(57)【要約】【課題】直径及び長さの調節が容易で、かつ、直線性と整列性に優れたナノワイヤの製造方法及びナノワイヤ構造体を提供する。【解決手段】多数の長いワイヤ状の気孔を含む多孔性テンプレートを製作する段階と、前記気孔内にナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階と、前記気孔内のナノ粒子またはナノ粒子前駆体をナノワイヤに形成させる段階とを含むナノワイヤの製造方法を提供する。【選択図】図１
2007152548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）多数の長いワイヤ状の気孔を含む多孔性テンプレートを製作する段階と、
（ｂ）前記気孔内にナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階と、
（ｃ）前記気孔内のナノ粒子またはナノ粒子前駆体をナノワイヤに形成させる段階と、
を含むことを特徴とするナノワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記多孔性テンプレートは、ガラス、シリカ及び金属酸化物のいずれかから選択される材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記金属酸化物は、ＴｉＯ-２、ＺａＯ、ＳｎＯ２、またはＷＯ３のいずれかから選択されることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項４】
さらに、多孔性テンプレートが金属酸化物または絶縁性ポリマーからなるマトリックス内に埋め込まれる段階を含むことを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記多孔性テンプレートは、直径が１ｎｍ〜１ｍｍであり、高さが１００ｎｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記気孔は、その直径が１〜１００ｎｍであり、前記気孔間の間隔が２ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記多孔性テンプレートは、相異なる形状を持つ多数の気孔を含むことを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記多孔性テンプレートは、相異なる大きさの多数の気孔を含むことを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項９】
前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階は、ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を溶媒に分散させてテンプレートの両端の温度また圧力を調節すること、もしくは電界を加えること、または機械力を加えること、のいずれかにより行われることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１０】
前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階では、前記多孔性テンプレート内の相異なる気孔内に、相異なる組成のナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入することを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１１】
前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階では、大きさまたは形状、または、大きさ及び形状が異なる気孔内に、誘電率、光屈折率、または電気伝導率が互いに異なるナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入することを特徴とする請求項１０記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階では、組成の異なるナノ粒子またはナノ粒子前駆体の組成を順次注入することを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１３】
前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階では、前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体が、別のドーパントと共に注入されてドープされることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１４】
前記ナノ粒子は、II−VI族、III−V族、IV−VI族またはIV族化合物半導体、金属粒子、マグネチック粒子または量子ドットよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１５】
