(57)【要約】電流を流すことによって白熱させることが可能な光源のフォトニック結晶又はエミッタ10のような、ナノ構造コンポーネントを作る工程において、陽極酸化された多孔質アルミナからなる少なくとも一つの層1が、コンポーネント10の少なくとも一部を構成するために電気防食用要素として使用される。
2006520697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンポーネント（１０；１３；１６）は、コンポーネントにおいて所定の幾何学的配置に従って配置された、一連のナノメータ寸法のレリーフ（１２）、及び、一連のナノメータ寸法の空洞又は隙間（１５）のうち少なくとも一方を有し、
陽極酸化された多孔質アルミナでできた少なくとも一つの層は、コンポーネントの少なくとも一部をナノ構造化するための犠牲的な要素として使用されることを特徴とする、特に、光通信の分野で又は発光体の分野で使用される、ナノ構造コンポーネントを作製するためのプロセス。
【請求項２】
前記アルミナ層（１）は、ナノ構造化の間に犠牲的なテンプレートとして用いられるか、ナノ構造化のためのさらなる犠牲的なテンプレート（１０Ａ）を得るための中間テンプレートとして用いられることを特徴とする、請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
コンポーネントの少なくとも一部をナノ構造化するために、複数の陽極酸化された多孔質アルミナ層を使用することが設けられていること特徴とする、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項４】
設けられたアルミナ層（２）のそれぞれが、基板の表面に対して直交する複数のポアを規定する規則的なアルミナ構造が得られるまで各基板（２；１０，１０’）の表面に堆積されたアルミニウムフィルム（６）の連続的な陽極酸化によって得られて、アルミナ層が各基板に対して閉じている非ポーラスな部分（５）を有することを特徴とする、請求項２記載のプロセス。
【請求項５】
前記ナノ構造化は、蒸着、スパッタリング、化学気相堆積、スクリーン印刷、電着、電子ビーム、ＰＥＣＶＤ、スピニング、沈殿、遠心分離またはゾルゲルによって、材料を堆積するステップを含むことを特徴とする、請求項１又は３記載のプロセス。
【請求項６】
前記ナノ構造化は、少なくとも一つのエッチングステップを含むことを特徴とする、請求項１又は３記載のプロセス。
【請求項７】
前記ナノ構造化は、各アルミナ層(１;１,１',１'')の下にある金属を陽極酸化する工程を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項１又は３記載のプロセス。
【請求項８】
前記ナノ構成化は、
複数のレリーフ（１２，１２Ａ）を持った所望のコンポーネント(１０;１０Ａ)の少なくとも一部を作るための材料（２０）が、各アルミナ層(１)の上にフィルムとして堆積されて、前記材料（２０）の少なくとも一部が前記ポアを満たすステップと、
前記アルミナ層（１）を除去し、前記レリーフ（１２，１２Ａ）の少なくとも一部が前記ポア（４）に満たされた前記材料（２０）の一部によって成形されるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項２記載のプロセス。
【請求項９】
前記ナノ構成化は、
アルミナ層（２）が、アルミニウム又は他の導電性材料からなる導電性基板の上に形成されるステップと、
アルミナ（１）のポアが導電性基板上に有効に開くということになるように、陽極酸化に続いて形成されたアルミナ（１）の非多孔質の部分（５）又は障壁層が、湿式エッチングによって除去されるステップと、
導電性の金属フィルム（２１）が、電着、蒸着又はスパッタリングの技術によって、アルミナ層（１）の上に堆積されるステップと、
複数のレリーフ（１２；１２Ａ）を有する所望のコンポーネント（１０；１０Ａ）の少なくとも一部分を作るための前記材料（２３）が、金属フィルム（２１）及びアルミナ層の残存部分によって形成された構造に電着されて、前記材料（２３）の一部分が、前記ポアを充填するステップと、
アルミナ層（１）の残存部分及び金属フィルム（２１）が除去されて、前記レリーフ（１２；１２Ａ）の少なくとも一部分が、ポア（４）を充填する前記材料（２０）の一部分によって形成されるステップと、を備えることを特徴とする、請求項２記載のプロセス。
【請求項１０】
前記ナノ構成化は、
複数のレリーフ（１２，１２Ａ）を持った所望のコンポーネント（１０，１０Ａ）を作るための前記材料（２３）が、前記アルミナ層（１）の上にスクリーン印刷ペーストとして堆積されて、前記ペースト（２３）の一部が前記ポア（４）を充填するステップと、
前記ペースト（２３）を焼結するステップと、
前記アルミナ層（１）及びその基板（２）が除去されて、前記レリーフ（１２；１２Ａ）の少なくとも一部分が、ポア（４）を充填する前記材料（２０）の一部分によって形成されるステップと、を備えることを特徴とする、請求項２記載のプロセス。
【請求項１１】
前記ナノ構成化は、
各基板（２）の上にある前記ポア（４）を開口させるように、アルミナ層（１）の非ポーラスな部分の局在した部分（５）が除去されるステップと、
複数のレリーフ（１２，１２Ａ）を持った所望のコンポーネント（１０，１０Ａ）を作るための前記材料（２６）が、電気化学法により前記アルミナ層（１）の残存部分の上に堆積されて、前記材料（２６）の一部が前記ポア（４）に充填し、各基板（２；６、６’）に接触するようになるステップと、
前記アルミナ層（１）の残存部分及び各基板（２）が除去されて、前記レリーフ（１２，１２Ａ）の少なくとも一部分が、前記ポア（４）を満たす前記材料（２０）によって形成されているステップと、を備えることを特徴とする、請求項２記載のプロセス。
【請求項１２】
前記ナノ構成化は、
前記アルミナ層（１）の基板（２）を陽極酸化して、前記ポア（４）の下に前記基板（２）を成長させて、前記基板（２）の表面凸部（２Ａ）を形成することになり、その成長は最初に前記アルミナ層（１）の非ポーラスな部分（５）の部分を破壊させ、そしてそのあとに前記ポア（４）の中での成長を維持させるステップと、
