(57)【要約】【課題】加熱・冷却の応答特性、均熱性及び信頼性にすぐれ、且つ精密な温度制御が可能なヒータ構造体及びこのヒータ構造体を用いた各種の機能デバイスを提供する。【解決手段】結晶ダイヤモンド層１２と、この結晶ダイヤモンド層１２に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層１３と、このアモルファス抵抗層１３に電気的に接続される一対の電極２１ａ，２１ｂと、結晶ダイヤモンド層１２に接して流れるエネルギーの流路（マイクロ流路）２５とを備える機能デバイスである。ここで、「エネルギーの流れ」は、マイクロ流路２５中の分子の流れ、即ち流体の流れである。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶ダイヤモンド層と、
該結晶ダイヤモンド層に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層と、
該アモルファス抵抗層に電気的に接続される一対の電極
とを備えることを特徴とするヒータ構造体。
【請求項２】
前記非晶質ダイヤモンド領域には、希ガス元素又は炭化物形成元素が導入されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ構造体。
【請求項３】
前記結晶ダイヤモンド層は、単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒータ構造体。
【請求項４】
結晶ダイヤモンド層と、
該結晶ダイヤモンド層に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層と、
該アモルファス抵抗層に電気的に接続される一対の電極と、
前記結晶ダイヤモンド層に接して流れるエネルギー若しくは情報の流路
とを備えることを特徴とする機能デバイス。
【請求項５】
前記エネルギーの流れは、分子、電子及び光子のいずれかの流れよりなることを特徴とする請求項４に記載の機能デバイス。
【請求項６】
結晶ダイヤモンド層と、
該結晶ダイヤモンド層に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層と、
該アモルファス抵抗層に電気的に接続される一対の電極と、
前記結晶ダイヤモンド層に接したエネルギーの放出面
とを備えることを特徴とする機能デバイス。
【請求項７】
前記エネルギーの放出面から熱電子が放出されることを特徴とする請求項６に記載の機能デバイス。
【請求項８】
前記結晶ダイヤモンド層に熱的接触する温度測定用抵抗層を更に備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の機能デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒータ構造体及びこのヒータ構造体を用いた各種の機能デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いた各種の機能デバイスが数多く提案・開発されており、中でもヒータ構造体（ヒータエレメント）を用いたものも多岐にわたっている。一例として、インクジェットプリンタなどに用いられている加熱蒸発によるインク吐出ノズル、薬液の流路やバルブ、ポンプなどを集積して化学的な反応を基板上に集積することを目指している微小化学集積システム（マイクロＴＡＳ）などがある。これらにおける、微小な領域を加熱するヒータ（以下、「マイクロヒータ」と呼ぶ）は、主に抵抗体に通電し、所望の発熱を得る方式が取られている。抵抗体として、金属薄膜などをパターニングした薄膜ヒータ、半導体に硼素（Ｂ）等のアクセプタ不純物、燐（Ｐ）等のドナー不純物をドーピングして抵抗体を形成した拡散抵抗ヒータなどが用いられている。
【０００３】
特に、ダイヤモンドにＢをドーピングして抵抗体を形成した拡散抵抗ヒータが提案されている（特許文献１及び２参照。）。
【０００４】
一方、マイクロポンプとして、ピエゾなどを用いてマイクロ流路の一部の液だめを膨張・収縮させる動きと連動して，液だめ前後のマイクロ流路の隘路に設けた加熱ヒータを交互にオン・オフさせる方式が提案されている（非特許文献１参照。）。加熱ヒータにより、隘路近傍の液温が交互に上下させるのである。一般に温度を上げたほうが液の粘性が下がるため、液だめ容積を増やす動きの場合には、ヒータオン側のマイクロ流路から優先的に液が流れ込み，逆に液だめを収縮する動きのときには、他方のヒータをオンすることで、こちら側から優先的に液を吐出させることができる。
【０００５】
光スイッチは、ＭＥＭＳ技術の重要応用ターゲットの一つであり、光信号を電気信号に変換することなく、直接光の状態で所望の経路に振り分けることで、より高速でシンプルな光通信システムを実現することが期待されている。光スイッチの方式には極めて多くのものがあるが、温度変化による光学物性の変化を利用する方式もその一つである（非特許文献２参照。）。非特許文献２に開示された方式では、例えば分岐した光配線経路の一方を加熱することによって、熱光学効果によって、屈折率を変化させ、光の伝播を低減させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１６１４５５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−３２７３３４号公報
【０００８】
【非特許文献１】
松本壮平ら、機械技術研究所所報１９９９年，５３巻，６号，ｐ．１８７
【０００９】
【非特許文献２】
佐久間健ほか、フジクラ技報、２００２年、４月、１０２号、ｐ．９
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に開示された方式においては、液だめの膨張・収縮サイクルに同期させて都度隘路領域での温度を上下させる必要があり、又、このためにはマイクロ流路の内壁に拡散ヒータを設ける必要があるため、導電性液体には適用できない、或いは付随した電気化学反応を生じてしまうなどの問題と共に、加熱・冷却の応答特性が悪いという問題があった。
【００１１】
非特許文献２に開示された方式の光スイッチは、稼動部分がなく、構造がシンプルである特徴を有するが、一方で、光スイッチに強く求められるスイッチ速度の改善が望まれている。これまでの例ではヒータには金属薄膜等が用いられており、この加熱・冷却の応答特性がスイッチ速度を大きく左右していた。
【００１２】
更に、従来のマイクロヒータには、加熱・冷却の応答特性以外にも、以下のような問題点がある。まず、金属等の薄膜を抵抗体とするヒータは、比較的簡単に所望の通電配線路のパターンが得られるものの、線路と被加熱体の間の繰り返し加熱による剥離等の問題が生じやすい。又金属薄膜の抵抗が低すぎ、所望の抵抗値を得ることが難しい場合があった。
【００１３】
一方、特許文献１及び２に開示されたような、半導体へのドナーあるいはアクセプター不純物の拡散による抵抗体を構成したヒータは、拡散層の抵抗値の温度変化が大きく、特に昇温に伴って大幅に抵抗が減少する特性から熱暴走が生じやすく、通電による温度制御がやりにくい問題があった。