前記ナノ粒子は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＳｉＣ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、ＦｅＰｔ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｓｉ、Ｇｅ、またはこれらの組み合わせよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１４記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１６】
前記ナノ粒子は、コア−シェル構造であることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１７】
前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階では、金属前駆体とカルコゲニド前駆体を個別に添加して反応させることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１８】
前記ナノ粒子前駆体は、単一系前駆体であることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項１９】
前記ナノ粒子またはナノ粒子前駆体をナノワイヤに形成させる段階では、熱処理、電気抵抗加熱、または機械的な圧力によってナノ粒子を融点以上に加熱して互いに凝集させることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項２０】
前記ナノワイヤは、炭素からなるナノチューブであることを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項２１】
さらに、前記テンプレートを除去する段階を含むことを特徴とする請求項１記載のナノワイヤの製造方法。
【請求項２２】
多数のワイヤ状の気孔を含む多孔性テンプレートと前記気孔内に形成されたナノワイヤとを含み、
前記それぞれのナノワイヤの大きさまたは形状、または、大きさ及び形状が相異することを特徴とするナノワイヤ構造体。
【請求項２３】
互いに異なる気孔内に形成されたナノワイヤが、相異なる組成を持つことを特徴とする請求項２２記載のナノワイヤ構造体。
【請求項２４】
前記ナノワイヤは、長手方向に相異なる組成が反復される構造を持つことを特徴とする請求項２２記載のナノワイヤ構造体。
【請求項２５】
各気孔内のナノワイヤは、相異なる物理化学的特性を持つことを特徴とする請求項２２記載のナノワイヤ構造体。
【請求項２６】
請求項１に記載の方法によって製造されたナノワイヤを含むことを特徴とする素子。
【請求項２７】
前記素子は、電子素子、センサ、光検出素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ＥＬ素子、ＰＬ素子、およびＣＬ素子のいずれかであることを特徴とする請求項２６記載の素子。
【請求項２８】
前記ＥＬ素子は、基板、第１電極層、マトリックス内に形成されたナノワイヤ、及び第２電極層を含んで形成されることを特徴とする請求項２７記載の素子。
【請求項２９】
前記ナノワイヤが、それぞれｐ型またはｎ型にドープされており、または一部がｐ型でそれ以外がｎ型にドープされていることを特徴とする請求項２６に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性テンプレートを用いたナノワイヤの製造方法及びナノワイヤ構造体に係り、さらに詳しくは、長いワイヤ状の多数の気孔が形成された多孔性テンプレートの気孔内にナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入した後、ナノワイヤに形成させることを特徴とする、直線性と整列性に優れたナノワイヤの製造方法及びナノワイヤ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノワイヤは、直径がナノメートル（１ｎｍ＝１０−９ｍ）領域を有し、長さが直径に比べて一層大きい数百ナノメートル、マイクロメートル（１μｍ＝１０−６ｍ）またはさらに大きいｍｍ（１ｍｍ＝１０−３ｍ）単位を有する線形材料である。このようなナノワイヤの物性は、それらが有する直径と長さに依存する。
【０００３】
前記ナノワイヤは、小さい大きさに起因して微細素子への多様な応用が可能であり、特定の方向による電子の移動度特性または偏光現象を示す光学特性の利用が可能であるという利点がある。
【０００４】
具体的には、前記電子の移動度特性を利用すると、例えば単電子トランジスタ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＳＥＴ）などのナノ電子素子として応用することができ、光学特性を利用すると、表面プラズモンポラリトン（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｐｏｌａｒｉｔｏｎ）特性を利用した光波伝送路またはナノ分析器、例えば癌の診断などに用いられる極微細信号感知センサとして応用できる。
