(57)【要約】【課題】結晶方位が揃いサイズが一定で、かつ直線部分が数ｍｍの切断、組み立てが容易な、シリコンナノワイヤーおよびシリコン・ゲルマニウム合金ナノワイヤーの製造方法を提供する。【解決手段】キャリアーガスの流通下にシリコンまたはシリコン・ゲルマニウム合金をその融点より低い温度で蒸発させ、９００℃以上１３００℃以下の温度の均熱部においてナノワイヤーを成長させる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアーガスの流通下において、シリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金をその融点よりも低い温度で蒸発させ、キャリアーガスの流通下流域の均熱部において９００℃以上１３００℃以下の温度範囲でシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金のナノワイヤーを成長させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの製造方法。
【請求項２】
１３００℃を超えて１４００℃以下の温度にてシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金を蒸発させることを特徴とする請求項１のシリコンナノワイヤーの製造方法。
【請求項３】
均熱部の温度は、蒸発温度の降下の過程の温度として、１００℃以内の温度変動幅で安定化されていることを特徴とする請求項１または２のシリコンナノワイヤーの製造方法。
【請求項４】
キャリアーガスは、アルゴンガス、水素ガスまたはその混合ガスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのシリコンナノワイヤーの製造方法。
【請求項５】
キャリアーガスの流量が１ｃｍ３／ｍｉｎ〜１０００ｃｍ３／ｍｉｎであって、均熱部の区分長さが５ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのシリコンナノワイヤーの製造方法。
【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、半導体等の情報通信用デバイスあるいはナノマシン用部材等として有用なシリコンワイヤー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、切断、組み立てが容易で次世代３次元半導体の材料、ナノマシン用軸、ナノピンセット等に好適なシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金のナノワイヤーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、シリコンナノワイヤーは、溶融法等により製造されることが知られている（文献１）。
【０００３】
しかしながら、この溶融法では結晶方位や長さが均質なナノワイヤーを得るために不可欠である高精度の温度制御が困難である。
【０００４】
また、電気炉による加熱で製造することも報告されている（文献２）。
【０００５】
だが、この方法でも、温度が均一でなく、高精度の温度制御が困難であるだけでなく、製造工程においてシリコンの他にＳｉＯ２等の酸化物を加えることが必要であるため不均一な構造のシリコンナノワイヤーしか得られていない。
【０００６】
【文献】
文献１：特願２００１−３３３２５７号
文献２：Ｚ．Ｗ．Ｐａｎ，  Ｚ．Ｒ．Ｄａｉ，  Ｌ．Ｘｕ，  Ｓ．Ｔ．Ｌｅｅ，  Ｚ．Ｌ．Ｗａｎｇ，  Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，Ｂ２００１，１０５，  ｐ２５０７−２５１４
【０００７】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの従来技術の問題点を解消し、簡便でしかも結晶方位が揃いサイズが一定で、かつ直線部分が数ｍｍにもおよぶシリコンナノワイヤーまたはシリコン合金のナノワイヤーの製造を可能とする新しい方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【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には、キャリアーガスの流通下において、シリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金をその融点よりも低い温度で蒸発させ、キャリアーガスの流通下流域の均熱部において９００℃以上１３００℃以下の温度範囲でシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金のナノワイヤーを成長させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの製造方法を提供する。
【０００９】
また、第２には、上記方法において、１３００℃を超えて１４００℃以下の温度にてシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金を蒸発させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの製造方法を、第３には、均熱部の温度は、蒸発温度の降下の過程の温度として、１００℃以内の温度変動幅で安定化されていることを特徴とするシリコンナノワイヤーの製造方法を、第４には、キャリアーガスは、アルゴンガス、水素ガスまたはその混合ガスであることを特徴とするシリコンナノワイヤーの製造方法を、第５には、キャリアーガスの流量が１ｃｍ３／ｍｉｎ〜１０００ｃｍ３／ｍｉｎであって、均熱部の区分長さが５ｃｍ以上であることを特徴とするシリコンナノワイヤーの製造方法を提供する。
【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】
