(57)【要約】【課題】ナノ粒子を大面積の基板上に均一に高密度で配列することが可能な、ナノ粒子の配列方法を提供する。【解決手段】チャネル構造を有するトレンチを上部基板および下部基板により形成する段階と、ナノ粒子を溶媒に分散させてナノ粒子分散液を得る段階と、前記トレンチを前記ナノ粒子分散液に接触させて毛管力によって前記チャネル構造内に前記ナノ粒子分散液を流入させる段階と、前記溶媒を蒸発させる段階と、を含むことを特徴とする、ナノ粒子の配列方法を提供する。【選択図】図１
2007313642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル構造を有するトレンチを上部基板および下部基板により形成する段階と、
ナノ粒子を溶媒に分散させてナノ粒子分散液を得る段階と、
前記トレンチを前記ナノ粒子分散液に接触させて毛管力によって前記チャネル構造内に前記ナノ粒子分散液を流入させる段階と、
前記溶媒を蒸発させる段階と、を含むことを特徴とする、ナノ粒子の配列方法。
【請求項２】
前記チャネル構造を有するトレンチを上部基板および下部基板により形成する段階は、
前記下部基板上の両端にフィンを形成する段階と、
前記フィン上に加圧または接着剤によって前記上部基板を接着させる段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項３】
前記フィンを形成する段階は、前記下部基板上に原子層蒸着によってフィンを形成するための層を形成する段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項４】
前記フィンを形成する段階は、前記フィンを形成するための層を形成した後、フォトリソグラフィーによって、チャネル構造を形成する部分をエッチングすることにより、フィンを形成する段階であることを特徴とする、請求項２に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項５】
前記上部基板および前記下部基板は、それぞれ独立して、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、ＦＴＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＰｔ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＯｘ（１＜ｘ≦４）、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、およびカーボンナノチューブよりなる群から選択される１以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項６】
前記ナノ粒子分散液は、ナノ粒子が互いに凝集せずに均一に分散しているコロイド溶液であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項７】
前記ナノ粒子は、金属ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、半導体ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、磁気ナノ粒子、およびデンドリマーよりなる群から選択される１以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項８】
前記金属ナノ粒子または金属酸化物ナノ粒子は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびこれらの合金、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｆｅ２Ｏ３、並びにＳｉＯ２よりなる群から選択される１以上のナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項７に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項９】
前記ポリマーナノ粒子は、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアニリン、ポリシクロデキストリン、ポリアクリル酸、ポリアミド、およびタンパク質よりなる群から選択される１以上のナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項７に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１０】
前記半導体ナノ粒子は、コア−シェル構造または均質な単一構造を持つ量子ドットであることを特徴とする、請求項７に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１１】
前記量子ドットは、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体よりなる群から選択されることを特徴とする、請求項１０に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１２】