【０００５】
現在、ナノ粒子（ｎａｎｏ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）の製造方法と物性についての研究は相当に活性化しているが、これに対し、ナノワイヤの製造方法についての研究は実に微々たる実情である。既存の代表的なナノワイヤの製造方法としては、例えば、ＣＶＤ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、レーザアブレーション（Ｌａｓｅｒ  Ａｂｌａｔｉｏｎ）法、及びテンプレートを用いる方法などが挙げられる。
【０００６】
この中でも、テンプレートを用いる方法は、数ナノメートル〜数百ナノメートル単位の気孔を作り、この気孔をナノワイヤの枠として用いるものである。例えば、アルミニウム電極を酸化させて表面をアルミニウム酸化物にし、この酸化物に電気化学的エッチングによってナノ気孔を形成してテンプレートを作る。これを金属イオン入り溶液に浸漬し、電気をかけると、金属イオンが気孔を介してアルミニウム電極上に積もり、結局は前記気孔が金属イオンで充填される。その後、適切な方法で前記酸化物を除去すると、金属ナノワイヤのみが残る。
【０００７】
ところが、前述した従来の技術に係るナノワイヤ製造方法は、工程が非常に複雑であり、時間が長くかかるため量産に適しないうえ、直線性と整列性に優れたナノワイヤを形成することができないという問題点がある。
【０００８】
具体的には、テンプレートを用いたナノワイヤの製造方法に関する技術が特許文献１に開示されている。前記特許文献１には、基材上に触媒フィルムを形成し、上部に多孔性層を形成した後、熱操作によってその気孔内にチタニウムナノワイヤを形成させる技術が記載されているが、本発明とは異なり、ナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入してナノワイヤを形成するものではなく、また、テンプレートが不透明であるため光素子の製作には使用できない。
【０００９】
また、テンプレートを用いた量子ドット固体（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ  ｓｏｌｉｄ）の製造方法に関する技術が特許文献２に開示されている。前記特許文献２には、テンプレート内に形成された気孔にコロイド状ナノ結晶を注入して熱処理などによって量子ドット固体に形成させる技術が開示されているが、本発明とは異なり、ワイヤ状の気孔ではなく格子状の気孔が形成されたテンプレートを使用するため、それから形成された生成物の形状が相異する。
【００１０】
以上のように、既に知られている大部分のナノワイヤの製造方法は、物性に優れたナノワイヤを低いコストで量産するのに適さないので、直線性と整列性といった物性面に優れ、且つ製造コストが低いナノワイヤの製造方法の開発が求められている。
【特許文献１】米国特許第６５２５４６１号明細書
【特許文献２】米国特許第６１３９６２６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような技術的要求に応えるためのもので、その目的は、長いワイヤ状の気孔が形成された多孔性テンプレートを用いてナノ粒子またはナノ粒子前駆体を気孔に注入しナノワイヤに形成させることにより、直径及び長さの調節が容易であり、かつ、直線性と整列性に優れたナノワイヤを製造する方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、特性の制御が容易であり、製造が簡単であり、かつ多様な機能性を有するナノワイヤ構造体を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の目的は、本発明の方法によって製造される素子であって、特性に優れ、製造コストが低い素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明のひとつの態様によれば、（ａ）多数の長いワイヤ状の気孔を含む多孔性テンプレートを製作する段階と、（ｂ）前記気孔内にナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する段階と、（ｃ）前記気孔内のナノ粒子またはナノ粒子前駆体をナノワイヤに形成させる段階とを含むナノワイヤの製造方法を提供する。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の他の態様によれば、多数のワイヤ状の気孔を含む多孔性テンプレートと前記気孔内に形成されたナノワイヤとを含み、前記それぞれのナノワイヤの大きさまたは形状または大きさ及び形状が相異することを特徴とするナノワイヤ構造体を提供する。本発明のナノワイヤ構造体において、大きさまたは形状が相異する気孔内のナノワイヤは、相異なる組成を持つことができる。