(57)【要約】【課題】先端曲率半径が小さく、高アスペクトな凹凸を有する試料表面の測定が可能であり、耐久性が高く、且つ低コストなプローブとその製造方法を提供する。【解決手段】基体２に底面を介して固定された半導体から成る円錐又は多角錐の構造体３の頂点３ａから成長した、先端に金属ナノドット４を有する半導体ナノ細線６を有する。構造体３の頂点３ａに金属ナノドットを担持し、気相−液相−固相成長法により、先端に金属ナノドット４を有する半導体ナノ細線６を成長する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、この基体に底面を介して固定された半導体から成る円錐又は多角錐の構造体と、この構造体の頂点から成長した、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線とから成ることを特徴とする、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブ。
【請求項２】
基体と、この基体に底面を介して固定された半導体から成る断頭円錐又は断頭多角錐の構造体と、この断頭部の面から成長した、複数の、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線とから成り、この複数のナノ細線を帯電させる又は帯電を除去することにより、この複数のナノ細線の先端の金属ナノドット間の間隔を制御することを特徴とする、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブ。
【請求項３】
前記半導体は、Ｓｉ又はＧｅであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブ。
【請求項４】
基体に、半導体から成る円錐又は多角錐の構造体を、この構造体の底面を介して上記基体に固定する工程と、この構造体の頂点に上記半導体と共晶を形成する金属からなるナノドットを形成する工程と、上記共晶温度以上の温度で、上記金属ナノドットに半導体原料ガスを供給して、上記構造体の頂点に、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を成長する工程とを有し、請求項１に記載のプローブを製造することを特徴とする、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの製造方法。
【請求項５】
基体に、半導体から成る断頭円錐又は断頭多角錐の構造体を、この構造体の底面を介して上記基体に固定する工程と、この断頭部の面に上記半導体と共晶を形成する金属からなるナノドットを複数形成する工程と、上記共晶温度以上の温度で、上記複数の金属からなるナノドットに半導体原料ガスを供給して、上記断頭部の面上に、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を複数成長する工程とを有し、請求項２に記載のプローブを製造することを特徴とする、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの製造方法。
【請求項６】
前記金属ナノドットを形成する工程は、前記円錐又は多角錐の構造体に前記金属の薄膜を堆積し、この金属薄膜を溶融させて上記構造体の先端に金属を凝縮させることから成ることを特徴とする、請求項４に記載の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの製造方法。
【請求項７】
前記金属ナノドットを形成する工程は、前記円錐又は多角錐の構造体の頂点に前記金属から成るコロイドナノ粒子を吸着し、加熱して固定することから成ることを特徴とする、請求項４に記載の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの製造方法。
【請求項８】
前記金属ナノドットを形成する工程は、前記金属と有機物とから成る有機金属ガスを供給すると共に前記円錐又は多角錐の構造体の頂点に、イオン粒子線又は電子線を照射し、上記有機金属ガスを分解すると共に上記金属ナノドットを成長することから成ることを特徴とする、請求項４に記載の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの製造方法。
【請求項９】
前記金属ナノドットを形成する工程は、前記断頭部の面に上記半導体と共晶を形成する金属からなる薄膜を蒸着し、この薄膜を加熱溶融して金属ナノドットを形成することから成ることを特徴とする、請求項５に記載の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線