前記量子ドットは、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、およびＩｎＳｂよりなる群から選択されることを特徴とする、請求項１１に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１３】
前記量子ドットは、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＳｅ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、およびこれらの混合物よりなる群から選択される１以上のオーバーコーティングを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１４】
前記ナノ粒子の粒径は、１〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１５】
前記チャネル構造において、両端に形成されたフィン間の距離が２〜４ｃｍであり、上部基板と下部基板との距離が２０〜２００ｎｍであり、長さが１〜１０ｃｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１６】
前記方法は、水を溶媒として用いる場合、ナノ粒子の表面を極性を帯びるように表面改質する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のナノ粒子の配列方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法によって形成されたナノ粒子アレイ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のナノ粒子アレイを含む電子素子。
【請求項１９】
下部基板と、
前記下部基板上の両端に形成されたフィンと、
前記フィンを覆う上部基板と、を含み、
前記上部基板、前記下部基板および前記フィンによって形成されるチャネル構造は、毛管力によってナノ粒子分散液を流入させることを特徴とする、ナノ粒子アレイ形成用トレンチ。
【請求項２０】
前記チャネル構造において、両端に形成されたフィン間の距離が２〜４ｃｍであり、上部基板と下部基板との距離が２０〜２００ｎｍであり、長さが１〜１０ｃｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１９に記載のナノ粒子アレイ形成用トレンチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毛管力を利用したナノ粒子配列方法およびそれによって製造されたナノ粒子アレイに係る。
【背景技術】
【０００２】
数ナノメートルないし数十ナノメートルのスケールのナノ粒子を大面積にわたって均一な表面密度で配列するナノ粒子配列技術は、情報ストレージ、メモリ素子、光素子、および光電子産業を含む様々な分野において活用性が非常に高い核心技術である。例えば、ナノ粒子として、半導体化合物からなる量子ドットを配列する技術は、量子ドットの大きさに応じて発光波長の調節が可能であり、かつ量子効率に優れた光学素子、次世代記録媒体、並びに量子ドットに蓄えられた電荷のクーロン妨害（Ｃｏｕｌｏｍｂ  ｂｌｏｃｋａｄｅ）効果を利用した次世代半導体素子としての単一電子トランジスタよび単一電子メモリ素子に関連した核心技術である。また、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｆｅなどのナノスケールの金属粒子を配列する技術は、情報ストレージ分野やメモリ素子分野で活用される可能性が高い。
【０００３】
現在までナノ粒子の配列に関する研究が盛んに行われているが、高い工程精度または高い製造コストなどにより、量産には未だ多くの困難がある実情である。例えば、非特許文献１には、対流整列を利用した配列方法が開示されている。
【非特許文献１】ＡＤＶＡＮＣＥＤ  ＦＵＮＣＴＩＯＮＡＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ，２００５，１５，１３２９−１３３５（Ｍｕｎ  Ｈｏ  Ｋｉｍ，Ｓａｎｇ  Ｈｙｕｋ  Ｉｍ，Ｏ  Ｏｋ  Ｐａｒｋ著）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、非特許文献１に記載されるような配列方法は、数百ナノメートル以上のナノ粒子の配列を目的とするもので、数ナノメートルないし数十ナノメートルのスケールのナノ粒子の配列に対しては適さないという問題がある。特に、このような技術では、高温の乾燥空気をコロイド溶液に噴射することによりコロイド溶液を蒸発させてナノ粒子を固着させるため、サイズの小さいナノ粒子に対して直接空気を噴射すると、噴射圧力およびそれによる周囲の乱流性流動によってナノ粒子の整列が乱されてしまうという問題点が生ずる。
【０００５】
他の既知のナノ粒子を配列する方法としては、例えば、量子ドットの表面が電荷を帯びるように量子ドットの表面を改質して量子ドット分散液を準備し、基板と量子ドットが互いに反対の電荷を帯びるように基板の表面を改質した後、改質された基板に前記量子ドット分散液をコートする方法が知られている。この際、量子ドットの表面を改質するための物質として高分子材料を用いる方法も知られている。ところが、このような方法では、ナノ粒子が形成されない欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）またはボイド（ｖｏｉｄ）が生じて単層配列の均一度が低く、ポリマーなどが不純物として残存してナノ粒子アレイの特性を損なうおそれがある。したがって、単層として大面積配列を形成することは困難である。