前記アルミナ層が選択エッチングにより除去されて、複数のレリーフ（１２）を有する所望のコンポーネント（１０）が前記基板（２）によって少なくとも部分的に作られ、前記表面凸部(１Ａ)が前記レリーフ(１２)を作るステップとを備えることを特徴とする、請求項２記載のプロセス。
【請求項１３】
前記所望のコンポーネント（１０）が、前記別のテンプレート(１０Ａ)である、請求項９乃至１２のいずれか１つに記載のプロセス。
【請求項１４】
前記ナノ構成化は、
前記コンポーネント（１３）の少なくとも一部分を作るための前記材料の層（２４，２５）の層が、前記別のテンプレート（１０Ａ）上に堆積されるステップと、
前記別のプレート（１０Ａ，１３Ａ）が除去されるステップと、を備えることを特徴とする、請求項１３記載のプロセス。
【請求項１５】
前記コンポーネント（１３）の少なくとも一部分を作るための前記材料（２４）が、スパッタリング又は化学気相成長により、前記別のテンプレート（１０Ａ，１３Ａ）上に堆積され、
前記別のテンプレート（１０Ａ，１３Ａ）が選択エッチングにより除去されることを特徴とする、請求項１４記載のプロセス。
【請求項１６】
前記コンポーネント（１３）の少なくとも一部分を作るための前記材料（２４）が、スクリーン印刷ペースト（２５）の形を取り、それが前記別のテンプレート（１０Ａ，１３Ａ）の上に堆積され選択エッチングで除去された後に焼結されることを特徴とする、請求項１４記載のプロセス。
【請求項１７】
前記ナノ構成化は、
前記アルミナ層（１）の非ポーラスな部分（５）の少なくとも一部が除去され、前記ポア（４）が各基板（２）の上に開いているステップと、
前記基板を前記ポア（４）上の開いている領域に対応して選択的に掘り出すステップと、
前記アルミナ層（１）の残存部分が除去され、前記基板が前記コンポーネント（１３）を作り、基板の前記掘り出し領域が前記空洞（１５）を作るステップと、を備えることを特徴とする、請求項２記載のプロセス。
【請求項１８】
前記基板（２）が、反応性イオンエッチング、選択湿式エッチング又は電気化学エッチングにより、前記開いた領域において掘り出されることを特徴とする、請求項１７記載のプロセス。
【請求項１９】
前記ナノ構成化は、
少なくとも一つの第１のアルミナ層（１）を形成し、その上には、前記コンポーネント（１６）を作るための前記材料（２４）の少なくとも第１の部分（１０）が堆積されているステップと、
材料（１０）の前記第１の部分の上に、少なくとも第２のアルミナ層（１’）を形成し、その上には、前記コンポーネント（１６）を作るための前記材料（２４）の少なくとも第２の部分（１０）が堆積されているステップと、を備えることを特徴とする、請求項３記載のプロセス。
【請求項２０】
各アルミニウム基板（６，６’）の残存部分と同様に、第１のアルミナ層（１）及び第２のアルミナ層（１’）をも特にエッチングによって除去するためのステップを少なくとも備えることを特徴とする、請求項１９記載のプロセス。
【請求項２１】
前記ナノ構成化は、
少なくとも一つの第１のアルミナ層（１）を形成し、その上には、前記コンポーネント（１６）を作るための前記材料（２４）の少なくとも第１の部分（１０）が堆積されているステップと、
材料（１０）の前記第１の部分の上に、セラミックベースの酸化物、トリウム酸化物、セリウム酸化物、イットリウム酸化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物又は炭化珪素のような耐熱性の酸化物の層を少なくとも堆積するステップと、を備えることを特徴とする、請求項１又は３に記載のプロセス。
【請求項２２】
少なくとも第２のアルミナ層（１’）を耐熱性の酸化物の上に形成し、その上には、前記コンポーネント（１６）を作るための前記材料の少なくとも第２の部分（１０）が堆積されるステップが設けられているステップを備えることを特徴とする、請求項２１記載のプロセス。
【請求項２３】
各アルミニウム基板（６，６’）の残存部分と同様に、第１のアルミナ層（１）及び第２のアルミナ層（１’）をも特にエッチングによって除去するためのステップを少なくとも備え、得られたコンポーネントが耐熱性の酸化物の中にほとんど完全に囲まれることを特徴とする、請求項２１又は２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のうちのいずれか１つに記載のプロセスによって少なくとも部分的に作製される、電流を流すことによって白熱する光源（特にフィラメント）用のエミッタであって、
そのエミッタ（１０；１３；１６）は、所定の幾何学的配置に従って配置された、複数のナノメータ寸法のレリーフ（１２）、及び、複数のナノメータ寸法の空洞又は隙間（１５）のうち少なくとも一方を有することを特徴とするエミッタ。
【請求項２５】
前記レリーフ（１２)又は空洞（１５）が、可視スペクトルにおけるエミッタ（１２）からの電磁放射を最大にするための反射防止マイクロ構造を構成することを特徴とする、請求項２４記載のエミッタ。
【請求項２６】
請求項１乃至２３のうちのいずれか１つに記載のプロセスによって少なくとも部分的に作製される、二次元のフォトニック結晶であって、
その二次元フォトニック結晶（１０；１３）は、所定の幾何学的配置に従って配置された、複数のナノメータ寸法のレリーフ（１２）、及び、複数のナノメータ寸法の空洞又は隙間（１５）のうち少なくとも一方を有することを特徴とするエミッタ。
【請求項２７】
請求項１乃至２３のうちのいずれか１つに記載のプロセスによって少なくとも部分的に作製される、三次元のフォトニック結晶であって、
その三次元フォトニック結晶（１０；１３）は、所定の幾何学的配置に従って配置された、複数のナノメータ寸法のレリーフ（１２）、及び、複数のナノメータ寸法の空洞又は隙間（１５）のうち少なくとも一方を有することを特徴とするエミッタ。
【請求項２８】
電流を流すことにより白熱する、光源用のエミッタ（１０，１３）の少なくとも一部分をナノ構造化するために、陽極酸化された多孔質アルミナ（１）を電気防食用要素として使用する用度。