を用いたプローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡あるいは走査型近接場光学顕微鏡で使用されるプローブに関し、さらに詳しくは、これらの顕微鏡の空間分解能を向上させることができるプローブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、試料の微小部分のトンネル電流や原子間力を検出するためのプローブ（探針）を有しており、プローブ先端を試料面に約１０ｎｍ以下の距離まで近づけて試料面上を走査し、プローブに流れるトンネル電流や原子間力を検出し、トンネル電流や原子間力が一定値に成るようにプローブ先端の高さを制御することによって、試料面の凹凸を測定する。例えば、原子間力顕微鏡においては、カンチレバー（片持ち梁）の先端部分にプローブを固定し、プローブに働く原子間力をカンチレバーの撓みによって検出している。これらの顕微鏡の空間分解能は、プローブ先端の大きさによって決定されるため、プローブ先端の曲率半径を小さくする技術が盛んに研究されている。例えば、従来の走査プローブ顕微鏡で用いられているプローブは主にＳｉを電解研磨加工して先端を先鋭化させたものであり、その先端の曲率半径は最小で２０−３０ｎｍ程度である。
また、これらのプローブはその加工技術に由来して、及びその機械的強度を保持するために、先端は細いが根元に向かって太くなる形状、すなわち、円錐や多角錐形状を有しており、このため、近年、研究開発が盛んなナノ構造体のように、試料面の凹凸の間隔が狭く凹凸の深さや高さが大きい試料面、すなわち、アスペクト比が大きい試料面の場合には、凹部の底にプローブ先端を約１０ｎｍ以下の高さで近づけることができず、従って、試料面の凹凸を測定できない。この課題を解決するプローブとして、Ｓｉ等のプローブの先端にカーボンナノチューブを取り付けたものが用いられるようになった（特許文献１，２参照）。カーボンナノチューブは先端から根元まで均一な径を有する円柱であるので、高アスペクト比の試料面であってもその凹凸を測定できる。
【０００３】
走査型近接場光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）は、試料に光を照射した際に試料表面近傍に生ずる近接場光や蛍光を試料の微小部分毎に測定することにより、光の回折限界を超えた分解能で試料の組成分布等を測定する。ところで、近接場光は非伝搬波であるので測定が極めて困難である。そのため、近年、金属のレイリー散乱効率が大きいことを利用して、試料表面に金属ナノ粒子をばらまくことによって被測定個所に金属ナノ粒子を配置し、金属ナノ粒子により近接場光を散乱伝搬波に変換して測定する方法（非特許文献１参照）が用いられている。また、金属ナノ粒子近傍に近接場励起光を照射すると、表面電場増強効果により、近接場光がより強く励起される効果も生じる。
また、金属プローブや金属が被覆されたプローブの先端を約１０ｎｍ以下の高さで試料表面に近づけて、プローブ先端の近接場光や蛍光を散乱させて測定する方法（非特許文献２，３参照）が用いられている。
また、微小な共振器に表面プラズモンを閉じ込め、この表面プラズモンを光源として近接場光を励起する方法（非特許文献４参照）が提案されている。
【０００４】
ところで、半導体ナノ細線の成長に関して、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｏｌｉｄ）成長法（非特許文献５参照）が知られている。次に、ＶＬＳ成長法を説明する。
図７は、ＶＬＳ成長法のメカニズムを説明する図である。図７（ａ）に示すように、基板５１上に、ナノメーター・サイズの触媒金属微粒子５２を堆積し、触媒金属ナノ微粒子５２が液体微粒子となる温度において、触媒金属ナノ微粒子５２を取り囲む周囲の空間から、成長しようとするナノ細線の原料ガス５３を供給すると、原料ガス５３中の原料原子が触媒金属ナノ微粒子５２に過飽和に溶け込み、過飽和に溶け込んだ原料原子が液体の触
媒金属ナノ微粒子５２中に結晶核を形成し、（ｂ）に示すように、先端に触媒金属微粒子５２を有するナノ細線５４が基板５１に垂直に成長する。例えば、触媒金属ナノ微粒子及びナノ細線の径が約３ｎｍ、細線の長さが数μｍのナノ細線が成長可能であり、また、Ｓｉ及びＧｅナノ細線が成長できることが報告されている（非特許文献６，７参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開2003-4619号公報.
【特許文献２】特開2005-503273号公報.
