(57)【要約】【課題】２次元的膜厚の薄膜基板及びこの薄膜基板に磁性ナノ粒子群を均一に固定化した記憶媒体を提供する。【解決手段】格子状に形成されたサブミクロンからミクロンの厚さの金属製の基板枠２の各スペースに、ＳｉＯ２系被膜生成用のＯＣＤ塗料拡散液を用いて膜厚１０−２μｍから１０−１μｍのオーダーのＳｉＯ２膜を生成し、このＳｉＯ２膜からなる単位基板３が配列している薄膜基板１を得る。この薄膜基板１の単位基板３上にシランカップリング剤からなるカップリング層を形成した後、液相合成したナノ粒子をカップリング層に吸着させことによって、各単位基板上に単層のナノ粒子群が固定化された記憶媒体を得る。【選択図】図１
2005092939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の形状のスペースが配列するようにパターン形成された基板枠と、この基板枠の各スペースに形成された絶縁薄膜とにより構成されることを特徴とする薄膜基板。
【請求項２】
前記絶縁薄膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１記載の薄膜基板。
【請求項３】
前記シリコン酸化膜が、有機シリコン溶液を用いて形成され、熱処理されてなることを特徴とする請求項２記載の薄膜基板。
【請求項４】
前記基板枠が高融点金属からなることを特徴とする請求項１記載の薄膜基板。
【請求項５】
前記絶縁薄膜の膜厚が前記基板枠の厚みより薄いことを特徴とする請求項１記載の薄膜基板。
【請求項６】
一定の形状のスペースが配列するようにパターン形成された基板枠、及びこの基板枠の各スペースに形成された絶縁薄膜により構成される薄膜基板と、
前記薄膜基板の各絶縁薄膜上にカップリング剤を用いて形成されるカップリング層と、
前記カップリング剤に吸着されることによって前記カップリング層上に単層で固定化されるナノ粒子群と
を備えたことを特徴とするナノ粒子膜。
【請求項７】
前記絶縁薄膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項６記載のナノ粒子膜。
【請求項８】
前記カップリング剤が、一般式（１）により表されるシランカップリング剤であることを特徴とする請求項６記載のナノ粒子膜。
【化１】
2005092939.tif 000005
（式中、Ｘはアミノ基及びその誘導体を含み、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ低級アルコキシ基、水酸基、低級アルキル基、フェニル基、ハロゲン元素からなる群から選択される。）
【請求項９】
前記カップリング層が前記薄膜基板の各絶縁薄膜の両面に形成され、前記ナノ粒子群がそれぞれのカップリング層に固定化されることを特徴とする請求項６記載のナノ粒子膜。
【請求項１０】
一定の形状のスペースが配列するようにパターン形成された基板枠、及びこの基板枠の各スペースに形成された絶縁薄膜により構成される薄膜基板と、
前記薄膜基板の各絶縁薄膜上にカップリング剤を用いて形成されるカップリング層と、
前記カップリング剤に吸着されることによって前記カップリング層上に単層で固定化される磁性材料からなるナノ粒子群と
を備えたことを特徴とする記憶媒体。
【請求項１１】
前記絶縁薄膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１２】
前記カップリング剤が、一般式（１）により表されるシランカップリング剤であることを特徴とする請求項１０記載の記憶媒体。
【化２】
2005092939.tif 000006
（式中、Ｘはアミノ基及びその誘導体を含み、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ低級アルコキシ基、水酸基、低級アルキル基、フェニル基、ハロゲン元素からなる群から選択される。）
【請求項１３】
前記磁性材料が、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔＭ、またはＣｏＰｔＭ（ただし、ＭはＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＰｄである。）であることを特徴とする請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１４】
前記ナノ粒子群が液相合成されたものであることを特徴とする請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１５】