【００１４】
上記問題点を鑑み、本発明は、加熱・冷却の応答特性及び信頼性にすぐれ、且つ精密な温度制御が可能なヒータ構造体及びこのヒータ構造体を用いた各種の機能デバイスを提供すること目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、結晶ダイヤモンド層と、この結晶ダイヤモンド層に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層と、このアモルファス抵抗に電気的に接続される一対の電極とを備えるヒータ構造体であることを要旨とする。「結晶ダイヤモンド層」としては単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜が採用可能である。
【００１６】
本発明の第１の特徴によれば、通電加熱層となるアモルファス抵抗層が、ヒータ構造体の基体しての結晶ダイヤモンド層と一体で構成できる。このため、通電加熱層と基体の密着性、或いは熱履歴による通電加熱層と基体の剥離、更には破損するようなことがなくなり、長期の安定性と信頼性が向上する。
【００１７】
又、本発明の第１の特徴に係るアモルファス抵抗層は、拡散型ヒータに比べ、抵抗の温度変化が小さく、広い温度範囲で抵抗低減が小さいことから、加熱時の温度制御が容易で温度安定性が高い。
【００１８】
結晶ダイヤモンドは、良好な熱伝導率を有するので、ヒータ構造体の均熱性が高く、熱応答がよい。特に、基体として単結晶ダイヤモンド層を採用した場合は、単結晶ダイヤモンドがもつ固体物質中最高の熱伝導率から、ヒータ構造体の均熱性が高く、熱応答がよいことから高速動作が可能になる。
【００１９】
本発明の第１の特徴に係るアモルファス抵抗層（非晶質ダイヤモンド領域）は、結晶ダイヤモンド層に、希ガス元素又は炭化物形成元素のイオンを、望ましくは、ドーズ量Φ＝１０１５ｃｍ−２から１０１６ｃｍ−２程度の高ドーズ量で注入することにより実現できる。ここで、「炭化物形成元素」として、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、及び硼素（Ｂ）等が例示出来る。このうち、Ｎ、Ｂはダイヤモンドの格子位置に入れば、それぞれドナー、アクセプタとして働きうるが、ドーズ量Φ＝１０１５ｃｍ−２から１０１６ｃｍ−２程度の高ドーズ量（注入濃度レベル）の条件では、ダイヤモンド中で炭化物（化合物）を形成している元素として振る舞っていると捉えた方がよい。
【００２０】
本発明の第２の特徴は、結晶ダイヤモンド層と、この結晶ダイヤモンド層に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層と、このアモルファス抵抗層に電気的に接続される一対の電極と、結晶ダイヤモンド層に接して流れるエネルギー若しくは情報の流路とを備える機能デバイスであることを要旨とする。ここで、「エネルギーの流れ」は、代表的には、分子、電子及び光子のいずれかの流れよりなる。ＭＥＭＳ技術への応用で考えれば、例えば、マイクロＴＡＳ、マイクロポンプにおける構造では、分子の流れ、即ち流体の制御をすることが可能になる。半導体装置への応用で考えれば、電子の流れを制御をする。光スイッチへの応用で考えれば、量子力学的粒子である光子の流れを制御する、或いは光伝送路を流れている情報を制御することになる。第１の特徴で述べたように、「結晶ダイヤモンド層」としては単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜が採用可能である。
【００２１】
本発明の第２の特徴は、第１の特徴に係る通電加熱層となるアモルファス抵抗層が、ヒータ構造体の基体しての結晶ダイヤモンド層とを一体で構成したヒータ構造体を集積化した機能デバイスである。このため、通電加熱層と基体の密着性、或いは熱履歴による通電加熱層と基体の剥離、更には破損するようなことがなくなり、機能デバイスの長期の安定性と信頼性が向上する。
【００２２】
又、本発明の第２の特徴に係る機能デバイスに用いているアモルファス抵抗層は、拡散型ヒータに比べ、抵抗の温度変化が小さく、広い温度範囲で抵抗低減が小さいので、加熱時の温度制御が容易で温度安定性が高い。
【００２３】
結晶ダイヤモンドは、良好な熱伝導率を有するので、ヒータ構造体の均熱性が高く、熱応答がよい。特に、基体として単結晶ダイヤモンド層を採用した場合は、単結晶ダイヤモンド層がもつ固体物質中最高の熱伝導率から、ヒータ構造体の均熱性が高く、熱応答がよいことからエネルギーの流れ若しくは情報を高速に制御できる。
【００２４】
本発明の第３の特徴は、結晶ダイヤモンド層と、この結晶ダイヤモンド層に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層と、このアモルファス抵抗層に電気的に接続される一対の電極と、結晶ダイヤモンド層に接したエネルギーの放出面とを備える機能デバイスであることを要旨とする。例えば、エネルギーの放出面から熱電子が放出される場合には、本発明の第３の特徴に係る機能デバイスは熱電子源として機能する。第１及び第２の特徴で述べたように、「結晶ダイヤモンド層」としては単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜が採用可能である。
【００２５】
本発明の第３の特徴は、第１の特徴に係る通電加熱層となるアモルファス抵抗層が、ヒータ構造体の基体しての結晶ダイヤモンド層とを一体で構成したヒータ構造体を集積化した機能デバイスである。このため、通電加熱層と基体の密着性、或いは熱履歴による通電加熱層と基体の剥離、更には破損するようなことがなくなり、機能デバイスの長期の安定性と信頼性が向上する。
【００２６】
又、本発明の第３の特徴に係る機能デバイスに用いているアモルファス抵抗層は、拡散型ヒータに比べ、抵抗の温度変化が小さく、広い温度範囲で抵抗低減が小さいので、加熱時の温度制御が容易で温度安定性が高い。
【００２７】
結晶ダイヤモンドは、良好な熱伝導率を有するので、ヒータ構造体の均熱性が高く、熱応答がよい。特に、基体として単結晶ダイヤモンド層を採用した場合は、単結晶ダイヤモンド層がもつ固体物質中最高の熱伝導率から、熱応答がよく、エネルギーの放出面からのエネルギーの放出を高速に制御できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第４の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２９】
又、以下に示す第１〜第４の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００３０】
（アモルファスダイヤモンド層）