【非特許文献１】T. Sugita, T. Okada, Y. Inoue, O. Nakamura and S. Kawata, Opt. Lett.22, 16, 63(1997)
【非特許文献２】Y. Inoue and S. Kawata, Opt. Lett.19, 159 (1994)
【非特許文献３】E. Betzig, J. K. Trautman, T．D．Harris，J. S. Weine and R. Zenobi, Chem. Phys. Lett. 318, 131 (2000)
【非特許文献４】H．T．Miyazaki and Y. Kurokawa, Phys. Rev. Lett. 96, 097401 (2006)
【非特許文献５】R. S. Wagner and W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4, 89 (1964)
【非特許文献６】A. M. Morales and C. M. Lieber, Science 279, 208 (1998)
【非特許文献７】D. Wang, Q. Wang, A. Javey, R. Tu, H. Daia, H. Kim, P. C. McIntyre, T. Krishnamohan and K. C. Saraswat, Appl. Phys. Lett. 83, 2432 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記に説明した、走査電子顕微鏡や走査原子間力顕微鏡用として用いられている高アスペクト試料表面測定用のＳｉや金属から成るプローブの先端にカーボンナノチューブを有するプローブは、（１）Ｓｉや金属から成るプローブの先端にカーボンナノチューブを一本一本手作業で取り付ける必要があり、極めて高コストであること、（２）プローブ材料とカーボンナノチューブは互いに異種材料であるため、プローブ先端にカーボンナノチューブを成長したとしても、付着強度が弱いこと、（４）カーボンナノチューブはその構造に由来して、半導体的か金属的かのどちらかになるが、現状の製造技術ではその構造のどちらかを選択して成長することが困難であること、（５）また、カーボンナノチューブは単層又は多層の構造を有するが、現状の製造技術ではその層構造のどちらかを選択して成長することが困難であること、等の課題があり、カーボンナノチューブを用いたプローブは高コストである。
【０００７】
また、上記に説明したように、走査型近接場光学顕微鏡において、試料表面に金属ナノ粒子をばらまくことによって被測定個所に金属ナノ粒子を配置し、近接場光を散乱伝搬波に変換して測定する方法が用いられているが、金属ナノ粒子を被測定試料表面全面に亘って均一に分布させることは困難であり、場所によって近接場光の散乱効率が異なるので、試料表面の組成分布等を再現性良く、従って、定量的に測定できないと言う課題がある。また、凸型の高さが金属ナノ粒子の粒径よりも高いナノ構造体の凸型の先端近傍の近接場光を、金属ナノ粒子の散乱効果や表面電場増強効果を利用して測定するためには、凸型の先端近傍の両脇に金属ナノドットを配置しなければならないが、金属ナノ粒子をばらまく方法では、凸型の高さが高いために凸型の先端近傍の両脇に金属ナノ粒子を配置できないと言う課題がある。
また、走査型近接場光学顕微鏡においても、金属プローブや金属が被覆されたプローブは、その加工技術に由来して及びその機械的強度を保持するために、先端は細いが根元に向かって太くなる形状、すなわち、円錐や多角錐形状を有しており、先端曲率半径が２０ｎｍであっても、ナノ構造体のような高アスペクトな凹凸を有する試料に対しては、その先端曲率半径に対応した分解能を発揮できない。
さらに、走査型近接場光学顕微鏡において、微小な共振器に表面プラズモンを閉じ込め、この表面プラズモンを光源として近接場光を励起する方法が提案されているが、被測定
試料を共振器の微小な所定の個所に精密に位置あわせする必要があり、測定に手間がかかること、また、単分子、高分子、粒子および細線のようなものには適用できても、ナノ構造体のような高アスペクトな凹凸を有する試料には適用困難である。
本発明者らは、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブであれば、上記課題を解決でき、査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、あるいは、走査型近接場光学顕微鏡の空間分解能を向上させることができることに想到し、本発明に至った。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、（１）先端曲率半径が小さく、高アスペクトな凹凸を有する試料表面の測定が可能であり、耐久性が高く、且つ低コストである、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブを提供し、さらに上記目的に加えて、（２）近接場光の測定感度を向上させる金属ナノドットを再現性良く配置でき、且つ、凸型の高さが金属ナノ粒子の粒径よりも高い凸型ナノ構造体の凸型の先端近傍の近接場光を金属ナノドットの散乱効果や表面電場増強効果を利用して測定できる、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を複数有するプローブを提供する父もに、さらに、それらの製造方法を提供し、以て、査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、あるいは、走査型近接場光学顕微鏡の空間分解能の向上に資することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブは、基体と、この基体に底面を介して固定された半導体から成る円錐又は多角錐の構造体と、この構造体の頂点から成長した、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線とから成ることを特徴とする。