また、互いに異なるナノ粒子またはナノ粒子前駆体は、相異なる物理化学的特性（例えば、誘電率、光屈折率、電気伝導率など）を持つことができる。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明のさらに別の態様によれば、本発明の方法によって製造されるナノワイヤを含む電子素子または光学素子を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単な工程によってナノワイヤの直径及び長さを自由に調節することができ、直線性と整列性に優れたナノワイヤを製造することができる。また、本発明によれば、多孔性テンプレートの気孔の大きさ、形状、またはナノワイヤ材料の組成を様々に制御することにより、多機能性のナノワイヤを製造することができる。
【００１８】
本発明の方法によって製造されるナノワイヤは、各種電子素子及び光素子の製造に応用できるが、このとき、電子素子の特性を向上させ且つ製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施例に係る多孔性テンプレートを用いてナノワイヤを製造する原理を説明するための模式図である。本発明の方法によってナノワイヤを製造する場合には、多孔性テンプレートを利用する。このようなテンプレートは、マトリックス内に埋め込まれることができ、長手方向に形成された長いワイヤ状の気孔を多数含む。まず、このような多孔性テンプレートを準備し（ａ段階）、その後、多孔性テンプレートの気孔内にナノ粒子またはナノ粒子前駆体を注入する（ｂ段階）。ナノ粒子またはナノ粒子前駆体の注入が完了すると、熱処理などによってナノ粒子またはナノ粒子前駆体をナノワイヤに形成させる（ｃ段階）。
【００２１】
本発明では、多孔性テンプレートの気孔を容易に調節することができるため、製造されるナノワイヤの直径及び長さを調節することができ、物質または組成を変化させることにより、超格子（ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ）またはハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）の複合構造物に形成することができる。また、ナノワイヤの外周面をドーパントでドープさせ、ドープされたナノワイヤを製造することができる。
【００２２】
以下、上述した本発明の製造方法を各段階別に詳細に説明する。
【００２３】
多孔性テンプレートを提供する段階（ａ）について説明する。  本発明は、ナノワイヤを製造するために、長いワイヤ状の多数の気孔を含む多孔性テンプレートを使用することを特徴とする。すなわち、本発明で使用されるテンプレートは、直径より長い多数のワイヤ状の気孔を有する。
【００２４】
多孔性テンプレート内に形成された気孔にナノ粒子を注入して量子ドット固体を形成する技術が前記特許文献２に紹介されたことがあるが、前記従来の技術で使用しているテンプレートの構造は、図２に示すように、本発明とは明確に区別される。
【００２５】
すなわち、前記従来の技術においては、テンプレート内に気孔が形成されているが、これらはワイヤ状に形成された気孔ではなく、例えばシリカ（ＳｉＯ２）によるボイドによって、その隙間に気孔がテンプレートに形成されている。したがって、格子状の気孔内にナノ粒子を注入する場合、放射状分布が不規則な形態となる。たとえこのような気孔が連続的に存在するとしても、決してワイヤ状になれないため、ナノ粒子を注入して熱処理しても、最終的に形成された生成物は不規則な形状の量子ドット固体となる。
【００２６】
ところが、本発明では、ワイヤ状の気孔が形成されたテンプレートを用いて各気孔内にナノ粒子などを注入するため、結果として規則性及び配列性に優れたナノワイヤを得ることができる。本発明では、多孔性テンプレートの大きさ、長さ及び気孔間の間隔を必要な仕様とすることにより、所望の用途に適したナノワイヤを作ることができる。
【００２７】
本発明では、前記テンプレートは、ガラス、シリカ、及びＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＷＯ３などの金属酸化物から選択される材料で形成できる。また、多孔性テンプレートがマトリックス内に埋め込まれる場合、マトリックスは金属酸化物または絶縁性ポリマーで形成できる。一つの実施形態においては、多孔性テンプレートは、光学的に透明であり得るため、光学素子の製造に有利に利用できる。
【００２８】
このようなテンプレート材料を用いて長手方向にワイヤ状の気孔を製作する工程は、具体的には次のように行われ得る。
【００２９】
テンプレートの製作は、基本的に、テンプレート母材を作る工程と、母材からテンプレート形状を抜き出す工程とに分けられる。気孔の形成は、前記抜き出す過程の抜き出し速度や冷却条件などによって決定され、特に母材に所望の気孔の形状を予め加工することにより、前記抜き出す過程によって元の形状がナノサイズに縮小された構造を得ることも可能である。
【００３０】