アンドープの絶縁性ダイヤモンド層は本来、常温では良好な絶縁体である。そして、アクセプタ性不純物であるＢを、アンドープの絶縁性ダイヤモンド層にドーピングしても常温では必ずしも十分な活性化が得られない。このため、現在、特に高抵抗のダイヤモンド層では、良好なオーミック接触を得るのが困難で、オーミック電極からキャリアを注入すること自体が課題となっている。さて、２．５×１０１９ｃｍ−３の濃度でＢをドープしたダイヤモンド層は、図１に示すように、常温（２５℃）で３×１０Ω−ｃｍ（３×１０−２Ｓ／ｃｍ）程度の体積抵抗率であり、３００℃では、３×１０−１Ω−ｃｍ（３Ｓ／ｃｍ）の体積抵抗率となり、２桁の体積抵抗率変化を示す。Ｂをドープしたダイヤモンド層は、Ｂによるキャリア（ホール）が活性化するので、３００℃程度の温度まで体積抵抗率が急激に減少し続ける。３００℃以上の温度では、キャリアが出払ってしまった状態になるため、体積抵抗率の変化は小さくなる。なお、Ｂをドープしたダイヤモンド層は、Ｂのドーピング量（ドーズ量）に対して、体積抵抗率が敏感に変化する。
【００３１】
一方、以下の本発明の第１〜第４の実施の形態に係るＭＥＭＳに用いるアモルファスダイヤモンド層は、図１に示すように、常温（２５℃）から３００℃の範囲で極めて小さな体積抵抗率変化を示す。図１は、Φ＝１０１６ｃｍ−２のドーズ量で、アンドープの絶縁性ダイヤモンド層上に、アルゴンイオン（Ａｒ＋）をイオン注入後、いったん４００℃で熱処理して形成したアモルファスダイヤモンド層の体積抵抗率の変化を示すものである。Ａｒのイオン注入は絶縁性ダイヤモンド層の温度を常温に維持し、４０ｋｅＶの加速エネルギーで行った。このとき、絶縁性ダイヤモンド層の表面に形成されるイオン注入層の抵抗を、伝送線路行列法（ＴＬＭ法）を使って評価した結果である。図１に示すように、常温（２５℃）で１．４×１０−３Ω−ｃｍ（７×１０２Ｓ／ｃｍ）であり、このアモルファスダイヤモンド層を３００℃にまで昇温すると７×１０−４Ω−ｃｍ（１．４×１０３Ｓ／ｃｍ）となるが変化は極僅かである。即ち、本発明の実施の形態に係るアモルファスダイヤモンド層は、常温から３００℃までの範囲で、体積抵抗率が約半分に低減するものの、Ｂをドープしたダイヤモンド層に比し、極めて小さな体積抵抗率の変化を示すと言える。この様に、アモルファスダイヤモンド層自体の抵抗が元のアンドープの絶縁性ダイヤモンド層よりも低減する上、その温度特性が特異的であることが分かる。
【００３２】
即ち、本発明の実施の形態に係るアモルファスダイヤモンド層は、図１に示すように、多くのマイクロヒータの動作上重要な、常温（２５℃）から３００℃の範囲で極めて小さな体積抵抗率変化をし、通電加熱に用いるヒータとして、安定で使いやすい性質を有している。しかも、常温（２５℃）から３００℃の範囲でのドーズ量Φの変化に対しても鈍感であり、安定な特性を示す。
【００３３】
図２には、アンドープの絶縁性ダイヤモンド層上に、アルゴンイオン（Ａｒ＋）をドーズ量Φ＝１０１４ｃｍ−２から１０１６ｃｍ−２の範囲で変えてイオン注入し、それぞれのドーズ量Φに対応したダイヤモンド層の表面の構造変化をＸ線光電子分光（ＸＰＳ）にて調べた結果を示す。この図２では、Ｏ１ｓピークでエネルギー値を校正したＣ１ｓピークの半値幅を、Ａｒイオン注入のドーズ量に対してプロットしてある。
【００３４】
ドーズ量Φ＝ゼロ、即ちノンドープからドーズ量Φ＝１０１４ｃｍ−２，１０１５ｃｍ−２と結合エネルギーの半値幅は、増大し、表面構造がイオン注入なし（アンドープ）の場合と比べて大きく変化していることを示す。そして、ドーズ量Φ＝１０１５ｃｍ−２から１０１６ｃｍ−２では結合エネルギーの半値幅の変化がなく、ドーズ量Φ＝１０１５ｃｍ−２以上で表面構造の変化は飽和していることが分かる。
【００３５】
この結果は、Ａｒイオン注入により、ダイヤモンド層の表面が、ダイヤモンド本来のｓｐ３結合の構造から、ｓｐ３結合のボンドが切れたｓｐ２結合を含む非晶質的結合を含む構造に変化していることを示唆している。即ち、ドーズ量Φ＝ゼロからドーズ量Φ＝１０１４ｃｍ−２，１０１５ｃｍ−２とＡｒイオン注入のドーズ量Φを増大すると、ｓｐ２結合の割合が増大していることが推定できる。そして、ドーズ量Φ＝１０１５ｃｍ−２から１０１６ｃｍ−２ではｓｐ２結合の割合の変化が少ないと推定できる。ｓｐ３結合は、一つの炭素原子の手が４  本であり立体構造を形成できるが、ｓｐ２結合は手が３本であるので平面構造しか作れない。炭素のｓｐ２結合は、２ｓ軌道と２ｐ軌道２個の混成軌道である。炭素のｓｐ２結合でできる物質は、六角形の模様である六方格子面が重なる黒鉛（グラファイト）である。
【００３６】
なお、図１及び図２ではＡｒをイオン注入する場合で説明したが、Ａｒ＋のみに限定されるものではない。クリプトン（Ｋｒ＋）、キセノン（Ｘｅ＋）等の希ガスの元素イオン、或いはＴｉ＋、Ｔａ＋、Ｗ＋、Ｓｉ＋、Ｎ＋、Ｂ＋等の炭化物形成元素イオン等、種々のイオンが採用可能である。このうち、Ｎ＋、Ｂ＋は格子位置に入れば、それぞれドナー、アクセプタとして働きうるが、ドーズ量Φ＝１０１５ｃｍ−２から１０１６ｃｍ−２の高注入濃度レベルでは、注入されたＮ＋、Ｂ＋はダイヤモンド層の表面で、炭化物（化合物）ＮＣ１−Ｘ，ＢＣ１−Ｘを形成していると捉えた方がよい。
【００３７】
即ち、非晶質ダイヤモンド領域に、ＩＩＩ属元素及びＶ属元素のイオンを、アクセプタ性或いはドナー性の振る舞いをするように導入するのは好ましくない。この意味は、非晶質ダイヤモンド領域に、ＩＩＩ属元素及びＶ属元素が含まれていても構わないが、その場合は、ＩＩＩ属元素イオン及びＶ属元素イオンよりも高濃度に、希ガス元素イオン、炭化物形成元素イオン等他の元素イオンを同時に導入すれば、良いということである。或いは、ＩＩＩ属元素イオン及びＶ属元素イオンの場合は、これらがドナーやアクセプタとして働きうるレベルよりも高濃度にダイヤモンド層の表面にイオン注入し、ダイヤモンド層の表面では、これらのＩＩＩ属元素等を炭化物（化合物）を形成する元素として振る舞わせれば良いという意味である。つまり、ＩＩＩ属元素及びＶ属元素等のドナーやアクセプタとして働きうる元素が含まれていても構わないが、ＩＩＩ属元素及びＶ属元素等の元素は、格子位置以外に主として導入するようにするのが望ましいということに留意すべきである。
【００３８】
上記において、４００℃で熱処理した場合を例示したが、１００℃〜８００℃の範囲で熱処理すれば、温度依存性の傾向としては、図１と同様な特性が得られ、図２に示すような表面構造の変化を実現出来る。８００℃以上で熱処理した場合は、グラファイト化が過度に進行し、層状の剥離等が発生する恐れが生じるので好ましくない。１００℃〜８００℃の範囲の熱処理であるため、注入されたイオンは、不純物拡散があまり進行しない。したがって、アモルファス抵抗層の厚さは、多くの場合、ほぼ射影飛程Ｒｐの標準偏差ΔＲｐの１０倍以下の値になる。
【００３９】
イオン注入のドーズ量Φは１０１６ｃｍ−２以上にすることも、可能であるが、ドーズ量Φ＝１０１７ｃｍ−２，を超えると、結晶がボロボロになる傾向が見られ、又、イオン注入の時間が異常に長くなるので、実用上からも好ましくない。
【００４０】
イオン注入の加速エネルギーＥＡＣＣは、１００ｋｅＶ以下が好ましい。加速エネルギーＥＡＣＣ＞１００ｋｅＶでは、注入位置が深くなり過ぎ、表面のコンタクトがとりにくくなるからである。
【００４１】
以下、このイオン注入によるｓｐ２結合含有アモルファスダイヤモンド層とダイヤモンド層から構成したアモルファス抵抗層のＭＥＭＳデバイス適用例について説明する。