この出願の発明の方法では、前記のとおり、キャリアーガスの流通下において、シリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金をその融点よりも低い温度で蒸発させ、キャリアーガスの流通下流域の均熱部において９００℃以上１３００℃以下の温度範囲でシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金のナノワイヤーを成長させることにより、これらナノワイヤーの成長速度を高精度に制御することを可能としている。従来法のように、反応過程で酸化物等の異物を添加する必要がなく、しかも均一な温度分布帯が形成される、長尺のナノワイヤ生成領域としての均熱部でナノワイヤーが生成されるため、シリコンナノワイヤーまたはシリコン・ゲルマニウム合金ナノワイヤーは、その結晶方位が揃い、サイズが一定で、かつ数ｍｍにおよぶ長さの直線的な形状をもつものとなる。
【００１２】
この出願の発明においては、シリコンナノワイヤーもしくはシリコン・ゲルマニウム合金ナノワイヤーを製造するが、前記の蒸発では、シリコンまたはシリコン・ゲルマニウムの合金の粉末あるいはその圧粉体、さらには仮焼した焼成体のいずれの形態のものでも蒸発の対象とすることができる。この場合の蒸発については、融点より低い温度において行われるが、実際的には、１３００℃を超えて１４００℃以下の温度にてシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム合金を蒸発させることが好ましい。
【００１３】
そして、均熱部の温度は、蒸発温度の降下の過程の温度として、１５０℃以内の、より好ましくは、１００℃以内の温度変動幅で安定化されていることが考慮される。
【００１４】
キャリアーガスとしては、希ガスや水素ガスが考慮されるが、実際的には、アルゴンガス、水素ガスまたはその混合ガスであることが好ましい。
【００１５】
反応装置の大きさや形状によっても相違するが、この出願の発明においては、たとえば、キャリアーガスの流量を１ｃｍ３／ｍｉｎ〜１０００ｃｍ３／ｍｉｎとし、均熱部の区分長さを５ｃｍ以上とすることが一般的な目安として考慮される。
【００１６】
たとえば、図１は、この出願の発明の方法を実施するための反応装置の一例を示した構成図である。この図１に沿って説明すると、キャリアーガス（５）の流通下にある反応管（１）は、蒸発部（Ａ）を有し、均熱部（Ｂ−Ｃ）の区分を有し、この反応管（１）は、加熱炉（２）内に装入されている。
【００１７】
蒸発部（Ａ）では、たとえばシリコン（４）が加熱されて蒸発し、主として、均熱部（Ｂ−Ｃ）において９００℃以上１３００℃以下の温度範囲で加熱されることで、シリコンナノワイヤー（３）が成長することになる。
【００１８】
図２はこの反応装置における位置（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の距離と、温度の分布を例示した図である。この例では、蒸発部（Ａ）において、シリコン（４）の融点（ｍ．ｐ．１４２０℃）より低い温度（１３４０℃）でシリコン（４）を蒸発させている。そして、位置（Ｂ）および（Ｃ）は、各々、１２７０℃および１２９０℃に保たれ、この位置（Ｂ）と（Ｃ）の間が均熱部を構成している。
【００１９】
そこで以下に、図１の反応装置を用い、図２の温度分布に沿った実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。
【００２０】
【実施例】
純度９９．９９９％のシリコン粉末を乳鉢で３００メッシュ（約５０μｍ粒径）になるように微粉末化する。得られた微粉末シリコンを１０−６Ｔｏｒｒの減圧に保持して１１７０℃で２時間かけて仮焼結する。仮焼結されたシリコンを図１に例示した反応装置の反応管（１）内のアルミナボートに入れる。また、ナノワイヤー成長基板を反応管（１）内下流側にセットする。
【００２１】
シリコン（４）を、大気圧下で、流量２０ｃｍ３／ｍｉｎのアルゴンガスの流通下に、蒸発部（Ａ）の温度を１３４０℃として蒸発させる。
【００２２】
蒸発部（Ａ）から１０ｃｍ下流側の地点（Ｂ）から、さらに１０ｃｍ下流側の地点（Ｃ）までの間を均熱部として、図２のとおりの温度プロファイルとなるようにした。
【００２３】
均熱部において生成、生成されたシリコンナノワイヤーの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示したものが図３および図４である。
【００２４】
生成されたシリコンナノワイヤーは図３および図４から明らかなように数ｍｍの直線形状をしている。さらに透過型電子顕微鏡で観察すると図５に示すように直線的でかつ、電子線回折パターンから見られるように、結晶性でかつ均一なシリコンナノワイヤーであって、一本一本のナノワイヤーの径は数５０ｎｍ〜１００ｎｍであり、長さが数ｍｍであることが確認される。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、簡便な方法で、切断、組み立てなどが容易な、次世代３次元半導体の材料、ナノマシン用軸、ナノピンセット等の部材として好適なシリコンナノワイヤーおよびシリコン・ゲルマニウムナノワイヤーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】反応装置を例示した構成図である。
【図２】図１の装置における位置と温度プロファイルを例示した図である。
【図３】シリコンナノワイヤーの走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】拡大した走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】シリコンナノワイヤーの透過型電子顕微鏡写真と電子線回折結果を示した図である。
【符号の説明】
１  反応管
２  加熱炉
３  シリコンナノワイヤー
４  シリコン
５  キャリアーガス
【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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