【請求項２９】
二次元のフォトニック結晶（１０；１３）又は三次元のフォトニック結晶（１６）をナノ構造化するために、陽極酸化された多孔質アルミナ（１）を電気防食用要素として使用する用途。
【請求項３０】
前記ナノ構造化の間に、テンプレートとしてアルミナ（１）を用いることを特徴とする、請求項２８又は２９記載の用途。
【請求項３１】
前記ナノ構造化の間に、別のテンプレート（１０Ａ，１３Ａ）を得るためにテンプレートとしてアルミナ（１）を用いることを特徴とする、請求項２８又は２９記載の用途。
【請求項３２】
前記ナノ構成化は、所定の幾何学的配置に従って配置された、複数のナノメータ寸法のレリーフ（１２）、及び、複数のナノメータ寸法の空洞（１５）のうち少なくとも一方を得るステップを備えることを特徴とする、請求項２８又は２９記載の用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ構造コンポーネントを作製するためのプロセスに関する。
【０００２】
特定の形にしたがって又は幾何学的配置にしたがって配列されたナノメータサイズの表面構造又はレリーフを有する金属コンポーネントが、近年、マイクロ電気機械システム又はＭＥＭＳのようなある技術分野で、回折光学装置、医療デバイス、マイクロタービンなどを得るために使用される。
【０００３】
本発明は、特に、例えばフォトニック（photonic）結晶を製造するためにフォトニクスの分野で使用したり、電流が流れることにより白熱させることができる例えばエミッタを製造するために照明の分野で使用したりするために、簡単でかつ経済的な方法で、ナノメータサイズのレリーフや空洞や構造を持ったナノ構造コンポーネントを作製する新しいプロセスを提案することを目的とする。
【０００４】
前記目的は、コンポーネントを選択的に構成するために陽極酸化された多孔質アルミナの少なくとも一つの層を電気防食用要素として利用することを考えたことを特徴とするナノ構造コンポーネントを作るプロセスに関係した本発明によって達成される。
【０００５】
一つ以上のアルミナ層の使用が、そのコンポーネントの中に複数のレリーフ又は空洞を得ることを可能にする。それらは、所定の幾何学的配置にしたがって配列される。
【０００６】
本発明に係るプロセスの好ましい特色は、本明細書に一体化された部分である添付されたクレームにおいて言及される。
【０００７】
本発明の別の目的、特色及び利点は、それによって本発明が制限されるものではない例示として提供された以下の詳細な説明及び添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
全ての可能な実施の形態において、本発明に係るプロセスは、陽極酸化された多孔質アルミナからなる高度に規則化された少なくとも一つのフィルムを電気防食用要素又はテンプレートとして利用することが場合によって考えられている。一つ以上のアルミナ層は、所望のナノ構造コンポーネントを得るために直接使用されか、又は上記ナノ構造コンポーネントを得るために必要とされる別の電気防食用要素を作るために間接的に使用される。
【０００９】
多孔質アルミナフィルムは、過去においてアルミナキャパシタ、有機コーティングの保持用若しくはアルミナ基板の保護用のフィルムなどの誘電体フィルムのような応用においてすでに注目されていた。
【００１０】
多孔質アルミナ構造は、アルミナマトリクスに埋め込まれた空洞の円柱のネットワークとして理論的に図式化される。多孔質アルミナは、高純度のアルミナシート又は、ガラス、石英、シリコン、タングステンのような基板上のアルミナフィルムの陽極酸化によって得ることができる。
【００１１】
図１は、全体が符号１で示される多孔質アルミナフィルムの一部分の例を単に示している。その多孔質アルミナは、後で２の符号が付される適当な基板の上に形成されたアルミニウムフィルムの陽極酸化によって得られる。図示されるように、アルミナ層１は、それぞれが、まっすぐでかつ基本的に基板２の表面に直交するポア４を形成している中心孔を有する六角形のセルが互いに近接して繋がったものを含む。基板２上に位置する各セル３は、基本的に半球形状の閉じた部分を有している。その全ての閉じた部分が、集まってフィルム１の非ポーラスな部分又は５の符号で示される障壁層を構成している。
【００１２】
従来技術からわかるように、フィルム１は、適切に選択された電解質と、物理的プロセス、酸性電解質（リン酸、シュウ酸及び硫酸などの）中の電気化学的パラメータ、適切なプロセス条件（電圧、電流、振動及び温度などの）によって、制御された表面を持つように焼き付けられ、高い規則性を持った多孔質フィルムを得ることができる。セル３の上記目的サイズ及び密度に対応して、ポア３の径及びフィルム１の厚さは、変化させることができる。例えば、ポア３の径は、化学処理によって概ね５０乃至５００ｎｍの範囲で増加させることも減少させることもできる。
【００１３】
図２に模式的に示されているように、多孔質アルミナフィルム１を作る第１ステップは、シリコン又はタングステンにより作られている基板２上にアルミニウム層６を形成することである。上記処理は１ミクロンから３０ミクロンの厚さの高純度材料の堆積を必要とする。層３の好ましい堆積技術は、電子ビームの熱による蒸着及びスパッタリングである。
【００１４】
アルミニウム層６の堆積を含むステップの後は、その層を陽極酸化するステップである。層６の陽極酸化プロセスは、ポア４の望ましい大きさ及び距離に対応して、異なる電解質溶液を用いることによって実行される。
【００１５】
電解質が同じであると、濃度、電流密度及び温度がポア４の大きさに大きく影響するパラメータである。電解質のセルはまた、陽極プロセスの均一性に対応する電界の正しい分布を得るために重要である。
【００１６】
図３は、基板２上のアルミニウム層６の陽極酸化結果の概略を示す。概要が示されているように、層６の第１陽極酸化によって得られるアルミナフィルム１Ａでは、規則的な構造を得ることはできない。図１において符号１で示されているもののような、高い規則性を持った構造を得るために、連続した陽極酸化プロセスと、