【００４２】
（第１の実施の形態：マイクロＴＡＳ）
図３は化学微小集積回路（マイクロＴＡＳ）への適用実施例である。マイクロＴＡＳは、微小な流路とポンプや各種センサ、流路切り替えバルブなどを基板上に集積し、各種の化学分析や合成などに用いようとするものであるが、その基本要求機能の一つに系を所望の温度に精度よく制御することがある。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳは、図３に示すように、結晶ダイヤモンド層１２と、この結晶ダイヤモンド層１２に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層１３と、このアモルファス抵抗層１３に電気的に接続される一対の電極２１ａ，２１ｂと、結晶ダイヤモンド層１２に接して流れるエネルギーの流路（マイクロ流路）２５とを備える機能デバイスである。第１の実施の形態に係る「エネルギーの流れ」は、マイクロ流路２５中の分子の流れ、即ち流体の流れである。「結晶ダイヤモンド層１２」としては、単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜が採用可能であるが、以下の説明では、単結晶ダイヤモンド膜を用いた場合について、例示的に記述する。
【００４４】
具体的には、第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳは、Ｓｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１の第１主表面に形成されたマイクロ流路２５と、マイクロ流路２５を介して、Ｓｉ基板１１の第１主表面に、貼り合わせられた結晶ダイヤモンド層１２を備えている。結晶ダイヤモンド層１２は、カバープレートとして機能している。図３（ｂ）ではマイクロ流路２５は、周期的に形成されているかのように示されているが、マイクロＴＡＳの仕様に応じ、種々のトポロジーが採用可能である。そして、第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳは結晶ダイヤモンド層１２の第１主表面の一部に選択的に、板状（薄膜状）のアモルファス抵抗層１３が配置されている。結晶ダイヤモンド層１２の第２主表面はマイクロ流路２５と接している。又、アモルファス抵抗層１３の両側には、アモルファス抵抗層に所定の電流を流す第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂが接続されている。更に、図３（ａ）に示すように、第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳはマイクロ流路２５の流路入口２３及び流路出口２４が設けられている。
【００４５】
図３に示したのは、マイクロ流路２５全体を均一温度に保持するためのヒータ機構としてのアモルファス抵抗層１３を形成した例である。マイクロ流路２５用の溝加工を施した基板として、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳでは、Ｓｉ基板１１を用いたが、勿論これに限定されるものではなく、ガラスや、ダイヤモンドなどの材料を用いてもよい。ダイヤモンドの場合は、ＣＦ４＋Ｏ２の混合ガス系を用いて精度よく反応性イオンエッチングによってＳｉ基板１１加工することができる。
【００４６】
又、アモルファス抵抗層１３のパターンは、図３では一様な矩形（ベタ状）に描かれているが、熱の逃げ等を考慮し、温度分布が最適となるよう任意の配線パターンを設けてもよい。
【００４７】
図３に示す第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳによれば、マイクロ流路２５の壁面に新たな薄膜層等を積層することなく、アモルファス抵抗層１３に第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂを介して通電することにより、信頼性よくこれを加熱できる。
【００４８】
特に、結晶ダイヤモンド層１２に用いている単結晶ダイヤモンドは、固体物質中最高の熱伝導率を有するので、マイクロ流路２５内を迅速に所望の温度に加熱することができる。単結晶ダイヤモンドの熱伝導率は、最も熱を伝えやすい金属である銀（Ａｇ）の２倍から５倍もある。更に、第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳにおいては、マイクロ流路２５に化学的に安定で耐久性の高い結晶ダイヤモンド層１２の第２主表面を、そのまま活用することができる。
【００４９】
この様に、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳによれば、アモルファス抵抗層１３を用いることで、薬液やガス等の迅速安定な加熱が可能になり、分析・合成等の精度・速度が向上する。
【００５０】
図４を用いて、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳの製造方法を説明する。なお、以下に述べるマイクロＴＡＳの製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。
【００５１】
（イ）まず、Ｓｉ基板１１の第１主表面に、第１レジスト膜３１をスピン塗布する。そして、フォトリソグラフィーにより第１レジスト膜３１を、パターンニング後、この第１レジスト膜３１をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、Ｓｉ基板１１の第１主表面の一部を、図４（ａ）に示すように選択的にエッチングする。ＲＩＥのエッチングガスとしては、例えば、ＢＣｌ３やＢＣｌ３＋Ｃｌ２の混合ガス系が使用できる。その後、第１レジスト膜３１を除去すれば、図４（ｂ）に示すように溝部３２が形成される。
【００５２】
（ロ）その後、Ｓｉ基板１１の第１主表面に図４（ｃ）に示すように、結晶ダイヤモンド層１２を貼り合わせれば、マイクロ流路２５が完成する。図４（ｃ）の構造は、具体的」には、種々の手法で実現可能である。例えば、先ず、エピ基板（Ｓｉ基板）を用意し、このエピ基板に「結晶ダイヤモンド層１２」としての単結晶ダイヤモンド膜をエピタキシャル成長する。そして、このエピタキシャル成長ダイヤモンド層１２をＳｉ基板１１の第１主表面に貼り合わせる。更に、エピタキシャル成長ダイヤモンド層１２をＳｉ基板１１の第１主表面に貼り合わせた後、研削と研磨を用いて、エピ基板を除去すれば、図４（ｃ）に示す構造は実現できる。
【００５３】
（ハ）その後、第２レジスト膜（図示省略）を用いたリフトオフ法等により、チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）の複合層等をパターニングして、イオン注入マスク３３を形成する。このイオン注入マスク３３を用いて、図４（ｄ）に示すように、