この構成によれば、プローブ先端部分が先端から根元まで均一な径を有する円柱形状の半導体ナノ細線からなるから、高アスペクトな凹凸を有する試料表面であっても、従来の先端から根元方向に太くなる円錐又は多角錐のプローブのように、円錐又は多角錐の根元方向に太くなる径によって凹部への侵入が阻止されることなく、プローブ先端を試料表面に近接させることができ、高アスペクト比の試料面であってもその凹凸を測定することができる。従って、査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、あるいは、走査型近接場光学顕微鏡の空間分解能を向上させることができる。
また、このプローブを走査型近接場光学顕微鏡に用いれば、プローブの先端に金属ナノドットが存在するので、各走査位置において、試料部分と金属ナノドットとの配置関係が同一となり、金属ナノドットの散乱、表面電場増強効果が同一となるから、再現性良く、従って定量的に試料の組成分布等を測定することができる。
また、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を搭載する円錐又は多角錐の構造体が半導体から成るので、この構造体上にこのナノ細線をエピタキシャル成長することができ、この構造体とこのナノ細線の付着強度は共有結合に基づいて極めて強固であり、カーボンナノチューブをＳｉ等の構造体に付着させた場合よりも、構造体との結合強度が強い。
また、半導体ナノ細線であるので、カーボンナノチューブのように、導電率や層数の不確定性が生じないので、低コストで製造できる。
ＶＬＳ成長法によれば、金属ナノドット、及びナノ細線の径は約３ｎｍにできるので、従来のＳｉや金属から成るプローブよりも先端曲率半径を小さくできる。
【００１０】
本発明の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブは、基体と、この基体に底面を介して固定された半導体から成る断頭円錐又は断頭多角錐の構造体と、この断頭部の面から成長した、複数の、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線から成り、この複数のナノ細線を帯電させる又は帯電を除去することにより、この複数のナノ細線の先端の金属ナノドット間の間隔を制御することを特徴とする。
この構成によれば、走査型近接場光学顕微鏡のプローブとして用いた場合に、被測定個所を取り囲んで、複数の金属ナノドットを有する半導体ナノ細線の金属ナノドットを配置
することができ、金属ナノドットの散乱、表面電場増強効果をさらに強くして、近接場光の測定感度を向上させることができる。また、従来の金属ナノ微粒子を試料表面に分布させる方法に較べて、金属ナノ微粒子を再現性良く配置できるので、測定の定量性を向上させることができる。
また、凸型のナノ構造体の凸型の先端近傍の近接場光を金属ナノドットの散乱効果や表面電場増強効果を利用して測定することができる。また、金属ナノドットを有する半導体ナノ細線に帯電させる電荷量を制御することによって、金属ナノドット間の間隔を所望の値に制御できるので、凸型の幅が異なる任意形状の凸型ナノ構造体であっても、凸型の先端近傍の近接場光を金属ナノドットの散乱効果や表面電場増強効果を利用して測定することができる。
【００１１】
本発明の、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの製造方法は、基体に、半導体から成る円錐又は多角錐の構造体を、この構造体の底面を介して基体に固定する工程と、この構造体の頂点に上記半導体と共晶を形成する金属からなるナノドットを形成する工程と、上記共晶温度以上の温度で、上記金属ナノドットに半導体原料ガスを供給して、上記構造体の頂点に、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を成長する工程とを有し、上記先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブを製造することを特徴とする。
【００１２】
本発明の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの製造方法は、半導体から成る断頭円錐又は断頭多角錐の構造体を、この構造体の底面を介して上記基体に固定する工程と、この断頭部の面に上記半導体と共晶を形成する金属からなるナノドットを複数形成する工程と、上記共晶温度以上の温度で、上記複数の金属ナノドットに半導体原料ガスを供給して、上記断頭部の面上に、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を複数成長する工程とを有し、上記先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を複数有するプローブを製造することを特徴とする。
【００１３】
上記金属ナノドットを形成する工程は、円錐又は多角錐の構造体に金属の薄膜を堆積し、この金属薄膜を溶融させて上記構造体の先端に金属を凝縮させる工程であれば好ましい。