特に、少なくとも
i)その結果を図３において示すことができる第１陽極酸化プロセスと、
ii)不規則アルミナフィルム６の酸性溶液（例えば、ＣｒＯ３およびＨ３ＰＯ４）を用いて行われるエッチングによる減少ステップと（図４は、そのエッチングステップ後の基板２を模式的に示している。）、
iii)エッチングによって除去されなかったアルミナフィルム１Ａの一部の第２陽極酸化と、
が必要とされる。
【００１７】
ii)で言及したエッチングステップは、第２の陽極酸化ステップにおいて、アルミナ成長のための選択的領域である残ったアルミナ部分１Ａを明らかにするために重要である。
【００１８】
エッチング及び陽極酸化を伴う連続した処理を何回も実行することによって、参照番号１のアルミナフィルムが規則的である図５に概要が示されているように、構造が均一になるまで改善される。
【００１９】
後述するように、本発明に係るプロセスのいくつかの実施の形態では、規則的な多孔質アルミナフィルム１を得た後、障壁層５の全体又は部分的な除去を含むステップが実行される。その障壁層５は、アルミナ構造体を絶縁し、基板２を保護する。層５の除去はそれゆえ、基板２の上に直接、３次元ナノ構造を得る場合には、必要な場合に、電気的な接触が必要な連続した電気堆積プロセスとエッチングプロセスを実行するために、基本的なものである。
【００２０】
障壁層５の除去又は減少を含む上述のプロセスは、次の２つの連続したステージを含むことができる。
１つは、電流路を持つことなく、前の陽極酸化と同じ電解質中で実行されるポア４を広げること、
もう１つは、前の陽極酸化と同じ電解質中で大変低い電流の流れによって行われる障壁層５の減少であり、このステージは、陽極酸化の典型的な平衡が達成されないことから、アルミナ形成プロセスに関係した好ましいエッチングプロセスである
【００２１】
上述したように、本発明によれば、先に述べたプロセスにより形成されるアルミナフィルム１がナノ構造を作るためのテンプレート、例えば、アルミナの同じパターンを再生産する構造を作るためのベースとして、として使用される。後述するように、選択された実施の形態によっては、例えば、アルミナと相補的で、そのためにフィルム１のポアの上に柱を持つ負のナノ構造、又はアルミナと同一でありそのためにフィルム１のポア４上の空洞を持つ正のナノ構造を作ることが可能である。
【００２２】
図６および図７は、上述した２つのタイプの構造を有する、例えば白熱光源用のフィラメントのような２つのナノ構造コンポーネントを、部分概略図で示している。それらは、それぞれ本発明にしたがって実施されており、図６において、参照番号１０で示されたコンポーネントは、上述の負の構造を持っており、参照番号１２の上記柱がそこから立ち上がっているベース部１１によって特徴づけられ、図７において、参照番号１３で示されたコンポーネントは、上述の正の構造を持っており、参照番号１５の上記空洞が定義されるところの本体１４によって特徴づけられる。
【００２３】
図６および図７に示された構成されたコンポーネント１０，１３を作るために提案された技術は、全く異なっており、付け加える技術（例えば、蒸着、スパッタリング、化学気相成長、スクリーン印刷および電気メッキのような）、減少させる技術（エッチング）および中間的な技術（アルミナの下にある金属の陽極酸化）を含むことができる。
【００２４】
以下、目的とするいくつかの可能な本発明に係る実施の形態のプロセスについて説明する。
【００２５】
第１の実施の形態．
図８は、本発明に係る第１の実施の形態のプロセスのいくつかのステップの概要を示しており、そのプロセスは、図６のフィラメント１０の１つの負の構造を作るためのものである。
【００２６】
プロセスの最初の４ステップは、図２乃至５を参照しながら説明した基板２上の対応するアルミナ層の第１と第２の陽極酸化を少なくとも含む。基板２は、例えば、シリコンから作ることができ、陽極酸化プロセス用のアルミニウム層はスパッタリング又は電子ビーム蒸着で作製できる。
【００２７】
規則的なアルミナ構造（図５に示されるような）を持ったフィルム１が得られた後、スパッタリングによりナノ構造化されるべき材料がアルミナ上にフィルムとして堆積され、図８（ａ）に示されるように、アルミナ１のポアがその堆積された材料であり番号２０で示される、例えば、タングステンで満たされる。
【００２８】
続いて、図８（ｂ）に示されるように、アルミナ１とその基板２がエッチングで取り除かれ、負のナノ構造を持った例えばタングステンからなる所望のコンポーネント又はフィラメント１０が得られる。
【００２９】
スパッタリング技術は、高純度の材料からなるフィルム２０を１乃至３０ミクロンの厚さに形成するのに使用されるが、高いアスペクト比を持った構造を再現することは理論的にできない。それゆえ、上述した本実施の形態は、アルミナのポア４の径が最大のときに使用される。
【００３０】
したがって、スパッタリングの代わりに、材料２０の堆積は化学気相成長又はＣＶＤにより行うことができ、それらは高い純度又は適度にドープされた金属からなる構造を作るために適した最も技術であると思われる。この技術の主な特徴は、反応ガスを含む反応槽を使用することであり、それがアルミナの窪みポアへの金属の浸透と表面の上の連続した層の堆積を可能にする。これが、高いアスペクト比構造の正確に再現を確かなものにする。
【００３１】
第２の実施の形態．
前のケースのように、この実施の形態は、図６におけるコンポーネント又はフィラメント１０の１つに関係した負の構造を作ることを本質としており、本実施の形態は、基板２の上にアルミニウム層６を堆積させること（図２）、第１陽極酸化（図３）と続くエッチング（図４）に関するかぎり基本的に第１の実施の形態と同じ初期ステップを含む。第２の陽極酸化（図５）は、ここでは第１の実施の形態より厚い多孔質アルミナからなるフィルム１を作るために実行される。
【００３２】
厚いアルミナフィルム１は、その支持体２から離れ、先に参照番号５が付された障壁層を通常の方法により除去するように、そのベースを開口させる。その結果得られる障壁層の無いフィルム１の構造は、図９（ａ）に示される。