結晶ダイヤモンド層１２の表面に、加速エネルギーＥＡＣＣ＝４０ｋｅＶ、ドーズ量Φ＝１０１６ｃｍ−２でＡｒイオンを選択的に注入する。このとき、Ｓｉ基板１１及び結晶ダイヤモンド層１２の温度は常温（２５℃）に維持する。その後、イオン注入マスク３３を除去後、
４００℃で熱処理し、アモルファス抵抗層１３を形成する。
【００５４】
（ニ）更に、図４（ｅ）に示すように、アモルファス抵抗層１３を含んで結晶ダイヤモンド層１２の第１主表面に、金属膜３４をスパッタリング法や真空蒸着法を用いて堆積する。
【００５５】
（ホ）その後、金属膜３４の表面に第３レジスト膜３５をスピン塗布する。そして、フォトリソグラフィーにより第３レジスト膜３５を、パターンニング後、この第３レジスト膜３５をマスクとして、ＲＩＥにより、図４（ｆ）に示すように、第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂをパターニングすれば、図３に示す本発明の第１の実施の形態で説明したマイクロＴＡＳの主要部が完成する。
【００５６】
なお、図４（ｄ）に示す選択イオン注入の工程において、イオン注入マスク３３のパターンを選ぶことにより、任意の配線パターンを作成することができ、ヒータ作成プロセスとしても容易である。
【００５７】
＜第１変形例＞
本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳは、図５に示すような変形例（第１変形例）も採用可能である。
【００５８】
図５に示すように、本発明の第１の実施の形態の第１変形例に係るマイクロＴＡＳは、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４と第２Ｓｉ基板（下部基板）１１とで、結晶ダイヤモンド層１２を挟んだ構造である。そして、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４に設けられた開口部に露出した結晶ダイヤモンド層１２の表面にアモルファス抵抗層１３が形成されている。結晶ダイヤモンド層１２は、カバープレートとして機能していることは、図３の構造と同様である。更に、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４の開口部に露出した結晶ダイヤモンド層１２の表面において、アモルファス抵抗層に所定の電流を流す第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂが接続されている。
【００５９】
図５に示す第１の実施の形態の第１変形例に係るマイクロＴＡＳによっても、図３に示す構造と同様に、アモルファス抵抗層１３を用いているので、薬液やガス等の迅速安定な加熱が可能になり、分析・合成等の精度・速度が向上するという効果を奏することが可能となる。
【００６０】
図６を用いて、本発明の第１の実施の形態の第１変形例に係るマイクロＴＡＳの製造方法を説明する。なお、以下に述べる第１変形例に係るマイクロＴＡＳの製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。
【００６１】
（イ）まず、第１主表面及び第１主表面に対向する第２主表面を有する第１Ｓｉ基板（上部基板）１４を用意する。そして、図６（ａ）に示すように第１Ｓｉ基板（上部基板）１４の第２主表面に、「結晶ダイヤモンド層１２」としての単結晶ダイヤモンド膜をエピタキシャル成長する。
【００６２】
（ロ）一方、第２Ｓｉ基板（下部基板）１１の第１主表面に、第１レジスト膜（図示省略）をスピン塗布する。そして、フォトリソグラフィーにより第１レジスト膜を、パターンニング後、この第１レジスト膜をマスクとして、ＲＩＥ法により、第２Ｓｉ基板（下部基板）１１の第１主表面の一部を、選択的にエッチングする。。その後、第１レジスト膜３１を除去すれば、図６（ｂ）に示すように溝部３２が形成される。
【００６３】
（ハ）その後、第２Ｓｉ基板（下部基板）１１の第１主表面に図６（ｃ）に示すように、結晶ダイヤモンド層１２を貼り合わせれば、マイクロ流路２５が完成する。図６（ｃ）に示すように、結晶ダイヤモンド層１２の上部に第１Ｓｉ基板（上部基板）１４が位置する。
【００６４】
（ニ）そして、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４の第１主表面に、第２レジスト膜４１をスピン塗布する。そして、フォトリソグラフィーにより第２レジスト膜４１を、パターンニングする。このパターンニングされた第２レジスト膜４１をマスクとして、図６（ｄ）に示すように、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４の第１主表面の一部を、結晶ダイヤモンド層１２が露出するまで、選択的にエッチングする。この結果、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４には図６（ｄ）に示すような傾斜側面を有する開口部３８が形成される。この選択的なエッチングは、エチレンジアミンピロカテコールや水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ系異方性エッチング液が採用できる。その後、第２レジスト膜４１を除去する。
【００６５】
（ホ）その後、第３レジスト膜（図示省略）を用いたリフトオフ法等により、Ｔｉ／Ａｕの複合層等をパターニングして、イオン注入マスク３３を形成する。このイオン注入マスク３３を用いて、図６（ｅ）に示すように、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４の開口部３８に露出した結晶ダイヤモンド層１２の表面に、加速エネルギーＥＡＣＣ＝４０ｋｅＶ、ドーズ量Φ＝１０１６ｃｍ−２でＡｒイオンを選択的に注入する。このとき、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４、第２Ｓｉ基板（下部基板）１１及び結晶ダイヤモンド層１２の温度は常温（２５℃）に維持する。その後、イオン注入マスク３３を除去後、４００℃で熱処理し、、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４の開口部３８に露出したアモルファス抵抗層１３を形成する。
【００６６】
（ヘ）次に、アモルファス抵抗層１３を含んで、第１Ｓｉ基板（上部基板）１４の第１主表面、及び開口部３８の傾斜側面に、金属膜３４をスパッタリング法や真空蒸着法を用いて堆積する。更に、金属膜３４の表面に第４レジスト膜４３をスピン塗布する。そして、図６（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィーにより第４レジスト膜４３を、パターンニングする。この第４レジスト膜４３をマスクとして、ＲＩＥにより、第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂをパターニングすれば、図５に示す本発明の第１の実施の形態の第１変形例に係るマイクロＴＡＳの主要部が完成する。
【００６７】
＜第２変形例＞