前記多孔性テンプレートの直径または高さは、自由度が高いので、ナノワイヤが成長する基板の大きさに応じて選択可能であるが、直径が１ｎｍ〜１ｍｍ、高さが１００ｎｍ〜１ｍｍであることが好ましい。テンプレートは、基板の大きさに応じて多数個を利用することもできる。また、前記多孔性テンプレート内の気孔は、製造しようとするナノワイヤの規格によって異なり、直径が１〜１００ｎｍ、及び気孔間の間隔が２ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。
【００３１】
また、本発明では、多孔性テンプレート内の気孔の大きさ及び／または形状を相異するように制御し、或いは各気孔内に注入されるナノ粒子またはナノ粒子前駆体の組成を異にすることにより、多機能性ナノワイヤまたはナノワイヤ／テンプレート複合体を製造することができる。また、ナノワイヤの材料としては、互いに異なるナノ粒子またはナノ粒子前駆体を使用し、或いは誘電率、光屈折率、電気伝導率などの物理化学的特性が異なる材料を使用することができる。
【００３２】
ナノ粒子またはナノ粒子前駆体注入段階（ｂ）について説明する。  本発明において、ナノ粒子は、例えばトルエンなどの適切な溶媒に分散させて注入するが、気孔の大きさがナノサイズと小さいため、温度または圧力をテンプレートの両端に差異を与えて調節し、或いは電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）または機械力（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｆｏｒｃｅ）を加えて気孔に注入することが好ましい。
【００３３】
この他にも、ナノ粒子の代わりにナノ粒子前駆体を適切な溶媒に入れて気孔内に注入することにより、ナノ粒子に形成させることもできる。具体的に、前記ナノ粒子前駆体は、金属前駆体（ｍｅｔａｌ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）とカルコゲニド前駆体（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を別途に添加して反応させ、或いは単一系前駆体を使用する方法が知られている。
【００３４】
具体的に、前記金属前駆体としては、例えば塩化カドミウム（ＣｄＣｌ２）、酢酸カドミウム（Ｃｄ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、ジメチルカドミウム（Ｃｄ（ＣＨ３）２）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）、酢酸亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、ジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３）２）、塩化鉛（ＰｂＣｌ２）、酢酸鉛（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）などを挙げることができる。好ましくは、金属前駆体の組み合わせを使用する。
【００３５】
カルコゲニド前駆体としては、例えばトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）内のセレニウム、亜セレン酸（Ｈ２ＳｅＯ３）、ビス（トリメチルシリル）セレニウム（（ＴＭＳ）２Ｓｅ）、ビス（トリメチルシリル）スルファ（（ＴＭＳ）２Ｓ）、チオウレア（ＮＨ２ＣＳＮＨ２）、チオアセトアミド（ＣＨ３ＣＳＮＨ２）、テルル酸ナトリウム（Ｎａ２ＴｅＯ４）、ビス（ｔ−ブチル（ジメチルシリル）テルル）（（ＢＤＭＳ）２Ｔｅ）、ＮａＨＴｅを挙げることができる。また、このようなカルコゲニド前駆体の組み合わせを使用することができる。
【００３６】
一方、単一系前駆体としては、Ｔｒｉｎｄａｄｅなどが発表した論文（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．  ９，５２３，１９９７）に詳しく示されているように、ＣｄＳを合成する場合、ＣｄＳを基本構造に含んだ前駆体、例えば［Ｃｄ（Ｓ２ＣＮＥｔ２）２］２、［ＮｐＣｄＳ２ＣＮＥｔ２］２（この際、Ｎｐはネオペンチル）、［ＭｅＣｄＳ２ＣＮＥｔ２］２（この際、Ｍｅはメチル）などを使用し、ＣｄＳｅを合成する場合、ＣｄＳｅを基本構造に含んだ前駆体、例えば［Ｃｄ（Ｓｅ２ＣＮＥｔ２）２］２、［ＮｐＣｄＳｅ２ＣＮＥｔ２］２、［ＭｅＣｄＳｅ２ＣＮＥｔ２］２などを使用することができるが、必ずしもこのような前駆体の範囲には限定されない。
【００３７】
前記ナノ粒子前駆体を溶解させる溶媒は、炭素数６〜２２のアルキルホスフィン、炭素数６〜２２のアルキルホスフィンオキサイド、炭素数６〜２２のアルキルアミンまたはその混合物を挙げることができる。
【００３８】
この際、ナノ粒子またはナノ粒子前駆体の組成を順次変化させ或いは同時に注入することにより、超格子またはハイブリッドの複合構造物に形成することができる。図３に示すように、多孔性テンプレートの気孔内に相異なる種類のナノ粒子を交互に注入することにより、複合物質構造のナノワイヤを製造することができる。また、ドーパントでドープさせて、図４に示したようなドープされたナノワイヤを製造することもできる。