【００３３】
図９（ｂ）に示されるように続くステップは、アルミニウム１上の導電性金属フィルム２１の熱堆積、又はスパッタリングによる堆積である。そして、タングステン合金層２２が、そのようにして得られた構造の上に電気メッキされ、図９（ｂ）に示すように、その合金がアルミナ１のポア内に満たされる。それから、アルミナ１とそれに接続されたフィルム２１が除去され、図９（ｄ）に示されるようなタングステン合金で作られたナノ構造コンポーネント又はフィラメント１０が得られる。
【００３４】
第３の実施の形態．
この実施の形態は、先の２つの実施の形態と同様の初期ステップ（図２乃至５）を有し、図６におけるコンポーネント又はフィラメント１０の１つに関係した負の構造を作ることを本質としている。
【００３５】
図１０（ａ）に示すように、第２の陽極酸化に続いて、ここでは、セリグラフィク（serigraphic）ペースト２３が多孔質アルミナ１上にそのポアを満たすように堆積されるステップがある。
【００３６】
これに続いて、図１０（ｂ）に示すようにペースト２３が焼結され、それからアルミナ１とその基板が取り除かれ、それで図１０（ｃ）に示される構造１０が得られる。
【００３７】
この実施の形態は、低コストの技術を利用することと材料の選択の自由度の確保を可能にする。セリグラフィクペーストの準備がそのプロセスの第１ステップであり、例えば、タングステン、溶媒およびバインダーを含む金属ナノ粉体の正しい選択が、理想的な粒度分布と異なるタイプの基板２に対する流動性を持ったペーストを得るために重要である。
【００３８】
第４の実施の形態．
本発明に係るこの実施の形態のプロセスは、図７のコンポーネント又はフィラメント１３のような正の構造を作ることを目的とし、先の実施の形態により得られたテンプレートから始まっている。
【００３９】
それゆえ、基本的には、先の実施の形態の１つが、前の参照番号１０が付されたフィラメントの１つと同一の構造を持った基板を得るために使用され、図１１（ａ）において参照番号１０Ａが付されている上記基板の上に、最終製品を得るために必要とされる、例えばタングステンなどの材料２４からなる層がスパッタリング又はＣＶＤにより図１１（ｂ）に示すように堆積され、それにより材料２４がテンプレートとして働く上記基板１０Ａの柱１２Ａを覆う。
【００４０】
それから、図１１（ｄ）における空洞１５を備えた正のナノ多孔構造のコンポーネント又はフィラメント１３を得るために基板１０Ａが選択エッチングにより除去される。
【００４１】
上述した最初の３つの実施の形態にしたがって得られる基板１０Ａは、タングステンからなることは必要でない。変形例では、図８乃至９にしたがって得られる基板１０Ａ上に、図１２の（ａ），（ｂ）に示すように金属セリグラフィクペースト２５を堆積させて、図１２（ｃ）に示すように焼結させる。それから、図１２（ｄ）に示す正のナノ多孔構造を有するフィラメント１３を得るために基板１０Ａを選択エッチングにより除去する。
【００４２】
第５の実施の形態．
また、本発明に係るこの実施の形態のプロセスは、参照番号１３が付されたコンポーネント又はフィラメントとして正のナノ構造を作製することを目的とし、スパッタリング又は電子ビーム蒸着によりアルミニウム層６が例えばタングステンからなる基板２（図２）の上に堆積される図２乃至５に示されるものと同じ初期ステップを含み、第２陽極酸化の間にアルミナ１が成長するための優先的な領域を持った基板２を提供するために、アルミニウム６の第１の陽極酸化（図３）とエッチングステップ（図４）が続く。
【００４３】
アルミナ１の障壁層５が除去されて、図１３（ａ）に示すようにポア４が開く。これに続いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）がなされ、図１３（ｂ）に示すように基板２においてアルミナ１のポア４の開口底部が選択的に掘り返される。
【００４４】
残存したアルミナ１は、タングステン基板が規則的なナノメータサイズの空洞１５を有する本体１４を形成するように結局は除去される（このようにして、所望のフィラメント１３が得られる）。
【００４５】
反応性イオンエッチングステップは、必要に応じて選択的ウェットエッチングステップ又は電気化学エッチングステップにより置き換えることができる。
【００４６】
第６の実施の形態．
この実施の形態のプロセスは、図６のコンポーネント又はフィラメント１０の一つのような負の構造を作ることを目的としており、最初の数ステップは、先の実施の形態と同様である。したがって、対応するタングステン基板２の上に規則的なアルミナフィルム１を得た後、図１４(ｂ)に示す如く、基板２の上にポアを開口させるように障壁層５が除去される。それに続いて、パルス電流を用いた電気化学法により概略が図１４(ｂ)に示されるように、タングステン合金26が堆積され、次に、図１４(Ｃ)に示される所望のコンポーネント又はフィラメント１０を得るために、残ったアルミナ１と基板2が除去される。
【００４７】
６番目のプロセスは、最初にアルミナ１のポア４の中にタングステン堆積用の濃縮された電解質溶液を準備することを含む。その電解質は、それが溶液中のイオンの十分な濃度を確保することになるので正確にポアを埋めるために大変重要である。パルス電流ステップは、高いアスペクト比を持った構造の複製を可能にし、次のものを含む。
i）正の電流の印加によるタングステン合金２６の堆積、アルミナ１で作られたカソードとその基板２の近くの溶液の改質につながる。
ii）溶液が再びカソード付近で混合されるための電流が印加されない緩衝時間、
iii）カソードの上に先に堆積された合金２６の一部が除去されるように設定された負の電流の印加、これにより堆積表面の良好なレベリングを可能にする。
ステップi)、ii)、及びiii)、は、それぞれ数ミリ秒の間、続き、所望の構造が得られるまで、周期的に繰り返される。
【００４８】
第７の実施の形態．
この実施の形態は、タングステンで作られる必要はないけれど、先の実施の形態から得られる負の構造を持った基板から出発して、コンポーネント又はフィラメント１３の一つのような正のナノ構造を作ることを目的する。テンプレートとして働く上述の負の構造を持った基板は図１５(a)において１０Ａの符号が付されている。