前記ナノ粒子群上に形成されるシランカップリング剤の層と、
前記シランカップリング剤の層にゾルゲル法により形成される無機質保護膜と
を備えたことを特徴とする請求項１０記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁薄膜からなる薄膜基板、及びこの薄膜基板上にナノ粒子が層状に固定されたナノ粒子膜、並びに磁性のナノ粒子膜を有する記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体電子素子の小型化および高集積化、記憶媒体の高記録密度化に伴い、物質あるいはデバイスを微小化する検討がなされている。これら微小なマイクロスケールやナノスケールの物質あるいはデバイスはほとんどがシリコンウエハやガラス板のような基板上に形成されており、記憶媒体の分野でも、次世代高密度磁気記録媒体として、ナノスケールの微小な磁性粒子群を基板上に層状に配置させる研究が盛んに行われている。マイクロスケールやナノスケールの物質あるいはデバイスに対して、これらを載置する基板の厚さは一般に百ミクロンからミリメートルのスケールであり、基板上に形成される物質あるいはデバイスは基板も含めると３次元の構造物と考えられる。今日、ナノテクノロジーの進歩は急速で、物質あるいはデバイスの大きさはナノスケールにまで至っている。それ故、デバイスサイズをさらに小さくした２次元的デバイスを実現するためには、より薄い基板を開発することが重要である。
通常のシリコンウエハは百ミクロンスケールの厚さであり、これと比較して厚さサブミクロンの薄膜は２次元的基板と考えることができる。なお、この薄膜基板は、絶縁性、数百度の温度に対する耐熱性、化学的安定性、耐水性、耐アルコール性、及び基板表面で物質を支持可能な物理的安定性を有する必要がある。
【０００３】
ところで、薄膜基板を作製する方法としては、例えば酸を用いる化学的エッチングあるいはイオンビーム照射等の物理的エッチングによって厚膜から削って薄膜化する方法がある。しかしながら、このようなエッチングプロセスはさらに時間を要することを意味し、製造効率の低下をもたらす。
また、薄膜基板をより直接的に作製する方法としては、化学原材料を用いて薄膜を形成し、熱処理して薄膜を固化する方法が考えられる。半導体技術では、ＳｉＯ２膜により微小回路を保護することが一般に行われているが、そのようなＳｉＯ２膜を形成する方法の１つに、ＲｎＳｉ(ＯＨ)４−ｎと添加剤をアルコールベースの有機溶剤に溶解した市販の有機シリコン溶液を用いて形成する方法がある(例えば、特許文献１、２参照。)。このＳｉＯ２膜は滑らかな表面を持つことができるとともに、絶縁性、耐熱性、耐酸化性、耐水性、耐アルコール性を有するが、基板上に配置される物質やデバイスの保護膜として形成されるものであり、それ自体基板として使用する試みはなされていない。
【特許文献１】特開昭５８−１６２０４１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１６４３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、２次元的デバイスを実現するためにはサブミクロンからミクロンのオーダーまで膜厚を薄くした薄膜基板が必要であるが、効率よく容易に作製可能な２次元的薄膜基板はまだ得られていない。また、ＳｉＯ２膜のような絶縁膜を薄膜基板に応用する技術はまだ開発されていない。
本発明は、かかる観点からなされたもので、パターン形成された基板枠によって絶縁薄膜を支持することによってナノスケールの物質あるいはデバイスを載置可能にした薄膜基板を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記薄膜基板上にナノ粒子群を層状に均一に配置したナノ粒子膜、及び磁性材料からなるナノ粒子膜を備えた記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明の薄膜基板は、一定の形状のスペースが配列するようにパターン形成された基板枠と、この基板枠の各スペースに形成された絶縁薄膜とにより構成されることを特徴とする。