【００３９】
本発明において、前記ナノ粒子は、II−VI族、III−Ｖ族、IV−VI族またはＩＶ族化合物半導体、金属粒子、マグネチック粒子及び量子ドットを例として挙げることができ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＳｉＣ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、ＦｅＰｔ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｓｉ、Ｇｅ、またはこれらの少なくとも一つの組み合わせを含むことが望ましいが、必ずしもこれらに限定されない。また、本発明では、コア−シェル合金構造のナノ粒子（または量子ドット）も使用できる。
【００４０】
ナノワイヤを形成させる段階（ｃ）について説明する。
【００４１】
このように、多孔性テンプレートの気孔内にナノ粒子またはナノ粒子前駆体が注入されると、熱処理、電気抵抗加熱、機械的な圧力などの方法によってナノワイヤに形成させる。注入されたナノ粒子は、このような方法によって融点以上に加熱されることにより、互いに連結されてワイヤ構造を形成する。この際、前記熱処理は、１００℃以上で１分以上行われ得る。本方法によって製造されるナノワイヤは、炭素からなるナノチューブであってもよい。
【００４２】
もしナノワイヤのみで使用する場合は、テンプレートを除去することができる。このようなテンプレートの除去は、テンプレートのみを選択的に除去する化学的処理によって行うことができる。例えば、フッ酸などのエッチング液を用いてテンプレートを除去することができる。
【００４３】
本発明の他の態様においては、マトリックス内に形成された多数のワイヤ状の気孔を含む多孔性テンプレート、及び前記気孔内に形成されたナノワイヤを含み、前記それぞれのナノワイヤの大きさ、または形状、または大きさ及び形状が相異することを特徴とするナノワイヤ構造体に関するものである。すなわち、本発明のナノワイヤ構造体のナノワイヤの大きさ、形状、整列状態、組成などが多様に制御できるため、多様な機能性を持つことができる。
【００４４】
本発明のナノワイヤの構造体において互いに異なる気孔内に形成されたナノワイヤは、相異なる組成を有し、或いは誘電率、光屈折率、電気伝導率などの物理化学的特性が異なる。したがって、一部のナノワイヤは半導体材料で形成され、他のナノワイヤは金属で形成されてもよい。また、前記ナノワイヤは、長手方向に異なる組成が反復される構造、或いはドープされた構造を持つことができる。
【００４５】
このように多様な構成のナノワイヤ構造体の例を図５Ａ〜図５Ｅに示した。図５Ａはナノワイヤの直径を異にした本発明のナノワイヤ構造体の断面斜視図、図５Ｂはナノワイヤの直径及び組成を異にしたナノワイヤ構造体の断面斜視図である。本発明のナノワイヤ構造体を用いて発光素子を構成する場合には、ナノワイヤの直径を調節することにより、量子閉じ込め効果（ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔ）によって発光する色を調節することができる。
【００４６】
図５Ｃはナノワイヤの断面形状を異にしたナノワイヤ構造体の断面斜視図、図５Ｄはナノワイヤの断面形状及び組成を異にしたナノワイヤ構造体の断面斜視図である。本発明では、テンプレートの形状を制御することにより、ナノワイヤの断面形状も容易に制御することができる。それぞれのナノワイヤは、組成が異なり、或いは誘電率、光屈折率、電気伝導率などの物理化学的特性が異なる。また、図５Ｅに示すように、ナノワイヤ構造体内のそれぞれのナノワイヤの直径を異にし、ナノワイヤの組成を異にすることができる。また、マトリックスの組成もＳｉＯ２の代わりに絶縁性ポリマーに変更することができる。
【００４７】
本発明の他の態様は、前記方法で形成されることにより、直線性と整列性に優れたナノワイヤを含む素子に関するものである。このような素子は、多様な種類の電子素子または光素子であり得る。具体的に、前記素子には、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子素子、センサ、光検出素子（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）及びレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、ＰＬ（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、ＣＬ（Ｃａｔｈｏｄｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子が含まれるが、これらに限定されない。
【００４８】
次に、ＥＬ素子を例としてより具体的に説明する。
【００４９】