本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳは、図７に示すような熱源（アモルファス抵抗層）１３と熱量センサ（温度測定用抵抗層）１５と組み合わせた変形例（第２変形例）も採用可能である。
【００６８】
即ち、第２変形例に係るマイクロＴＡＳは、Ｓｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１の第１主表面に形成されたマイクロ流路２５と、マイクロ流路２５を介して、Ｓｉ基板１１の第１主表面に、貼り合わせられた結晶ダイヤモンド層１２を備えている点では、図３に示す構造と同様である。そして、図３に示す構造と同様に、結晶ダイヤモンド層１２の第１主表面の一部に選択的に、板状（薄膜状）のアモルファス抵抗層１３が配置されているが、更に、図７に示すように、アモルファス抵抗層１３に隣接して、温度測定用抵抗層１５が設けられている点が、図３に示す構造と異なる点である。温度測定用抵抗層１５は、結晶ダイヤモンド層１２の第１主表面の一部に選択的にＢをイオン注入した層である。図１で説明したように、Ｂをイオン注入した結晶ダイヤモンド層１２は、温度による抵抗率の変化が大きいので温度センサとして機能する。温度測定用抵抗層１５の両側には、温度測定用抵抗層１５から出力を取り出すセンサ用第１電極２６ａ及びセンサ用第２電極２６ｂが接続されている。アモルファス抵抗層１３の両側には、アモルファス抵抗層に所定の電流を流す第１電極２１ａ及び第２電極２１ｂが配置されているのは、図３に示す構造と同様である。他は、図３に示す構造と同様である。
【００６９】
本発明の第１の実施の形態の第２変形例に係るマイクロＴＡＳは、アモルファス抵抗層１３のヒータ構造と、ドープドダイヤモンドの温度測定用抵抗層１５からなる温度検出構造を併せて具備する。この結果、通電加熱とその温度の高精度の検出及びその帰還による応答速度の速い温度制御が可能になる。即ち、図７に示す第１の実施の形態の第２変形例に係るマイクロＴＡＳは、薬液やガス等の迅速安定な加熱が可能になるだけでなく、その加熱温度を精度よく制御することが可能になるという効果を奏する。
【００７０】
より熱的応答速度を向上するためには、結晶ダイヤモンド層１２をヒートシンクに接触し冷却すればよい。更に、結晶ダイヤモンド層１２をペルチエ素子等に接触し電子冷却してもよい。
【００７１】
（第２の実施の形態：マイクロポンプ）
本発明の第１の実施の形態で説明したマイクロＴＡＳ以外にも、その他のＭＥＭＳデバイスに適用可能なことは勿論である。図８は、応用上、重要度が高いマイクロポンプへダイヤモンドのアモルファス抵抗層を適用した例である。
【００７２】
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロポンプは、図８に示すように、結晶ダイヤモンド層１２と、この結晶ダイヤモンド層１２に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなる第１アモルファス抵抗層１３ｐと、この第１アモルファス抵抗層１３ｐに電気的に接続される一対の電極２８ａ，２８ｂと、結晶ダイヤモンド層１２に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなる第２アモルファス抵抗層１３ｑと、この第２アモルファス抵抗層１３ｑに電気的に接続される一対の電極２９ａ，２９ｂと、結晶ダイヤモンド層１２に接して流れるエネルギーの流路（マイクロ流路）２５とを備える機能デバイスである。「エネルギーの流れ」は、分子の流れ、即ち、マイクロ流路２５を流れる流体である。第１の実施の形態と同様に、「結晶ダイヤモンド層１２」としては、単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜が採用可能であるが、以下の説明では、単結晶ダイヤモンド膜を用いた場合について、例示的に記述する。
【００７３】
具体的には、第２の実施の形態に係るマイクロポンプは、Ｓｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１の第１主表面に形成された結晶ダイヤモンド層１２と、結晶ダイヤモンド層１２の第１主表面に形成されたマイクロ流路２５と、マイクロ流路２５を介して、結晶ダイヤモンド層１２第１主表面に、配置されたカバープレート１６を備えている。カバープレート１６には、マイクロ流路２５を流れる薬液を考慮して、種々の材料が使用可能であるが、例えば、ガラスが使用可能である。
【００７４】
図８（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１１の第２主表面の中央部には矩形の凹部が設けられ、この凹部の底部に結晶ダイヤモンド層１２が露出している。更に、この凹部の底部に露出した結晶ダイヤモンド層１２に円形のピエゾ振動板１７が接続されている。
【００７５】
図８（ｂ）に示すように、マイクロ流路２５の左側に第１オリフィス２２ｐが設けられ、マイクロ流路２５の右側に第２オリフィス２２ｑが設けられている。そして、これらの第１オリフィス２２ｐ及び第２オリフィス２２ｑの下方に位置して、第１アモルファス抵抗層１３ｐ及び第２アモルファス抵抗層１３ｑが設けられている。第１アモルファス抵抗層１３ｐ及び第２アモルファス抵抗層１３ｑは、Ｓｉ基板１１の第２主表面に設けられた凹部の底部に露出した結晶ダイヤモンド層１２の第２主表面側に設けられている。第１アモルファス抵抗層１３ｐ及び第２アモルファス抵抗層１３ｑは、結晶ダイヤモンド層１２に対して、加速エネルギーＥＡＣＣ＝４０ｋｅＶ、ドーズ量Φ＝１０１６ｃｍ−２でＡｒイオンを選択的に注入して形成した層である。
【００７６】
図８（ａ）に示すように、第１アモルファス抵抗層１３ｐの両側には、第１アモルファス抵抗層１３ｐに所定の電流を流す一対の第１ヒータ電極２８ａ及び２８ｂが接続されている。同様に、第２アモルファス抵抗層１３ｑの両側には、第２アモルファス抵抗層１３ｑに所定の電流を流す一対の第２ヒータ電極２９ａ及び２９ｂが接続されている。図８（ｃ）に示すように、一対の第１ヒータ電極２８ａ及び２８ｂはＳｉ基板１１の第２主表面に配置され、Ｓｉ基板１１の第２主表面に設けられた凹部の側壁を介して、底部の第１アモルファス抵抗層１３ｐに接続されている。断面図による図示を省略しているが、一対の第２ヒータ電極２９ａ及び２９ｂも、同様に、Ｓｉ基板１１の第２主表面に配置され、Ｓｉ基板１１の第２主表面に設けられた凹部の側壁を介して、底部の第２アモルファス抵抗層１３ｑに接続されている。
【００７７】
第２の実施の形態に係るマイクロポンプは，ピエゾ振動板１７を用いてマイクロ流路２５の一部の液だめを膨張・収縮させる。更にこの動きと連動して，液だめの左側の第１オリフィス２２ｐ及び右側の第２オリフィス２２ｑのそれぞれの下方に設けた第１アモルファス抵抗層１３ｐ及び第２アモルファス抵抗層１３ｑを交互にオン・オフさせる。これにより、第１オリフィス２２ｐ，第２オリフィス２２ｑ近傍の液温が交互に上下する。一般に温度を上げたほうが液の粘性が下がるため、液だめ容積を増やす動きの場合には、ヒータオン側のマイクロ流路２５から優先的に液が流れ込み，逆に液だめを収縮する動きのときには、他方のヒータをオンすることで、こちら側から優先的に液を吐出させることができる。