【００１４】
金属ナノドットを形成する工程は、円錐又は多角錐の構造体の頂点に金属から成るコロイドナノ粒子を吸着し、加熱して固定する工程であっても良い。
【００１５】
金属ナノドットを形成する工程は、金属と有機物とから成る有機金属ガスを供給すると共に円錐又は多角錐の構造体の頂点に、イオン粒子線又は電子線を照射し、有機金属を分解すると共に上記金属ナノドットを成長する工程であっても良い。
【００１６】
先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブの金属ナノドットを形成する工程は、断頭部の面に上記半導体と共晶を形成する金属からなる薄膜を蒸着し、この薄膜を加熱溶融して複数の金属ナノドットを形成する工程であれば好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実質的に同一の部材には同一の符号を用いて説明する。
初めに、本発明の先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブのうち、半導体から成る円錐又は多角錐の構造体と、この構造体の頂点から成長した、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線とから成る、本発明の第１のプローブの構成とその製造方法を説明する。
図１は、本発明の第１のプローブの構成を断面図を用いて説明する図である。
本発明の第１のプローブ１は、図に示すように、カンチレバー等の基体２と、基体２に固定された、Ｓｉ等の半導体から成る円錐又は多角錐の構造体３と、構造体３の頂点３ａに成長した半導体ナノ細線５と、半導体ナノ細線５の先端に存在する金属ナノドット４とから成る、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線６とからなる。例えば、構造体３がＳｉ半導体である場合には、半導体ナノ細線５はＳｉ半導体から成る細線であり、金属ナノドット４はＳｉと共晶を形成する金属で、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）等であれば好ましい。
【００１８】
次に、本発明の第１のプローブの製造方法を説明する。
図２は、本発明の第１のプローブの製造方法のうち、構造体の頂点に金属ナノドットを形成する工程を断面図を用いて説明する図である。
図２（ａ）に示すように、構造体３が固定された基体２を構造体３の頂点３ａが下を向くように配置し、金属薄膜７を蒸着等の手段で堆積し、熱処理によって金属薄膜７を溶融させて頂点３ａに金属を凝縮させ、（ｂ）に示すように、金属ナノドット４を形成する。または、（ｃ）に示すように、頂点３ａをコロイド等の金属ナノ粒子８に接近させて、原子間力により金属ナノ粒子８を頂点３ａ吸着し熱処理することにより、（ｂ）に示すように金属ナノドット４を形成する。
或いは図２（ｄ）に示すように、金属ナノドットの原料となる有機金属ガス９を供給すると共に、頂点３ａにイオン粒子線又は電子線をイオン粒子線源１０又は電子線源１０を用いて照射し、有機金属ガス９を分解して、頂点３ａに金属ナノドット４を成長しても良い。
【００１９】
次に、頂点に金属ナノドットを有する構造体上に、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を成長する工程を説明する。
図３は、本発明の第１のプローブの製造方法のうち、頂点に金属ナノドットを有する構造体上に、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を成長する工程を断面図を用いて説明する図である。
図３（ａ）に示すように、半導体ナノ細線５の半導体と金属ナノドット４の金属との共晶点温度以上の温度で、半導体ナノ細線５の原料ガス１１を、構造体３の頂点３ａに存在する金属ナノドット４に供給する。これによって、図３（ｂ）に示すように、ＶＬＳ成長機構により、先端に金属ナノドット４を有するナノ細線６が頂点３ａ上にエピタキシャル成長する。例えば、構造体３がＳｉの場合には、金属ナノドット４がＡｕやＡｇ、半導体原料ガスがＳｉＨ４やＳｉ２Ｈ６、上記共晶点温度以上の温度はＡｕの場合４００°以上、Ａｇの場合８３０℃以上が好ましい。
【００２０】
次に、本発明の、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブのうち、半導体から成る断頭円錐又は断頭多角錐の構造体と、この断頭部の面から成長した、複数の、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線とからなる第２のプローブの構成とその製造方法を説明する。ここで、断頭とは載頭とも称されるが、錘形の頭部が切り欠かかれて平面状を呈している状態を指す。
図４は、本発明の第２のプローブの構成を断面図を用いて説明する図である。本発明の第２のプローブ１５は、基体１６と、基体１６上に固定された、半導体から成る断頭円錐又は断頭多角錐の構造体１７と、構造体１７の断頭部の面１７ａに成長した複数の、先端に金属ナノドット４を有するナノ細線６とから成る。例えば、構造体１７がＳｉ半導体であれば、ナノ細線５はＳｉ半導体ナノ細線であり、金属ナノドットは、ＡｕやＡｇのようにＳｉと低い温度で共晶を形成し、且つ、表面電場増強効果が大きい金属が好ましい。
【００２１】
次に、本発明の第２のプローブを走査型近接場光顕微鏡に使用する場合の作用を説明する。
図５は、本発明の第２のプローブを走査型近接場光顕微鏡に使用する場合の作用を断面