図６は本発明の一実施例によるＥＬ素子を示す概略図である。図６を参照すると、本発明の一実施例に係るＥＬ素子は、基板１０、第１電極層２０、マトリックス内に埋め込まれている多孔性テンプレートの気孔に沿って形成されたナノワイヤ３０、及び第２電極層４０を含んで構成されている。
【００５０】
一般に、通常の方法によって得られたナノワイヤを用いたＥＬ素子の場合、成長したナノワイヤの直線性の確保が難しく、ナノワイヤの間を別の物質で充填し電極の形成を行うため工程が複雑になるが、本発明に係る方法で形成されたナノワイヤを用いると、可視光領域において透明なテンプレートを含むため、製造時に電極の形成が容易であってコストが低く、簡単な工程によって発光素子を製造することができる。
【００５１】
ナノワイヤは、直径または組成によって異なる波長の光を放出することができる。例えば、ナノワイヤがＺｎＯで製造される場合には紫外線を発光し、ナノワイヤがＳｉで製造される場合には赤外線が発光し、ナノワイヤがＧａＮで製造される場合には紫外線または青色光が発光し、ナノワイヤがＩｎＧａＮで製造される場合には青色光が発光し得る。ナノ粒子が可視光領域のバンドギャップを持つ場合には、可視光発光素子を実現することができ、ナノ粒子がＵＶ領域のバンドギャップを持つ場合には、ＵＶ発光素子を実現することができる。
【００５２】
具体的に、前記ナノワイヤ３０は、それぞれｐ型またはｎ型にドープされており、或いはｐ−ｎにドープされてダイオード特性を持つものを使用することができる。ナノワイヤのｐ型ドーピング部分はナノワイヤの外周にイオン化電位の大きいｐ型ドーピング物質が吸着され、ナノワイヤのｎ型ドーピング部分はナノワイヤの外周にイオン化電位の低いｎ型ドーピング物質が吸着される。
【００５３】
本発明においてナノワイヤを除いた基板１０、第１電極層２０、第２電極層３０は、通常のＥＬ素子に使用される材料を用いて通常の製作方法によって製作することができる。
【００５４】
以下、実施形態によって本発明をより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を説明するためのもので、本発明を限定するものではない。
【００５５】
＜実施形態１＞
ナノワイヤの製造についての一つの実施形態を説明する。
【００５６】
気孔の直径２０ｎｍ、気孔間の間隔４０ｎｍを持つ長さ１μｍのワイヤ状の気孔が形成された直径１００μｍの多孔性テンプレートを基板上にのせ、トルエンに分散しているＣｄＳｅナノ粒子をテンプレートの表面に散布する。テンプレートの底部の圧力を非常に短時間の間上部より相対的に低くして、ナノ粒子が気孔内に注入されるようにする。ＣｄＳナノ粒子の注入後、２００℃で１０分間熱処理してナノワイヤを形成する。
【００５７】
＜実施形態２＞
ＥＬ発光素子の製造についての一つの実施形態を説明する。
【００５８】
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）がパターニングされているガラス基板の上部に、前記実施形態１と同様にしてナノワイヤを製造し、フォト工程を用いて電極を形成する。ナノワイヤ層の上部にＴｉを２０ｎｍの厚さに蒸着し、さらに金を１００ｎｍの厚さに蒸着して第２電極層を形成することにより、ＥＬ素子を製造した。
【００５９】
以上、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者による種々の変形を包含し得るのは勿論である。例えば、本発明の方法は、炭素ナノチューブの製造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施例に係る多孔性テンプレートを用いてナノワイヤを製造する原理を説明するための工程概略図である。
【図２】従来の技術に係る多孔性テンプレートの構造を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例に係る複合構造のナノワイヤを示す概略図である。
【図４】本発明の一実施例に係るドープされたナノワイヤを示す概略図である。
【図５Ａ】ナノワイヤの直径を異にした本発明のナノワイヤ構造体の断面斜視図である。
【図５Ｂ】ナノワイヤの直径及び組成を異にしたナノワイヤ構造体の断面斜視図である。
【図５Ｃ】ナノワイヤの断面形状を異にしたナノワイヤ構造体の断面斜視図である。
【図５Ｄ】ナノワイヤの断面形状及び組成を異にしたナノワイヤ構造体の断面斜視図である。
【図５Ｅ】ナノワイヤの直径、ナノワイヤ及びマトリックスの組成を異にしたナノワイヤ構造体の断面斜視図である。
【図６】本発明の一実施例に係るＥＬ素子を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０    基板、
２０    第１電極層、
３０    ナノワイヤ、
４０    第２電極層。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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