【０００６】
他の方法としては、互いに所定の間隔をおいて対面している２つのガラススライドの間にナノ粒子懸濁液の液滴を注入し、上部スライドを移動させて前記液滴のメニスカスを移動させることにより、ナノ粒子を配列させる方法も提案された。
【０００７】
この他にも、ナノ粒子溶液の中から基板を引き上げることにより、基板の表面に吸着されたナノ粒子を配列させるＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）方法が知られている。このような方法によれば、大面積の基板上にナノ粒子を単層として配列することは可能であるが、形成されたナノ粒子アレイ上に欠陥またはボイドが形成され易いという問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した従来の技術の問題点を克服するためのもので、その目的とするところは、大面積の基板上に数ナノメートルないし数十ナノメートルのスケールのナノ粒子を均一に配列することが可能なナノ粒子の配列方法およびそれによって製造されるナノ粒子アレイを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、大面積の基板上にナノ粒子を規則正しく配列することが可能なナノ粒子の配列方法およびそれによって製造されるナノ粒子アレイを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、前述した目的を達成しながらも、低コストでナノ粒子の単層アレイを得ることが可能なナノ粒子の配列方法およびそれによって製造されたナノ粒子アレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、チャネル構造を有するトレンチを上部基板および下部基板により形成する段階と、ナノ粒子を溶媒に分散させてナノ粒子分散液を得る段階と、前記トレンチを前記ナノ粒子分散液に接触させて毛管力によって前記チャネル構造内に前記ナノ粒子分散液を流入させる段階と、前記溶媒を蒸発させる段階とを含む、ナノ粒子の配列方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、上述の方法によって製造されたナノ粒子アレイを提供する。
【００１３】
また、本発明は、上述のナノ粒子アレイを含む電子素子を提供する。
【００１４】
また、本発明は、下部基板と、前記下部基板上の両端に形成されたフィンと、前記フィンを覆う上部基板とを含み、前記上部基板、前記下部基板、および前記フィンによって形成されるチャネル構造は毛管力によってナノ粒子分散液を流入させる、ナノ粒子アレイ形成用トレンチを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のナノ粒子の配列方法によれば、数ｎｍ〜数十ｎｍのナノ粒子を大面積の基板上に均一に配列することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、上部基板と下部基板との間にチャネル構造が形成されたトレンチを用いて毛管力によってナノ粒子の分散液を流入させることにより、ワンポットプロセス（ｏｎｅ  ｐｏｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によってナノ粒子の単層アレイを得ることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、ナノ粒子を高密度で配列する場合でも、ナノ粒子が少なくとも２層の多層に形成されたりボイドなどの欠陥が発生したりしないので、ナノ粒子を高い均一度で単層に配列することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００１９】
本発明に係るナノ粒子の配列方法は、ナノ粒子を水性溶媒または有機溶媒などの溶媒に分散させてナノ粒子分散液を調製した後、ナノ粒子分散液を毛管力（ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｆｏｒｃｅ）によってナノスケールのチャネル構造内に流入させて２次元ナノ粒子アレイを形成することを特徴とする。
【００２０】
具体的には、本発明のナノ粒子の配列方法では、まず、上部基板と下部基板との間にチャネル構造を有するトレンチを準備する。別途、ナノ粒子を水性溶媒または有機溶媒などの溶媒に分散させてナノ粒子分散液を得る。本明細書において、「ナノ粒子」は、半導体ナノ粒子である量子ドット、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔなどの金属からなる金属ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、ナノスケールのポリマービーズなどのポリマーナノ粒子、磁気ナノ粒子、およびデンドリマーといったナノスケールの全ての微小粒子を含む包括的な意味で使用される。その後、トレンチをナノ粒子分散液に接触させて毛管力によってトレンチのチャネル構造内にナノ粒子分散液を流入させて基板をコートし、次いで溶媒を蒸発させてナノ粒子を基板に固着させる。