図を用いて説明する図である。（ａ）は、本発明の第２のプローブのナノ細線６，６に帯電させない場合を示している。ナノ細線６，６間にクーロン斥力が働かないので、ナノ細線６，６は断頭部の面１７ａに垂直に配置し、金属ナノドット４，４間の間隔ｄは狭い。（ｂ）は、本発明の第２のプローブのナノ細線６，６に、電圧を印加する等の手段により負の電荷（−）を帯電させた場合を示している。ナノ細線６，６間にクーロン斥力が働くので、ナノ細線６，６は互いにクーロン力で反発し合い、ナノ細線６，６が湾曲して、金属ナノドット４，４間の間隔ｄが広がる。
図５（ｃ）は、凸型のナノ構造体１８の近接場光を測定する場合を示している。第２のプローブ１５のナノ細線６，６に帯電させる電荷量を制御して、凸型のナノ構造体１８の両脇に金属ナノドット４，４が配置するようにする。この状態でレーザー光１９を照射すると、凸型のナノ構造体１８の表面近傍で生じる近接場光や発光が、金属ナノドット４，４の表面電場増強効果によって増強され、また、金属ナノドット４，４の散乱効果によって近接場光や発光の散乱光が増えるので、出力光２０中に含まれる散乱光や発光が増え、測定感度が向上する。第２のプローブのナノ細線６，６に帯電させる電荷量を制御すれば、幅ｓが異なる様々な形状の凸型のナノ構造体１８でも同様に測定できる。
【００２２】
次に、本発明の第２のプローブの製造方法を説明する。
図６は、本発明の第２のプローブの断頭部の面上に、複数の金属ナノドットを作製する方法を断面図を用いて説明する図である。図６（ａ）に示すように、金属ナノドット４を構成する金属薄膜２１を、膜厚を制御して断頭部の面１７ａ上に堆積する。次に、（ｂ）に示すように、金属薄膜２１が溶融する温度に加熱すると、金属薄膜２１の膜厚と表面張力と界面エネルギーで定まる粒径の金属液体微粒子２２が生成できる。金属薄膜２１の膜厚を制御することによって、所望の粒径の金属ナノドットを生成することができる。
【００２３】
本発明の第２のプローブの製造方法の、複数の金属ナノドットが形成された断頭部の面上に先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を複数成長する方法は、図３に示した方法と同一であり、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
上記説明から理解されるように、本発明の、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を用いたプローブ及びその製造方法によれば、プローブ先端部分が、半導体から成る構造体に強固に結合した、先端から根元まで均一な径を有する円柱形状の半導体ナノ細線からなるから、高アスペクトな凹凸を有する試料表面であってもその凹凸が測定でき、耐久性が高く、且つ、低コストなプローブを提供でき、また、先端の金属ナノドットによって近接場光の測定感度を向上させることができるので、高感度、且つ再現性の良い走査型近接場光顕微鏡用プローブを提供することができる。また、本発明の、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を複数用いたプローブ及びその製造方法によれば、金属ナノドット間の間隔を調整できるので、任意形状の凸型構造体の凸型先端部分の近接場光を高感度、且つ再現性良く測定できるプローブを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１のプローブの構成を示す断面図である
【図２】本発明の第１のプローブの製造方法のうち、構造体の頂点に金属ナノドットを形成する工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第１のプローブの製造方法のうち、頂点に金属ナノドットを有する構造体上に、先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線を成長する工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２のプローブの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２のプローブを走査型近接場光顕微鏡に使用する場合の作用を説明する断面図である。
【図６】本発明の第２のプローブの断頭部の面上に、複数の金属ナノドットを作製する方法を示す断面図である。
【図７】ＶＬＳ成長法のメカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  第１のプローブ
２  基体
３  半導体から成る円錐又は多角錐の構造体
３ａ  構造体の頂点
４  金属ナノドット
５  半導体ナノ細線
６  先端に金属ナノドットを有する半導体ナノ細線
７  金属薄膜
８  金属ナノ粒子
９  有機金属ガス
１０  イオン粒子線源又は電子線源
１１  半導体原料ガス
１５  第２のプローブ
１６  基体
１７  半導体から成る断頭円錐又は断頭多角錐の構造体
１７ａ  断頭部分の面
１８  凸型のナノ構造体
１９  レーザー光
２０  出力光
２１  金属薄膜
２２  金属ナノドット
【図１】
2007333619.tif 000003
【図３】
2007333619.tif 000004
【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２】
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