本発明においては、基板枠によって一定の形状に仕切られ配列する絶縁薄膜が、それぞれ薄膜基板を構成し配列する単位基板として用いられる。このような絶縁薄膜としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が挙げられる。ＳｉＯ２膜はＲｎＳｉ(ＯＨ)４−ｎ含有の市販の有機シリコン溶液を用いてスピンコート法等により、基板枠の間のスペースに生成することができる。形成された塗膜は非晶質のＳｉＯ２膜となるよう加熱処理される。このため、基板枠には高融点金属を用いることが好ましい。基板枠はリソグラフィーによりパターン形成される。基板枠の厚みはサブミクロンかミクロンのオーダーであり、絶縁薄膜の膜厚はそれより薄くなる。これにより、２次元的な薄膜基板を得ることが可能となる。
【０００６】
請求項６の発明のナノ粒子膜は、一定の形状のスペースが配列するようにパターン形成された基板枠、及びこの基板枠の各スペースに形成された絶縁薄膜により構成される薄膜基板と、薄膜基板の各絶縁薄膜上にカップリング剤を用いて形成されるカップリング層と、カップリング剤に吸着されることによってカップリング層上に単層で固定化されるナノ粒子群とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、基枠によって仕切られたＳｉＯ２膜のような絶縁薄膜が個々の単位基板として用いられ、それぞれの単位基板ごとにナノ粒子群が単層で固定化されたナノ粒子膜が作製される。絶縁薄膜上にナノ粒子群を単層で固定化するために、ナノ粒子を吸着する官能基を有するカップリング剤、好ましくは下記の一般式（１）で表されるシランカップリング剤を用いて絶縁薄膜上にカップリング層が形成される。
【０００８】
【化３】
2005092939.tif 000003
【０００９】
式（１）中、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ低級アルコキシ基、水酸基、低級アルキル基、フェニル基、ハロゲン元素からなる群から選択され、Ｘはナノ粒子を物理吸着あるいは化学吸着する官能基であり、アミノ基及びその誘導体を含む。
【００１０】
このカップリング層にナノ粒子を吸着させることで、ナノ粒子群が単層で均一に固定化されたナノ粒子膜が得られる。これにより、絶縁薄膜を含めて膜厚の均一な薄膜のナノ粒子膜が、薄膜基板の絶縁薄膜の配列パターンに合わせて配列した形態に作製される。なお、絶縁薄膜の両面にカップリング層を形成して、それぞれにナノ粒子群を固定化したナノ粒子膜も作製可能である。この場合、絶縁薄膜は基板枠の厚み方向の中段に形成されていることが好ましい。絶縁薄膜の両面にナノ粒子の層が形成されることにより、薄膜基板あたりのナノ粒子の密度を向上させることが可能となる。
【００１１】
請求項１０の発明の記憶媒体は、一定の形状のスペースが配列するようにパターン形成された基板枠、及びこの基板枠の各スペースに形成された絶縁薄膜により構成される薄膜基板と、薄膜基板の各絶縁薄膜上にカップリング剤を用いて形成されるカップリング層と、カップリング剤に吸着されることによってカップリング層上に単層で固定化される磁性材料からなるナノ粒子群とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、請求項６のナノ粒子膜と同様に、薄膜基板の各絶縁薄膜上に磁性材料からなるナノ粒子がカップリング層に吸着されることによって単層で固定化される。ナノ粒子の磁性材料は、磁気異方性の強いものが好ましい。このような磁性材料としては、例えばＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔＭ、ＣｏＰｔＭ（ただし、Ｍ＝Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ等）等を挙げることができる。このような磁性材料からなるナノ粒子は、Ｓ／Ｎ比の高い記憶媒体を得るためには、粒径分布が極めて狭いことが望まれる。ナノ粒子を液相合成することにより粒径のばらつきを２０％程度とすることができ、得られた粒子を分級することにより粒径のばらつきを５％以下にすることができる。また、ナノ粒子群は、結晶磁気異方性の高い結晶に転移させるための加熱処理が行われるが、カップリング層が存在することによって粒子間焼結が抑制され、ナノ粒子群が均一な厚さに形成された記憶媒体を得ることが可能となる。さらに、記憶媒体として耐磨耗性及び耐腐食性を付与するため、ナノ粒子群の層の上に無機質保護膜を形成することが好ましい。さらに、無機質保護膜はゾルゲル法により形成することが好ましい。ナノ粒子群の上にカップリング剤からなる層が存在すると、無機質保護膜がゾルゲル法により良好に形成することが可能となる。以上により、絶縁薄膜を含めて膜厚の均一な薄膜の記憶媒体が、薄膜基板の絶縁薄膜の配列パターンに合わせて配列した形態に作製される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜５の発明によれば、絶縁薄膜を格子パターンのようにスペースが配列する基板枠によって保持することにより、絶縁薄膜を基板として使用することができ、デバイスの膜厚方向の微小化を促進することができる。