【００２１】
以下、本発明のナノ粒子配列方法の各段階について詳細に説明する。図１は本発明に係るナノ粒子配列方法で用いられるトレンチの一例の斜視図、図２Ａ、図２Ｂはその側面図である。
【００２２】
ａ）トレンチを形成する段階
本発明において、トレンチ１００は、内部空間であるチャネル構造を有し、上部基板３０、下部基板１０、およびフィン２０、２０’から構成される。内部空間は、閉じた系であっても開いた系であってもよい。トレンチ１００は、下部基板１０の両側にフィン２０、２０’を形成した後、前記フィン２０、２０’上に上部基板３０をのせて形成する。このようにして、フィンの間に、ナノ粒子を注入することが可能なナノスケールのチャネル構造が形成される。
【００２３】
フィン２０、２０’を形成する方法は、特に限定されるものではないが、一例として、下部基板１０上に原子層蒸着（ＡＬＤ、Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってフィン、またはフィンを形成するための層を形成することができる。ＡＬＤ技術は、基板の表面に原子層を１層ずつ積層する方式で薄膜を蒸着させる技術であって、極めて薄い薄膜を蒸着させることができるうえ、膜厚を精度よく制御することができるという利点がある。したがって、ＡＬＤ技術は、本発明においては、幅の非常に狭いフィンを均一の厚さに形成するために使用できる。
【００２４】
ＡＬＤの際には、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５およびＴｉＯ２などの材料でフィンを形成することができる。この際、例えばトリメチルシラン、トリメチルアルミニウムなどを前駆体として使用することができる。
【００２５】
或いは、フォトリソグラフィーなどを用いたエッチングによってもフィンを形成することができる。具体的には、フィンを形成するための薄膜層を上部基板３０または下部基板１０の上に形成し、フォトレジスト組成物を塗布した後、フォトマスクを介して露光し現像してフィンを形成することができる。他のエッチング方法では、プラズマエッチングなどのドライエッチングによって、前記薄膜層から、チャネル構造を形成する部分を除去することができる。プラズマエッチングでは、垂直方向に加速されたプラズマのイオン粒子が、物理的衝撃および化学的反応によって露出された部位をエッチングすることができるが、エッチングマスクを用いてチャネル部分を選択的にエッチングすることができる。
【００２６】
また、ＡＬＤで薄膜を形成した後、薄膜をフォトリソグラフィーなどを用いてエッチングによってフィンを形成してもよい。
【００２７】
本発明において、下部基板１０上の両端のフィン２０、２０’によって形成されるトレンチ１００のチャネル構造は、好ましくは、幅（フィン２０と２０’との間の距離）が２〜４ｃｍであり、高さ（上部基板と下部基板との距離）が２０〜２００ｎｍであり、長さが１〜１０ｃｍの範囲内であることが好ましい。より好ましくは、高さが５０〜１００ｎｍである。したがって、フィン形成の際にフィン間の距離およびフィンの高さを前記の範囲内に調節することが好ましい。
【００２８】
下部基板１０の両側にフィン２０、２０’を離隔して形成した後には、上部基板３０をフィン上に載置し、その後圧力を加えて固定するか、または接着剤を用いて接着させることができる。この際、約５〜１００ｐｓｉの圧力を加えることが好ましい。接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、またはポリイミド樹脂などが用いられうる、上部基板３０をフィン２０、２０’に完全に接着させていない場合には、上部基板３０を除去することができる。上部基板３０をフィン２０、２０’に完全に接着させず、後で除去できるように固定する場合には、図２Ｂに示すように、下部基板１０のみならず、上部基板３０の上にもナノ粒子アレイを形成することができる。
【００２９】
本発明において、下部基板１０、および上部基板３０としては、ナノ粒子の分散液に対する濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）に優れた素材の基板を使用することが良い。本発明で使用可能な下部基板１０、および上部基板３０としては、例えば、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、ＦＴＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＰｔ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＯｘ（１＜ｘ≦４）、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、カーボンナノチューブなどが用いられうるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。下部基板１０、上部基板３０およびフィン２０、２０’の材質は互いに同一であってもよく、異なってもよい。カーボンナノチューブの基板は、例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティングなどの方法で作製されうる。
【００３０】
