(57)【要約】【目的】  新規なナノデバイス、量子素子、ナノサイズ触媒、触媒担持、化学や生物、製薬等の製造に好適な直径が数ナノメートルの枝を有する樹木状構造物を提供する。【構成】  減圧された電磁場中の密閉容器内に絶縁基板を配置し、この絶縁基板の表面近傍に目的の元素を含んだガスを供給し、該ガスに収束電子ビームを照射する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁場中に置かれた減圧密閉容器内の絶縁基板近傍に常温常圧では固体の元素を含んだガスを供給し、これに収束電子ビームを照射して絶縁基板上に前記元素のナノサイズ枝を有する樹木状構造物を形成することを特徴とするナノ樹木状構造物の作製方法。
【請求項２】
枝の直径が３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のナノ樹木状構造物の作製方法。
【請求項３】
収束電子ビームを走査することによって二次元パターンに樹木状構造物を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のナノ樹木状構造物の作製方法。
【請求項４】
複数種のガスを供給して複数種の元素を含む樹木状構造物を作製することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のナノ樹木状構造物の作製方法。
【請求項５】
常温常圧では固体の元素によって絶縁基板上に構成され、直径が３ｎｍ以下の枝を有することを特徴とするナノ樹木状構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、ナノデバイス、量子素子、ナノサイズ触媒、製薬など種々の分野への応用が期待される、ナノサイズの枝を有するナノ樹木状構造物とその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーボンナノホーンや、ナノチューブ，フラーレン等に関するナノテクノロジーの発展は著しく、ナノサイズの構造物はナノサイズデバイスや高集積度デバイスあるいは量子素子などの研究開発に大きく寄与している。また、触媒技術などにおいてもナノサイズの触媒や触媒担体が注目されており、さらには化学、生物、医薬の分野などにおける基礎的研究や新製品の開発においても、ナノサイズ構造物とこれを提供するプロセスの進展には大きな期待が寄せられている。そして、実際にも、カーボン系、非カーボン系を問わずナノサイズの新しい構造物とその製造プロセスについての検討は精力的に進められており、たとえば、これまでにも熱化学分解法でゲルマニウム（Ｇｅ）ナノワイヤを作製する方法（非特許文献１）や、熱化学分解法によって酸化亜鉛（ＺｎＯ）の幅50〜200ｎｍの
ナノリボンや、直径10〜20ｎｍのナノワイヤを作製する方法（非特許文献２）、さらには、金属触媒を添加してArc-discharge法で酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）ナノワイヤを作製す
る方法（非特許文献３）等の様々な提案がなされている。
【非特許文献１】K.M.Ryan,D.Erts et al,J.Am.Chem.Soc.125(2003)6284:Aluminosilicate mesoporousthin films
【非特許文献２】J.G.Wen,J.Y.Lao,D.Z.Wang et al,Chem.Phys.Lett.372(2003)717
【非特許文献３】G-S.Park,W-B.Choi et al,J.Crystal Growth 220(2000)494
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように、これまでにも数多くのナノサイズ構造物が実現されて、実用化も展望されているが、これらのナノサイズ構造物とその製造のためのプロセスは依然として未踏の領域としてあり、これまでに知られていない三次元構造物が実現される大きな可能性がある。このため、これまで知られているナノサイズの構造物は、ナノワイヤやナノチューブそしてナノリボン、さらにはナノホーンを主とするものであるが、これらに限られることなく、新しい三次元のナノ構造物の実現のための方策が期待されている。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のような背景から、これまでに知られていない新しいナノサイズ構造物とその作製のための方法を提案し、このナノサイズ構造物による新しい機能性材料としての応用の展望を拓くことを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、電磁場中に置かれた減圧密閉容器内の絶縁基板近傍に常温常圧では固体の元素を含んだガスを供給し、これに収束電子ビームを照射して絶縁基板上に前記元素のナノサイズの枝を有する樹木状構造物を形成することを特徴とするナノ樹木状構造物の作製方法を提供する。
【０００６】
第２には、枝の直径が３ｎｍ以下であることを特徴とする上記のナノ樹木状構造物の作製方法を提供する。
【０００７】
第３には、収束電子ビームを走査して二次元パターンに樹木状構造物を形成することを特徴とする上記のナノ樹木状構造物の作製方法を提供する。
【０００８】
第４には、複数種のガスを供給して複数種の元素を含むナノ樹木状構造物を作製することを特徴とする上記のナノ樹木状構造物の作製方法を提供する。
【０００９】
第５には、常温常圧では固体の元素によって絶縁基板上に構成され、直径が３ｎｍ以下の枝を有することを特徴とするナノ樹木状構造物を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記第１の発明のナノ樹木状構造物の作製方法によれば、ナノデバイスや、ナノサイズ触媒、触媒の担体、製薬など様々な分野への応用が期待される、三次元の新しい構造物として、ナノ樹木状構造物が提供される。
【００１１】
また、第２の発明のナノ樹木状構造物の作製方法によれば、枝の直径が３ｎｍ以下という特有のサイズを有するナノ樹木状構造物が提供される。
【００１２】
第３の発明のナノ樹木状構造物の作製方法によれば、二次元の平面配置パターンが制御されたナノ樹木状構造物が実現される。
【００１３】
上記第４の発明のナノ樹木状構造物の作製方法によれば、さらに複数の元素からなるナノ樹木状構造物を得ることができる。
【００１４】
第５の発明によれば、直径３ｎｍ以下の枝を有するナノメートル樹木状構造物が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