【００４９】
タングステン層２７は、図１５（ｂ）に示すように基板１０Ａの上に、ＣＶＤ又はスパッタリングによって堆積される。そして、基板１０Ａを除去するために選択エッチングが行われ、これにより、図１５（ｃ）に示されるようなタングステンナノポーラス構造を有する所望のコンポーネント又はフィラメント１３が得られる。 
【００５０】
第８の実施の形態．
この実施の形態は、図６のフィラメント１０のような負のナノ構造を作ることを目的とし、その最初の数ステップは、図２乃至５に示されているものと同様であり、アルミニウム層６をスパッタリング又は電子ビーム蒸着によりタングステン基板２上に形成すること(図２)、続くアルミニウム６の第１陽極酸化(図３)とエッチングステップ(図４)を、第２陽極酸化(図５)においてアルミナ１の成長用の好ましい領域を持った基板２を提供するために含む。
【００５１】
これに、アルミナ１のポア４の下で起こる後述の局在成長のためのタングステン基板２の陽極酸化を含むステップが続く。上記ステップは、図１６（ａ）に示すように、最初にアルミナ１からなる障壁層5を破壊し、それから、アルミナポアの中の成長を保つことからなる基板２の表面レリーフ２Ａの形成を含む。
【００５２】
図１６（ｂ）に示す負のナノ構造を持った所望のコンポーネント又はフィラメント１０を得るために、Ｗ／Ｗ酸化による選択エッチングによりアルミナ１が除去される。
【００５３】
この実施の形態は、アルミニウムと同様の化学的電気的コンディションの下で陽極酸化できるタングステンやタンタルのようないくつかの金属の典型的な特質に基づいていることに注目すべきである。上述したように、上記陽極酸化は、アルミナ１のポア４の低い部分で起こり、それにより、基板２の表面を直接構成する。
【００５４】
第９の実施の形態．
この実施の形態は、先の実施の形態により得られる１つの負の構造を持った基板から出発して、図７のコンポーネント又はフィラメント１３の一つのような正のナノポーラス構造を作ることを目的とする。テンプレートとして働いているその基板は、図１７（ａ）において参照番号１０Ａが付されている。
【００５５】
タングステン合金２７は、基板１０Ａ上に電気化学堆積、ＣＶＤ又はスパッタリングにより、図１７（ｂ）に示すように堆積される。基板１０Ａは、その後選択エッチングにより除去され、これにより、正のナノポーラス構造を持った所望のフィラメント１３が得られる。
【００５６】
上述したことから、推定することができる。説明したすべての本発明にかかる実施の形態のプロセスは、アルミナ層１を使用することを含む。すなわち、アルミナ層１は、場合により、直接的にナノメーターサイズの構造１０を持った所望のフィラメントを得るためにテンプレートとして働くか、続く所望のコンポーネント１３の構成のためのテンプレート１０Ａを得るために使用されるかのいずれかとして使用される。
【００５７】
本発明は、白熱光源用のフィラメント、及び電流が流れることによって白熱することが可能なフィラメントに関する異なる形状に基づくより一般的なコンポーネントの構成のために特有の利点を持っている。
【００５８】
記述したプロセスは、たとえばタングステンからなる１つ以上のフィラメントの表面、たとえば、可視光中のフィラメントからの電磁放射を最大化するための微細な凹凸を含む反射防止微細構造をたとえば簡単に作ることを可能にする。
【００５９】
本発明は、他の光学結晶構造を作るために好適に適用できる。たとえば、たとえば、規則的なマイクロ空洞が連続して存在することによって特徴付けられ、屈折率がタングステン又は使用されている他の材料とは異なる媒質において、タングステン又は他の適当な材料で作られる構造を作るために、好適に適用できる。
【００６０】
このフレーム内において、３つの直交方向に沿って周期的な構造を持った、三次元のフォトニック結晶を得るために、前述した技術が好ましくは使用されることに注目されるべきである。
【００６１】
図１８は、この目的のために使用可能な技術を例として示している。このような実施の形態は、図８の（ａ）部分の一つに類似した第１のステップを提供する。したがって、規則的なアルミナの第１フィルム１が得られた後に、ナノ構造の材料の第１層１０が、図８のｂ）部分に示した場合にはアルミナのポアを充填するために、アルミナの上に堆積される。
【００６２】
所望の三次元フォトニック結晶を得るために選択された充填材料は、あらゆる材料（例えば、タングステン、金、銀、カーボン、鉄、銅、ニッケル等々）であってもよい。材料を堆積するために使用される技術は、単純な又はパルスの電着（electro-deposition）、熱蒸着、電子ビーム、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スクリーン印刷（serigraph）、スピニング、沈殿（precipitation）、遠心分離（centrifugation）、ゾルゲル等々の中から選択される。
【００６３】
材料１０の第１層の上には、アルミニウムの新しいフィルム６（図１８の（ａ）部分に示している）が堆積している。新しいフィルム６は、その後に、さらに別のアルミナ層（１’）を形成するために陽極酸化される。陽極酸化プロセスは、目的に適した厚みのアルミニウムフィルム６が、アルミナ層１’の成長を得るためにほとんど完全に「消費される（consumed）」ように実行される。
【００６４】
障壁層が局所的に除去されるか、ポアが材料１０の下層の（underlying）層に直接に面するまで（図１８の（ｂ）部分に示されている）、例えば湿式エッチングによって各ポアにつながって開く。
【００６５】
ナノ構造化される材料の第２層１０’（図１８の（ｃ）部分に示されている）は、所望のフォトニック結晶を得るために選択された材料の第１層１０と接触するようになるまで、そのポアを埋めるために、電子堆積（electro-deposition）又はスパッタリングによって、アルミナ１’上に堆積される。第２層１０’の上には、さらなるアルミニウムフィルム６’（図１８の（ｄ）部分に示されている）が堆積されている。層１’に関して説明したのと同様にして、さらなるアルミナ層１’’を形成するために、アルミニウムフィルム６’が、その後に陽極酸化される。