【００７８】
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロポンプでは、図８に示すように、マイクロ流路２５の壁に結晶ダイヤモンド層１２を用いている。第１アモルファス抵抗層１３ｐ及び第２アモルファス抵抗層１３ｑは、結晶ダイヤモンド層１２と一体の抵抗層であり、且つ図１に示したように、広い温度レンジにわたって抵抗変化が少ない。したがって、オン・オフサイクルの繰り返しにおける信頼性がよく、寿命が改善される。又、熱伝導率のよい結晶ダイヤモンド層１２と第１アモルファス抵抗層１３ｐ，第２アモルファス抵抗層１３ｑとが、一体であることから、熱応答がよく、Ｓｉ等に比べ、より早い温度サイクルが可能であり、これによりポンプとしての送液能力を改善することができる。又、マイクロ流路２５の内壁に電気を流す必要がないため、非特許文献１に開示された方式のような液の制約や付随反応の心配がなく、化学的に安定であるため、幅広い薬液などに適合する。
【００７９】
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロポンプにおいては、送液速度を増大できるという効果を奏する。
【００８０】
（第３の実施の形態：光スイッチ）
本発明の第３の実施の形態に係る光スイッチは、図９に示すように、結晶ダイヤモンド層１２と、この結晶ダイヤモンド層１２に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなる第１アモルファス抵抗層２７ｕと、この第１アモルファス抵抗層２７ｕに電気的に接続される一対の電極６１ａ、６１ｂと、第２アモルファス抵抗層２７ｖと、この第２アモルファス抵抗層２７ｖに電気的に接続される一対の電極６２ａ、６２ｂと、結晶ダイヤモンド層１２に接して流れるエネルギー又は情報の流路となるコア５３とを備える機能デバイスである。「エネルギーの流れ」は、コア５３の中を流れる光子の流れである。或いは、コア５３の中を「情報の流れ」が形成されていると解釈できる。第１及び第２の実施の形態と同様に、「結晶ダイヤモンド層１２」としては、単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜が採用可能であるが、以下の説明では、単結晶ダイヤモンド膜を用いた場合について、例示的に記述する。
【００８１】
具体的には、図９（ｂ）に示すように、第３の実施の形態に係る光スイッチは、Ｓｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１の第１主表面に形成された結晶ダイヤモンド層１２と、結晶ダイヤモンド層１２の内部に埋め込まれた第１アモルファス抵抗層２７ｕ，第２アモルファス抵抗層２７ｖを備えている。第１アモルファス抵抗層２７ｕ，第２アモルファス抵抗層２７ｖは、結晶ダイヤモンド層１２に対して、加速エネルギーＥＡＣＣ＝４０ｋｅＶ、ドーズ量Φ＝１０１６ｃｍ−２でＡｒイオンを選択的に注入して形成した層である。結晶ダイヤモンド層１２の上部には分岐した光配線経路を構成するコア５３が配置されている。この分岐したコア５３を埋め込むようにフッ化ポリイミド等からなるクラッド層１８が形成されている。
【００８２】
又、図９（ａ）に示すように、分岐した光配線経路としてのコア５３の両側に沿って、第１アモルファス抵抗層２７ｕと第２アモルファス抵抗層２７ｖとが鏡像関係をなすように両側に配置されている。そして、第１アモルファス抵抗層２７ｕの両端には、第１アモルファス抵抗層２７ｕに所定の電流を流す一対の第１ヒータ電極６１ａ及び６１ｂが接続されている。更に、第２アモルファス抵抗層２７ｖの両端には、第２アモルファス抵抗層２７ｖに所定の電流を流す一対の第２ヒータ電極６２ａ及び６２ｂが接続されている。
【００８３】
第３の実施の形態に係る光スイッチでは、分岐したコア５３の一方を第１アモルファス抵抗層２７ｕ及び第２アモルファス抵抗層２７ｖのいずれかを加熱することによって、熱光学効果によって、屈折率を変化させ、光の伝播を低減させる。
【００８４】
第１アモルファス抵抗層２７ｕ，第２アモルファス抵抗層２７ｖは、それぞれ、図１に示したような抵抗特性を示すので、温度精度よく、且つ熱暴走することなく加熱を行うことができる。又、結晶ダイヤモンド層１２を光スイッチの基台（ベース）として用いているので、熱伝導が良好であり、スイッチ速度を改善できる。
【００８５】
即ち、本発明の第３の実施の形態に係る光スイッチでは、応答速度・安定性・寿命の改善が可能になるという効果を奏する。
【００８６】
（第４の実施の形態：熱電子源）
本発明の第４の実施の形態に係る熱電子源は、図１０に示すように、結晶ダイヤモンド層１２と、この結晶ダイヤモンド層１２に熱的接触する非晶質ダイヤモンド領域からなるアモルファス抵抗層５１と、このアモルファス抵抗に電気的に接続される一対の電極４１ａ，４１ｂと、結晶ダイヤモンド層１２に接したエネルギーの放出面（エミッタ層）５２とを備える機能デバイスである。エネルギーの放出面（エミッタ層）５２からは、熱電子が放出される。第１〜第３の実施の形態と同様に、「結晶ダイヤモンド層１２」としては、単結晶ダイヤモンド膜又は多結晶ダイヤモンド膜が採用可能であるが、以下の説明では、単結晶ダイヤモンド膜を用いた場合について、例示的に記述する。
【００８７】
具体的には、図１０（ｂ）に示すように、第４の実施の形態に係る熱電子源は、Ｓｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１の第１主表面に形成された絶縁膜１９と、絶縁膜１９の第１主表面に形成された結晶ダイヤモンド層１２と、結晶ダイヤモンド層１２の内部に埋め込まれた線状のアモルファス抵抗層５１を備えている。絶縁膜１９としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等が採用できる。線状のアモルファス抵抗層５１は、結晶ダイヤモンド層１２に対して、加速エネルギーＥＡＣＣ＝４０ｋｅＶ、ドーズ量Φ＝１０１６ｃｍ−２でＡｒイオンを選択的に注入して形成した線状の層である。
【００８８】
そして、第４の実施の形態に係る熱電子源は、結晶ダイヤモンド層１２の第１主表面の一部の領域に選択的にエミッタ層５２を備えている。エミッタ層５２は、結晶ダイヤモンド層１２を表面処理することにより実現できる。例えば、結晶ダイヤモンド層１２の第１主表面の一部を水素終端して、表面電子親和力の低減させて実現してもよく、ｐ型或いはｎ型不純物のドーピングなどをして実現してもよい。又、結晶ダイヤモンド層１２以外の各種材料をエミッタ層５２として形成してもよい。例えば、エミッタ層５２には、ワイドギャップ半導体である窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのほか、カーボンナノチューブやダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、非晶質窒化炭素（ＣＮ）、バリウム（Ｂａ）やセシウム（Ｃｓ）などの低仕事関数材料、更に他の周知の熱陰極用エミッタ物質全般を適用することができる。