この出願の発明のナノ樹木状構造物の作製方法において用いられるガスは、常温常圧においては固体の元素、たとえばＷ、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｇａ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の金属元素や、Ｓｉ，Ｂ等の半導体元素もしくは半金属元素等の各種の元素を含むガスである。つまりガスとしてこの出願の発明の方法において絶縁基板近傍に供給されるものである。これらの元素を含むガスは、たとえばこれら元素の化合物として用いられる。
【００１７】
絶縁基板は、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいはそれらの複合物等のうちの各種のものであってよい。
【００１８】
ナノ樹木状構造物の作製は、電磁場中に置かれた減圧密閉容器内において行われるが、この場合の容器の減圧度については、使用するガスの種類や目的とする樹木状構造物の形態等に応じて選択されることになる。通常は、１×１０-2Ｐａ以下の減圧度が考慮される。印加される電磁場は、収束電子ビームの制御とその作用にとって欠かせないものである。この電磁場の強度は、通常は１〜１０テスラの範囲とすることが考慮される。
【００１９】
収束電子ビームは、特に限定されるものではないが、その強度としては、たとえば、加速電圧２００ｋＶ、エネルギーは２００ｋｅＶとして、０．５ｎＡから５０ｎＡの範囲、あるいは５０ｎＡ以上とすることができる。その照射時間は、たとえば数秒から数十分の範囲とすることが考慮される。そして収束電子ビームは、これを走査可能にすることが、二次元パターンとして、ナノ樹木状構造物を形成配置するのに有効である。この走査によって、たとえば複数のドット状二次元配置の位置の各々にナノ樹木状構造物を作製するこ
とができる。そして、電磁場によって収束された電子ビームを照射して、これまで不可能であるとされていたたとえば３ｎｍ以下の枝を有するナノ樹木状構造物を作製することを可能とする。
【００２０】
なお、絶縁基板の温度については、必要であれば加熱してもよいが、通常は室温（５℃〜２２℃程度）とすることができる。
【００２１】
この出願の発明の方法では収束電子ビームのビーム径やその走査を制御することによって、また、電磁場を制御することにより絶縁基板表面に任意に画かれたパターンと同じナノ樹木構造物をナノメートルの精度で作製することを可能にする。
【００２２】
図１はこの出願の発明の態様を示した模式図であるが、模式図に示されているように減圧された密閉容器内にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁基板（５）が設置されている。そして密閉容器内の絶縁基板（５）に向けて元素を含むガス（１）をノズル（２）から供給する。そして、絶縁基板（５）の表面に向けてたとえば磁場をかけて拡散が抑えられた収束電子ビームを照射する。収束電子ビームの照射により元素を含むガス（１）が反応し絶縁基板表面に元素からなるナノ樹木状構造物を作製される。
【００２３】
ナノサイズ構造物における構造と用途は密接に関係するが、新しい構造物を作製することは新しい用途を創出することでもある。
【００２４】
この出願の発明で作製されるたとえば３ｎｍ以下の枝を有するナノ樹木状構造物はこれまで知られていない。この出願の発明によって得られるナノ樹木状構造物は集積度が高い半導体デバイス、触媒デバイスあるいは量子素子等に有効であると考えられ、このナノ樹木状構造物に関する技術はこれらの用途の実用化や効率化に大きく寄与するものと考えられる。
【００２５】
そこで以下に実施例を示し、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。
【実施例１】
【００２６】
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁基板が設けられた密閉容器内を室温に保つ。そして、この容器内の圧力を１０-2Ｐａ以下に保ちながらノズルから０．１ｍｇ／ｈｒの供給速度でＷ（ＣＯ）6ガスを供給する。絶縁基板上に約１．５Ｔ（テスラ）の磁場により拡散
を抑えた、加速電圧２００ｋＶ、エネルギー２００ｋｅＶでの収束電子ビームを１５０秒間照射して絶縁基板上にタングステン（Ｗ）のナノ樹木状構造を生長させる。図２はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板上に作製されたタングステン（Ｗ）のナノ樹木状構造物の透過電子顕微鏡写真である。図２の細いワイヤ状物は生成したタングステン（Ｗ）ナノ樹木構造物の枝であり、細い枝の直径は３ｎｍ以下であることが確認された。
【実施例２】
【００２７】
収束電子ビームをドット状に５秒間毎に照射した以外は実施例１と同じ条件でタングステン（Ｗ）のナノ樹木状構造物を作製した。図３は作製されたタングステン（Ｗ）のナノ樹木状構造物の透過電子顕微鏡写真である。収束電子ビームをドット状に照射した部分にタングステン（Ｗ）のナノ樹木状構造物が形成されていることが確認される。なお、ドットのサイズは電子ビームの収束の程度によって変化するが、図３におけるドットのサイズは２０ｎｍであることが確認される。
【００２８】
図４は、Ａｌ2Ｏ3基板上に作製されたＷナノ樹木状構造物のエネルギー分散型分析装置（ＥＤＳ）分析結果である。絶縁基板のアルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）に加えて
原料気体に含まれていたタングステン（Ｗ）が作製されていることが確認される。
【００２９】
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態および実施例に限定されるものではなく、詳細については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
ナノサイズワイヤ状の枝を有するナノ樹木状構造は、ナノデバイス、量子素子、ナノサイズ触媒、その他、化学、生物、製薬などの種々の分野への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本願発明のナノメートル樹木状構造物の作製を示す模式図である。
【図２】タングステンのナノ樹木状構造物の透過電子顕微鏡写真である。
【図３】収束電子ビームをドット状に照射したタングステンのナノ樹木状構造物の透過電子顕微鏡写真である。
【図４】作製されたタングステンのナノ樹木状構造物をエネルギー分散型分析装置（ＥＤＳ）で測定した分析結果である。
【符号の説明】
【００３２】
１  元素含有ガス
２  ノズル
３  収束電子ビーム
４  ナノ樹木（Ｎａｎｏ−Ｔｒｅｅｓ）
５  絶縁性基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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