【００１４】
請求項６〜９の発明によれば、絶縁薄膜を基板としてカップリング層を介してナノ粒子群を固定化することにより、基板を含めて薄膜でかつ膜厚の均一なナノ粒子膜を得ることができる。
【００１５】
請求項１０〜１５の発明によれば、絶縁薄膜を基板としてカップリング層を介して磁性材料からなるナノ粒子群を固定化することにより、基板を含めて薄膜でかつ膜厚の均一な記憶媒体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の薄膜基板の一実施の形態を示す平面図である。この図に示すように、本実施の形態の薄膜基板１は、格子状に形成される基板枠２と、基板枠２で仕切られた各スペースにそれぞれ形成される単位基板３とで構成されており、単位基板３が平面上に規則的に配列した形態となっている。なお、図１（ｂ）は、同図（ａ）の円内部分を拡大して示す図である。
【００１７】
基板枠２は、一定の形状のスペースが規則的に配列するようにパターン形成される。基板枠２の厚さはサブミクロンからミクロンのスケールであり、全体の寸法はミリからセンチのスケールをとることができる。また、基板枠２で仕切られた各スペースの寸法、すなわち単位基板３の寸法は、サブミクロン以上のスケールとなっている。基板枠２としては、Ｃｕ、Ｍｏ等の高融点の金属材料が用いられる。一方、単位基板３としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ等）等の絶縁膜が用いられる。
【００１８】
次に、ＳｉＯ２膜を用いて上記薄膜基板１を製造する方法について図２〜４を参照しながら説明する。なお、図２〜４において、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図２において、リソグラフィー技術を用いてパターン形成された金属製の基板枠２とシリコンウエハのような支持基板５をアルコール溶液中で超音波洗浄した後、基板枠２を支持基板５上に例えばカーボンテープを用いて設置し、この支持基板５を図示しない高速回転装置に固定する。ついで、支持基板５上に載置された基板枠２の上に、ＳｉＯ２系被膜生成用の市販のＯＣＤ塗料拡散液６を１滴滴下する。ここで、ＯＣＤ塗料拡散液は、ＲｎＳｉ(ＯＨ)４−ｎと添加剤（拡散剤、ガラス形成剤、結合剤等）を有機溶媒（例えば、エステル、ケトン、アルコール等）に溶解した有機シリコン溶液である。
【００１９】
滴下した塗料拡散液６が支持基板５上で不動状態となるまで５分ほど放置した後、図３において、支持基板５を高速回転装置により最高速度２０００〜５０００ｒｐｍまで１０秒間回転する。なお、ＳｉＯ２膜の膜厚は回転速度によって調整可能で、回転速度が大きいほど膜厚は薄くなる。ついで、塗膜を８０、１５０、２００℃の温度で各１分ずつ乾燥した後、４００℃にて３０分熱処理し硬化させる。得られるＳｉＯ２膜７は基板枠２の厚さよりも薄く、基板枠２の下端側に形成される。
【００２０】
熱処理後、基板枠２を支持基板５から剥離することによって、図４に示すような基板枠２の下端側に単位基板３となるＳｉＯ２膜７が形成された薄膜基板１を得ることができる。ＳｉＯ２膜７の膜厚は、基板枠２より薄い１０−２μｍから１０−１μｍのオーダーで、好ましい膜厚は０．０５μｍ以上０．２μｍ以下である。０．２μｍ以下の膜厚であればＳｉＯ２膜７上に形成されたナノスケールの物質を透過型電子顕微鏡でそのまま観察することができる。０．０５μｍ以上であれば、ナノスケールの物質を支持可能な強度を得ることができる。また、ＳｉＯ２膜は８００℃前後までの耐熱性があり、アルコール等の有機溶剤や水に対して耐性があり、搭載する物質に対して化学的に不活性であるなど、基板として必要な特性を有している。
【００２１】