【００６６】
アルミナ１’’の開いたポアを通して層１０’の材料と接触するようになる材料で、三次元フォトニック結晶の形成を目的にした材料の更なる層の堆積と同様に、アルミナ１’’の障壁層を開けること又は局所的な除去のフェーズは、湿式エッチングによって続く。
【００６７】
明らかに、上記フェーズ（アルミニウムの堆積、アルミナ形成、障壁層の局所的低減、所望の層の新しい層の堆積）は、得られる構造のタイプの機能（in function of）で、任意の数で繰り返される。
【００６８】
ナノテンプレートを用いているアルミナ１，１’，１’’のエッチングステップと、起こりうる最小のアルミニウム残留物６，６’のエッチングステップと、が設けられている。エッチングステップの結果として、三次元フォトニック結晶構造が残り、所望材料の一つ以上の層の堆積によって最後になるか達成される。
【００６９】
この目的のために、図１９が、三次元フォトニック結晶１６の部分を模式的に示している。三次元フォトニック結晶１６は、図１８に関して記載したタイプのプロセスに従って得られる。
【００７０】
分かるように、図１９に示した三次元フォトニック結晶１６は、図６に示したタイプの構造の重ね合わせ（終端層１１’が付加されている）によって実質的に形成される。三次元フォトニック結晶１６は、周期的な一連（series）のベース部分１１を特徴としている。周期的な一連（series）のベース部分１１は実質的に並行であり、カラム又はピラー１２によってお互いに接続されている。カラム又はピラー１２は、お互いに直交する２方向に周期性を有し、それらの間に隙間を形成している。
【００７１】
フォトニック結晶は、異なった材料からなる複数の層１０，１０’の重ね合わせによって得られる。アルミナの様々なテンプレート層１，１’，１’’，・・・は、３つの直交方向に、互いに異なった周期性、期間、充填特性を有している。
【００７２】
図１８の実施の形態の場合、ナノ構造化される材料の様々な層１０，１０’は、下方部分をそれぞれ備えている。下方部分は、アルミナ１，１’，１’’の各フィルムのポアを充填するために設けられている。上方部分は実質的に平坦である。上方部分は、頂部で同じアルミナを覆っている。しかしながら、前記平面部分は、省略されてもよい。前記平面部分は、あるいは、とにかく、アルミナのセルの上端に関係する（in correspondence of）不連続性を示すために低減された厚み（例えば２乃至３ｎｍ）を有する。
【００７３】
同様の実施形態が図２０に模式的に示されている。
【００７４】
この場合、規則正しいアルミナの第１層が得られたあとに、アルミナのポアだけが各上縁まで充填されるように、ナノ構造化される材料の第１層が同じアルミナの上に堆積される。フィルム１の上端はカバーされていない。そのような状態は、図２０の（ａ）部分に模式的に示されている。図２０の（ａ）部分において、参照番号１及び１０は、第１のアルミナ層及びナノ構造化される材料の第１層をそれぞれ示している。
【００７５】
図２０の（ａ）部分にに示した構造において、新しいアルミニウムフィルムが堆積される。アルミナのさらなるフィルム１’（図２０の（ｂ）部分に示されている）を形成するために新しいアルミニウムフィルムが陽極酸化される。ここで再び、アルミナ１’のフィルムの成長を得るために、目的に適した厚みのアルミニウム層がほとんど完全に消費されるように、陽極酸化プロセスが実行される。アルミナ１’の障壁層は、局所的に除去されるか、そのポアに関係して開く。その結果、ポアは、下方のアルミナフィルム１のポアに少なくとも部分的に面して、材料１０の第１層で充填される。アルミナ１’のセルの下端部は、アルミナ１のセルの上端部と少なくとも部分的に接触する。
【００７６】
そのような状態が図２０の（ｂ）部分に模式的に示されている。
【００７７】
この時点で、ナノ構造化される材料の第２層１０’（図２０の（ｃ）部分に示されている）は、所望のフォトニック結晶を得るために選ばれた材料の第１層１０と接触するようになるまで、アルミナ１’の上に堆積される（前のステップのように、すなわち、図で示した場合のように平面的な表面を形成するために、そのポアだけを充填するために）。第２の層１０’の上には、さらに別のアルミニウムフィルムが堆積される。所望の構造が得られるまでさらに別のアルミナ層等を形成するために、さらに別のアルミニウムフィルムが陽極酸化される。この場合、ナノテンプレートとして用いられたアルミナ１，１’と、アルミニウムフィルムのありそうな残留物をエッチングするという最終のステップが設けられている。
【００７８】
更なる実施形態において、ナノ構造化された材料の上にあるいはナノ構造化される材料の２つの連続した層の間に、一つ以上の耐熱性の（refractory）酸化物の薄い層を設けることができる。例えば、図２０の（ａ）部分で示されたような構造を得たあとに（しかしながら図８の（ａ）部分のような構造の場合に）、セラミックべースの酸化物、トリウム酸化物、セリウム酸化物、イットリウム酸化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、炭化珪素のような、一つ以上の耐熱性の（refractory）酸化物の層は、同じ構造の上に堆積される。構造化される他の材料で覆われる新しいアルミナ構造を形成するために、酸化層（酸化層の最後のものが設けられている）の上において、陽極酸化されるアルミニウムの新しいフィルムが堆積される。構造化される他の材料の上には、所望の三次元構造を形成するまで、耐熱性の（refractory）酸化物の一つの新しい層又は多くの層等が堆積可能である。
【００７９】
アルミナを最終的に除去したあと、得られた構造は、ほとんど完全に耐熱性の（refractory）酸化物によって囲まれることができる。例えば、所望のコンポーネントが白熱エミッタであるときに、このことは有用である。その場合、耐熱性の（refractory）酸化物は、以下の二重の機能を果たすことができる。