【００８９】
結晶ダイヤモンド層１２の下部に位置するＳｉ基板１１の上部は、断熱のためにエッチングにより空洞２０が設けられている。絶縁膜１９も断熱性を高める目的で形成している。
【００９０】
そして、線状のアモルファス抵抗層５１の両端には、このアモルファス抵抗層５１に所定の電流を流す一対のヒータ電極４１ａ及び４１ｂが、コンタクトプラグ７３ａ及び７３ｂを介してそれぞれ接続されている。一方、エミッタ層５２の両端には、エミッタ層５２に所定の電圧を印可するエミッタ電極４２ａ及び４２ｂが接続されている。エミッタ電極４２ａ及び４２ｂのいずれか一方は、省略可能である。
【００９１】
結晶ダイヤモンド層１２及び炭素系材料は電子放出材料としても活発に研究がなされている。しかし、その多くは、電界印加時にのみ所望の電子放出が得られる電界電子放出即ち冷陰極である。これは、熱陰極では、加熱のための余分な電力に加えて、加熱時には電子が出っ放しとなってしまう点が、応用に制限を加えているためである。
【００９２】
第４の実施の形態に係る熱電子源では、熱伝導率の良好な結晶ダイヤモンド層１２中に設けられた線状のアモルファス抵抗層５１を用いているので、極めて熱応答よく所望の領域に、必要なタイミングで、加熱が可能であり、既存の熱陰極の制約を改善することができる。
【００９３】
結晶ダイヤモンド層１２は、絶縁膜１９上にＣＶＤなどにより、直接、単結晶ダイヤモンド膜を堆積して形成してもよい。
【００９４】
この様にして作製された第４の実施の形態に係る熱電子源（熱陰極）は、これまでに述べてきたように、通電による熱応答がよく、抵抗の温度特性から暴走の危険が少なく、容易に所望の温度に過熱・制御ができる。又、線状のアモルファス抵抗層５１と結晶ダイヤモンド層１２とが一体であること、結晶ダイヤモンド層１２はＳｉＯ２膜と同様、熱膨張をほとんど示さないため、両者の効果があいまって、熱サイクルに極めて強い。
【００９５】
更にエミッタ層５２の部位にもカーボンナノチューブやＤＬＣ等のダイヤモンド系の材料を用いればよりいっそう、これらの安定性を高めることができる。これらより、第４の実施の形態に係る熱電子源（熱陰極）は、必要なときにのみパルス的に加熱・熱電子放出をさせることができる。
【００９６】
第４の実施の形態に係る熱電子源によれば、電子放出の応答性を上げて、必要なときにだけ、通電加熱し電子放出させる使い方も可能になるという効果を奏する。
【００９７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９８】
既に述べた第１〜第４の実施の形態の説明においては、ＭＥＭＳを中心に説明したが、本発明のアモルファス抵抗層は半導体集積回路や電力用半導体装置にも適用可能である。例えば、単結晶ダイヤモンドは絶縁破壊電圧が４７．３×１０５Ｖ／ｃｍとＳｉの約２０倍で、電子移動度はＳｉと同程度、熱伝導率も大きいので高温用パワーデバイス等として期待されている。この様なダイヤモンドのパワーデバイスの一部に本発明のアモルファス抵抗層をヒータとして集積化しておけば、起動時の加熱に使用することにより、より迅速に定常動作に入ることが可能である。
【００９９】
又、第１〜第４の実施の形態の説明においては、分子、電子、光子等の粒子の流れ及び電子の放出に着目して説明したが、音響素子等の基板に結晶ダイヤモンド層を用い、本発明のアモルファス抵抗層をヒータとして集積化しておけば、弾性表面波等の弾性波の制御をすることも可能である。即ち、本発明のエネルギーの流れには音響エネルギーも含むものである。弾性波の伝搬速度は温度に依存するので、極めて高精度な音響素子が実現できる。
【０１００】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱・冷却の応答特性、均熱性及び信頼性にすぐれ、且つ精密な温度制御が可能なヒータ構造体及びこのヒータ構造体を用いた各種の機能デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アモルファスダイヤモンド層とＢドープダイヤモンド層の体積抵抗率の温度依存性を示す図である。
【図２】イオン注入のドーズ量を変化させた場合の、結晶ダイヤモンド層の表面構造の変化をＸＰＳの結合エネルギー半値幅の変化として示す図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳの鳥瞰図で、図３（ｂ）はその断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロＴＡＳの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例（第１変形例）に係るマイクロＴＡＳの断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の変形例（第１変形例）に係るマイクロＴＡＳの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例（第２変形例）に係るマイクロＴＡＳの鳥瞰図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロポンプの裏面から見た平面図で、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＡＡ−ＡＡ方向から見た断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光スイッチの上面から見た平面図で、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電子源の上面から見た平面図で、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【符号の説明】
１１…Ｓｉ基板
１２…結晶ダイヤモンド層
１３，５１…アモルファス抵抗層
１３ｐ…第１アモルファス抵抗層
１３ｑ…第２アモルファス抵抗層
１５…温度測定用抵抗層
１６…カバープレート
１７…ピエゾ振動板
１８…クラッド層
１９…絶縁膜
２０…空洞
２１ａ…第１電極
２１ｂ…第２電極
２２ｐ…第１オリフィス
２２ｑ…第２オリフィス
２３…流路入口
２４…流路出口
２５…マイクロ流路
２６ａ…第１電極
２６ｂ…第２電極
２７ｕ…第１アモルファス抵抗層
２７ｖ…第２アモルファス抵抗層
２８ａ…第１ヒータ電極
２９ａ…第２ヒータ電極
３１…第１レジスト膜
３２…溝部
３３…イオン注入マスク
３４…金属膜
３５…第３レジスト膜
３８…開口部
４１…第２レジスト膜
４１ａ，４１ｂ…ヒータ電極
４２ａ，４２ｂ…エミッタ電極
４３…第４レジスト膜
５２…エミッタ層
５３…コア
６１ａ…第１ヒータ電極
６２ａ…第２ヒータ電極
７３ａ，７３ｂ…コンタクトプラグ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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