上述した製造方法は一例で、これに限定されないことはもちろんである。上記ＳｉＯ２膜の生成方法では、熱処理前の回転速度を調整することによりＳｉＯ２膜の膜厚を任意に制御することができる。塗膜の熱処理は、ＳｉＯ２膜を非晶質構造とするために必要で、熱処理温度の下限値は略３００℃と考えられる。塗膜の熱処理が不十分であると、ＳｉＯ２膜の構造が均質とならず、粒子構造がいくつか混じって微小なクラックの発生しやすい膜となってしまう可能性がある。
図５は、ＳｉＯ２膜からなる単位基板３の大きさ及び形状が異なる薄膜基板１の光学視像を示すもので、（ａ）は直径８５μｍの円形の単位基板３を、（ｂ）は横の長さが３０μｍの方形の単位基板３を示している。
【００２２】
上述したように、本実施の形態によれば、パターン形成された基板枠のスペースに公知の絶縁薄膜、例えばＳｉＯ２膜が形成され、一定の形状の絶縁薄膜からなる単位基板が平面上に配列したほとんど２次元的な薄膜基板を得ることができる。
【００２３】
次に、上記薄膜基板１上にナノ粒子を層状に形成したナノ粒子膜の一実施の形態について説明する。なお、ここでは、記憶媒体として用いることができる磁性材料からなるナノ粒子膜を例に挙げて説明するが、本発明のナノ粒子膜は磁性材料に限定されない。
図６に、本実施の形態のナノ粒子膜の断面構造を模式的に示す。図６において、ナノ粒子１１が薄膜基板１の各単位基板３上にカップリング層１２を介して均一に単層で固定化されている。なお、図６では便宜上２つの単位基板３のみ示している。
【００２４】
カップリング層１２は、ナノ粒子１１を物理吸着あるいは化学吸着する官能基を有するカップリング剤を用いて形成される。なお、化学吸着は共有結合の形成を含み、物理吸着はイオン結合、配位結合、水素結合、分子間力による結合等、共有結合以外の形成を含む。カップリング剤としては、次式（１）に示すシランカップリング剤が好適である。
【００２５】
【化４】
2005092939.tif 000004
【００２６】
式（１）中、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ低級アルコキシ基、水酸基、低級アルキル基、フェニル基、ハロゲン元素からなる群から選択され、Ｘはナノ粒子を物理吸着あるいは化学吸着する官能基であり、アミノ基及びその誘導体を含み、より具体的には次式（２）で表される。
【００２７】
Ｘ＝(ＣＨ２)ｌ-(Ｃ６Ｈ４)ｍ-(ＣＨ２)ｎ-Ｙ      ……（２）
【００２８】
式（２）中、Ｙは-ＮＨ２、-ＮＨ-(ＣＨ２)ｘ-ＮＨ２（ｘ＝２〜６）、-ＮＨ-(ＣＨ２)２-ＮＨ-(ＣＨ２)２-ＮＨ２、-ＮＨ-ＣＯ-ＮＨ２、-ＮＨ-(ＣＨ２)ｙ-ＣＨ３（ｙ＝０〜３）、-ＮＨ-ＣＨ-(ＣＨ３)２、-ＮＨ-Ｃ６Ｈ５、-ＮＨ-(Ｃ２Ｈ４ＯＨ)、-ＮＨ-ＣＨ２-ＣＨ=ＣＨ２、-Ｎ-(ＣＨ３)２、-Ｎ-(Ｃ２Ｈ５)２、-ＮＨ-(Ｃ２Ｈ４ＯＨ)２、-ＣＯＯＨ、-ＯＰＯ(ＯＨ)２、-ＰＯＯＨ、-ＳＯ２ＯＨまたは-ＳＯＯＨを表し、ｌ、ｍ、ｎは０〜１７の整数を表す。
【００２９】
単位基板３上へのカップリング層１２の形成は、薄膜基板１を洗浄後、カップリング剤を溶解した溶液に薄膜基板１を一定時間浸漬するか、あるいはカップリング剤溶液を薄膜基板１上に塗布することによって行うことができる。また、ラングミュア・ブロジェット法によりカップリング層１２を形成することもできる。
【００３０】
ナノ粒子１１は、記憶媒体用としては磁気異方性の強い磁性材料が用いられる。このような磁性材料としては、例えばＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔＭ、ＣｏＰｔＭ（ただし、Ｍ＝Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ等）等を挙げることができる。
【００３１】
ナノ粒子１１は液相合成されたものが好ましい。液相合成法とは、金属塩、有機金属などを液中に溶解させ、還元あるいは分解などにより、粒子を析出させる方法である。公知の液相合成法として、共沈法、アルコール還元法、有機金属化合物の熱分解、逆ミセル法、超音波法等がある。液相合成されたナノ粒子は、その表面を有機安定化剤で被覆された分散液として得られる。液相合成法によれば、粒径のばらつきを２０％程度としてナノ粒子を合成でき、これを分級することにより、粒径のばらつきをさらに５％以下にすることができる。記憶媒体として用いる場合には、粒子径分布の標準偏差が狭いほど、再生時の媒体ノイズが低減し、高いＳ／Ｎ比が得られる。また、ナノ粒子の粒径は、記録密度の観点からは小さくすることが好ましいが、用いる磁性材料の結晶異方性エネルギーにより実用可能な下限値が異なり、例えば結晶異方性エネルギーが１０６Ｊ／ｍ３程度のＦｅＰｔ粒子の場合、平均粒径３〜７ｎｍとなる。