i)動作条件下で動作寿命を短くするエミッタの「ノッチング（notching）」効果、及び、ナノ構造平坦化（flattening）効果の原因となっている、エミッタ又はナノ構造を構成する材料が高い動作温度で原子蒸発することを制限すること。動作温度が高くなればなるほど大きくなる前記蒸発は、エミッタの表面構造を平坦にしようとして、時間に関するパフォーマンスと、効率の増加という利点を減じる。
ii)融点を超える動作温度の状態下でそれを使用することにより、構成材料（例えば、金、銀、銅）の状態が変化する、特に熔融するとしても、エミッタ又はそのナノ構造の形態的構造を維持すること。
【００８０】
三次元フォトニック結晶の場合、ナノ構造化のために使用されたアルミナの様々なフィルムのポアの高さは、可視及び近赤外におけるバンドギャップを可能にする縦方向の周期性を有するために、１００ｎｍ乃至１μｍの範囲で変化する。
【００８１】
三次元フォトニック結晶をナノ構造化するために、図８乃至１７を参照しながら説明した技術が使用可能であり、総称の（generic）コンポーネント及びフォトニック結晶を三次元に構造化するために、異なった技術が組み合わせて使用可能であることは、当業者には明らかである。
【００８２】
本発明の基本的な考えに基づき、詳細な構成及び実施の形態は、上述した内容及び単に例示した実施例から幅広く変形することが可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】多孔質アルミナフィルムの一部分の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示されたアルミナフィルムを作製するフィルム形成プロセスの１つのステップを示す略図である。
【図３】図１に示されたアルミナフィルムを作製するフィルム形成プロセスの１つのステップを示す略図である。
【図４】図１に示されたアルミナフィルムを作製するフィルム形成プロセスの１つのステップを示す略図である。
【図５】図１に示されたアルミナフィルムを作製するフィルム形成プロセスの１つのステップを示す略図である。
【図６】本発明にしたがって作製することができる第１のナノ構造コンポーネントの一部の概略構成を示す斜視図である。
【図７】本発明にしたがって作製することができる第２のナノ構造コンポーネントの一部の概略構成を示す斜視図である。
【図８】図６に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る一プロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図９】図６に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る他のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１０】図６に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係るさらに異なるプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１１】図７に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る一プロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１２】図７に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る他のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１３】図７に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係るさらに異なるプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１４】図６に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る異なる別のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１５】図７に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る異なる別のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１６】図６に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る別のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１７】図７に示したタイプのナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る別のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１８】三次元フォトニック結晶として形作られたナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る別のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１９】図１８のプロセスを用いることによって作製することができる三次元フォトニック結晶の一部の概略構成を示す斜視図である。
【図２０】三次元フォトニック結晶として形作られたナノ構造コンポーネントを作ることができる本発明に係る別のプロセスの実施の形態を示す概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2006520697.tif 000022
【国際調査報告】
2006520697.tif 000023
2006520697.tif 000024
2006520697.tif 000025
2006520697.tif 000026