炉内に設置されたタンタル製容器内部に、鏡面仕上げされたシリコンウェーファと亜鉛を３０〜４０重量％含有する銅亜鉛合金ディスクとを離して設置した。シリコンウェーファとしては、直径２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度のものを用い、２ｍｍ程度の間隔を持って、タンタル製容器内部に配列した。また、銅亜鉛合金ディスクは、直径がシリコンウェーファと同じく２５ｍｍ程度であり、また、厚さ１ｍｍ程度のものを用いた。
【００２４】
続く、第２の工程である排気行程においては、高真空赤外線照射加熱炉内を排気により減圧した。このとき、高真空赤外線照射加熱炉内を、３０トル以下に減圧・排気した。
【００２５】
そして、第３の工程である銅亜鉛合金ディスク加熱工程においては、排気行程終了直後から、銅亜鉛合金ディスクの加熱を行った。銅亜鉛合金ディスク表面を９００℃で３０分継続して加熱した。
【００２６】
第４の工程である冷却工程においては、加熱工程の後に、銅亜鉛合金ディスクの温度を室温まで冷却した。
【００２７】
そして、第５の工程である酸化亜鉛の成長したシリコン加熱工程においては、シリコン表面に生成された酸化亜鉛ナノベルトフィルムにおける亜鉛の共通の沈積物を完全に除去するために、高真空赤外線照射加熱炉内を減圧しつつ、加熱を行った。このとき、高真空赤外線照射加熱炉内は１０−３トル以下であり、この高真空環境において７００℃の温度で１０分間継続して加熱した。
【００２８】
以上の工程を経て製造されたこの出願の発明である酸化亜鉛ナノベルトのＳＥＭ像を図１に示した。図１（ａ）は上方からのＳＥＭ像であり、また図１（ｂ）は斜め４０度からのＳＥＭ像である。
【００２９】
図１（ａ）より、準整列化された酸化亜鉛ナノベルトが、シリコン１００％ウェーファ上に生成されていることがわかる。また、図１（ｂ）に示す様に、酸化亜鉛ナノベルトが一方向に配向成長しフィルム形状をなしている。生成された酸化亜鉛ナノベルトは、膜厚が略２〜４μｍの範囲にあり、大きさは通常においては直径が略２５ｍｍの円形状をなしている。
【００３０】
図２は、シリコン１００％ウェーファ上に成長した酸化亜鉛ナノベルトのＸＲＤパターンである。図２より、ナノベルトの格子定数がａ＝Ｏ．３２５０ｎｍおよびｃ＝０．５２０１ｎｍで、センアエン鉱型（ウルツァイト、ｗｕｒｔｚｉｔｅ）構造を有していることがわかる。
【００３１】
図３は、製造された酸化亜鉛ナノベルトのＴＥＭ顕微鏡写真である。図３（ａ）より、酸化亜鉛ナノベルトが長さ方向に沿って成長していることがわかる。図３（ｂ）は、高倍率におけるＴＥＭ顕微鏡写真である。また、図３（ｂ）の差込図は、［１０１０］方向に沿って撮影した電子回折図である。ほとんどの酸化亜鉛ナノベルトが［０００１］方向に沿って調製されていることがわかる。また、寸法としては、長さが２〜４μｍの範囲にあり、厚い切断面の幅が１００〜１５０ｎｍの範囲で薄い切断面の幅約３０〜５０ｎｍの範囲にある。そして、厚み寸法に対する幅寸法の比率が５以上であることがわかる。
【００３２】
図４は、製造された酸化亜鉛ナノベルトの室温フォトルミネセンス（ＰＬ）スペクトラムである。図４に示すとおり、波長が３７９ｎｍの強い発光を呈し、発光量は全幅の中間点の最大量で１０６ｍｅＶであった。
【００３３】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、電気的または光学的測定に適用するのに十分な大きさを有する酸化亜鉛ナノベルトとその製造方法が提供される。
【００３４】
この出願の発明である酸化亜鉛ナノベルトおよび酸化亜鉛ナノベルト複合体は、電気的または光学的測定に適用するのに十分な大きさを有するとともに、波長が３７９ｎｍの近傍の波長帯域であり、最大発光量が１０６ｍｅＶの強い発光を呈する。この出願の発明である酸化亜鉛ナノベルトおよび酸化亜鉛ナノベルト複合体は、光学電子装置等への応用が可能であるだけでなく、シリコン電子工学と結合したナノテクノロジーの発展に寄与するものであるから、その実用化が強く期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の実施例において製造された酸化亜鉛ナノベルトのＳＥＭ像である。
【図２】この出願の発明の実施例において、リコン１００％ウェーファ上に成長した酸化亜鉛ナノベルトのＸＲＤパターンである。
【図３】この出願の発明の実施例において製造された酸化亜鉛ナノベルトのＴＥＭ顕微鏡写真である。
【図４】この出願の発明の実施例において製造された酸化亜鉛ナノベルトの室温フォトルミネセンス（ＰＬ）スペクトラムである
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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