【００３２】
有機安定化剤は、式Ｒ-Ｚで表すことができる長鎖有機化合物であり、式中Ｒは６〜２２個の炭素原子を含む長鎖または分岐ハイドロカーボン鎖、あるいは６〜２２個の炭素原子を含む長鎖または分岐フルオロカーボン鎖である。Ｚはカルボン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、スルホン酸、スルフィン酸、チオール、アミン、ジアミンからなる群から選択される。
【００３３】
ナノ粒子１１のカップリング層１２への固定化は、カップリング層１２を形成した薄膜基板１をナノ粒子分散液中に一定時間するか、あるいはカップリング層１２の上にナノ粒子分散液を塗布する。これにより、カップリング層１２の表面に存在する官能基(例えば、式(１)中のＸ)が、ナノ粒子の表面を被覆する有機安定化剤の官能基Ｚと置き換わってナノ粒子１１がカップリング層１２の表面に吸着される。このとき、ナノ粒子１は、その表面の一部でカップリング層１２の表面に存在する官能基に吸着し、残りの表面は有機安定化剤で被覆されているため、ナノ粒子１１群は互いに接することなくカップリング層１２に単層で固定化される。そのため、記憶媒体においてナノ粒子間の磁気的結合が極めて小さく、媒体の高記録密度化やノイズ特性の向上に寄与する。
【００３４】
図７は、上記のようにして作製されたナノ粒子膜の断面を示す透過型電子顕微鏡写真で、ＳｉＯ２膜の基板上に、ＡＰＴＳ（３-(２-アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン；(ＣＨ３Ｏ)３Ｓｉ-(ＣＨ２)３-ＮＨ-ＣＨ２-ＣＨ２-ＮＨ２）のカップリング層が形成されており、その上にＦｅＰｔのナノ粒子群が単層で固定化されている。
【００３５】
上記のようにして各単位基板３上にカップリング層１２によってナノ粒子群が固定化されたナノ粒子膜は、ナノ粒子１１を高い結晶磁気異方性を有する結晶構造に転移させるために４００℃以上に加熱処理される。このとき、カップリング層１２のカップリング剤が例えばシランカップリング剤の場合は主にＳｉＯ２に変化するため、加熱処理による粒子移動が抑えられ、粒子間焼結が抑制される。また、有機安定化剤は熱分解によってほぼ炭化・揮発する。
【００３６】
また、上記ナノ粒子膜は、記憶媒体として、耐磨耗性、耐腐食性を付与するための無機質膜層を形成することができる。無機質膜層は、ジルコニウム、シリコン、チタニウム、アルミニウムの酸化物、水酸化物および有機金属を含む混相からなる材料の何れか、あるいはそれらの組み合わせからなり、厚みは２０ｎｍ以下であることが好ましい。厚みが２０ｎｍ以上であると、信号強度の低下が顕著となり、Ｓ/Ｎ比に重大な支障をきたす。
【００３７】
このような無機質膜層の形成方法は、特願２００３-１３２００号にて提案されている方法を適用することができる。例えばジルコニウム、シリコン、チタニウム、アルミニウムの金属アルコキシドを出発材料とし、溶液中での加水分解や脱水縮合を利用して、これらの金属を含む無機質膜層をゾルゲル法により形成することができる。また、ケイ酸ナトリウム溶液のようなケイ酸塩水溶液を出発材料とし、溶液中での脱水縮合により無機質膜層としてシリカ（ＳｉＯ２）膜を堆積させることもできる。
【００３８】
ただし、液相で無機質膜層を形成する場合、酸化されていない磁性金属材料からなるナノ粒子の表面や、それを被覆している有機安定化剤の表面には無機質膜層が成長しない。そこで、ナノ粒子１１被覆している有機安定化剤を置換するように、ナノ粒子群の上にシランカップリング剤の層を形成した後、液相で無機質膜層を成長させる。シランカップリング剤の層の表面にはアルコキシドやシラノール基が存在するため、これらのアルコキシドやシラノール基が起点となって金属アルコキシドの加水分解や脱水縮合が起こり、無機質膜層が成長する。
【００３９】
上述したように、本実施の形態のナノ粒子膜においては、膜厚サブミクロン以下でかつサイズがサブミクロン以上の絶縁薄膜からなる単位基板が多数配列してなる薄膜基板の各単位基板上に、磁性材料からなるナノ粒子がカップリング層を介して単層で固定化されるため、単位基板ごとに磁気記録媒体となるナノ粒子膜を形成することができ、したがって磁気記録媒体が多数配列した２次元的な記憶媒体を得ることができる。
【００４０】
なお、上記実施の形態のナノ粒子膜は、カップリング層を介して磁性ナノ粒子群を単位基板上に固定化しているが、非磁性材料のナノ粒子も同様にカップリング層を介して単位基板上に固定化することができる。液相合成法によれば、磁性材料以外のナノ粒子、例えば半導体ナノ粒子、導電体ナノ粒子、強誘電体ナノ粒子、相変化ナノ粒子、フォトクロミックナノ粒子、サーモクロミックナノ粒子、エレクトロクロミックナノ粒子等も作製することができる。これらのナノ粒子をカップリング層を介して単位基板上に固定化することにより、加熱処理が必要な場合でも加熱処理による粒子間焼結が抑制され、ナノ粒子群が単層で均一に固定化されたナノ粒子膜を得ることができる。このようなナノ粒子膜は、例えばセンサーやアクチュエータ、メモリ等、広範な用途に応用することができる。
【００４１】
また、本発明の薄膜基板は、図８に示すように、マイクロスケールやナノスケールの粉状物質１５あるいは膜状物質１６を単位基板３上に直接保持することもできる。なお、図８において、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【００４２】
さらに、本発明の薄膜基板は、図９に示すように単位基板３の両面にカップリング層１２を形成してナノ粒子１１群をそれぞれ固定化することもできる。この場合、薄膜基板の製造方法は図２〜４に示すような方法ではなく、パターン形成された基板枠を絶縁被膜形成用拡散液、例えばＯＣＤ塗料拡散液に浸漬して、基板枠２の厚さ方向の中段に単位基板３となるＳｉＯ２膜が形成されるようにする。ＳｉＯ２膜の両面へのカップリング層１２の形成及びナノ粒子１１の固定化は前述した方法で行うことができる。このような薄膜基板においては、単位基板３に固定化されるナノ粒子１１の密度をさらに向上させることが可能となる。また、単位基板の両面にカップリング層が形成された薄膜基板は、ナノ粒子の層を挟んで重ねることもできるため、ナノ粒子膜の多層形成も可能となる。
【００４３】
また、本発明の薄膜基板は、単位基板の膜厚を、１０−２μｍから１０−１μｍのオーダー、好ましくは０．０５〜０．２μｍの範囲とすることにより、単位基板上に形成されたマイクロスケールやナノスケールの物質を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で何ら手を加えることなくそのまま観察し確認することができる。単位基板の膜厚を１００ｎｍ以下とした場合には、単位基板上のナノ粒子の結晶格子まで高分解能電子顕微鏡（ＨＲＥＭ）により観察することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の薄膜基板は、パターン配列している単位基板上にマイクロスケールやナノスケールの物質あるいはデバイスを形成することができ、磁気記録媒体の他に、センサー、アクチュエータ、メモリなど広範な用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の薄膜基板の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】本発明の薄膜基板を製造する工程例（その１）を示す平面図（ａ）及び断面図（ａ）である。
【図３】本発明の薄膜基板を製造する工程例（その２）を示す平面図（ａ）及び断面図（ａ）である。
【図４】本発明の薄膜基板を製造する工程例（その３）を示す平面図（ａ）及び断面図（ａ）である。
【図５】本発明の薄膜基板の光学視像を示す図である。
【図６】本発明のナノ粒子膜の一実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明のナノ粒子膜の断面を示す透過型電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の薄膜基板上に粉状物質１５あるいは膜状物質１６を直接保持している例を模式的に示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図９】本発明の薄膜基板の両面にナノ粒子を固定化した例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…薄膜基板、２…基板枠、３…単位基板、５…支持基板、６…ＯＣＤ塗料拡散液、７…ＳｉＯ２膜、１１…ナノ粒子、１２…カップリング層
【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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