本発明では、下部基板１０および上部基板３０とナノ粒子分散液との間の毛管力によって分散液がチャネル構造に沿って流入し、下部基板１０または上部基板３０の面方向に広がる。後続の工程で溶媒を除去すると、下部基板上にナノ粒子（特に、量子ドット）応用素子に適用できる均一な配列性を持つナノ粒子アレイが形成できる。したがって、上部基板および下部基板とナノ粒子分散液との間の毛管力は、基板に沿ってナノ粒子分散液を流入させるに十分な程度で提供されなければならない。よって、トレンチのチャネル構造の大きさはこのような側面を考慮して設計されるべきである。
【００３１】
ｂ）ナノ粒子分散液を得る段階
毛管力を利用してトレンチのチャネル構造内にナノ粒子を注入するために、ナノ粒子の分散液を製造する。この際、ナノ粒子の分散液は、ナノ粒子が互いに凝集せず均一に分散しているコロイド溶液であることが好ましい。
【００３２】
本発明で使用可能なナノ粒子は、金属ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、半導体ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、デンドリマーまたは磁気ナノ粒子を全て含むことができる。ナノ粒子の粒径は、好ましくは１〜１０ｎｍである。金属ナノ粒子の材質としては、例えばＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはこれらの合金が挙げられる。金属酸化物ナノ粒子としては、例えばＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２などのナノ粒子を挙げられる。磁気ナノ粒子としては、ＦｅＯまたはＦｅＰｔなどのナノ粒子を例示することができる。
【００３３】
ポリマーナノ粒子の例としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアニリン、ポリシクロデキストリン、ポリアクリル酸、ポリアミド、およびタンパク質ナノ粒子が挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００３４】
本発明では、ナノ粒子として、量子閉じ込め効果（ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔ）を有する半導体ナノ粒子（すなわち、量子ドット）を使用することができるが、このような量子ドットは、好ましくは、均質な単一構造を持つか、コアとシェルからなる二重構造を持つ。
【００３５】
量子ドットは、好ましくは、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物などの化合物半導体よりなる群から選択される。このような量子ドットの具体的な例としては、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、およびＩｎＳｂが挙げられる、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００３６】
コア−シェル構造の量子ドットを用いる場合には、好ましくは、前述したような量子ドットのコア上に、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＳｅ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、およびこれらの混合物よりなる群から選択される１以上の物質でオーバーコートされ得る。
【００３７】
前記ナノ粒子を分散させるための溶媒としては、水などの水性溶媒または有機溶媒を使用することができる。または、Ｔｒｉｓ緩衝溶液などの水溶液を用いてもよい。本発明で使用可能な有機溶媒としては、例えば、クロロホルム、Ｎ−メチルピロリドン、アセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、エチルセロソルブアセテート、ブチルアセテート、エチレングリコール、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、クロロベンゼン、およびアセトニトリルよりなる群から選択される溶媒を単独で使用し、或いは２種以上を任意の割合で混合して使用することができる。水性溶媒としては、水またはｐＨ７〜９の塩基性の水性溶液が好ましく用いられうる。
【００３８】
溶媒として水を使用する場合、ナノ粒子の表面を極性を帯びるように表面改質して使用することが好ましい。ナノ粒子は、通常、湿式化学工程で製造され、製造の際に表面に多種のリガンド（トリオクチルアミン、トリオクチルホスフィンオキシド、オレイン酸、オレイルアミン、グルタチオンなど）を持つ。グルタチオン以外の大部分のリガンドは、非極性化合物であって、水に分散する性質が弱いので、水に対する分散性を向上させるために、極性リガンド、例えばポリアクリル酸、メルカプト酢酸、ウンデカン酸、ポリエチレンオキシド、ドデカン酸、スルホン酸誘導体、リン酸誘導体などをナノ粒子の表面に付着させ、極性基を水に向かうようにして、水に対する分散性を向上させることができる。
【００３９】
ナノ粒子分散液は、好ましくは、ナノ粒子の質量が溶媒の質量に対して０．０１〜１．０％になるように調製する。
【００４０】
ｃ）ナノ粒子分散液を流入させる段階
トレンチ１００およびナノ粒子２００のナノ粒子分散液を準備した後、毛管力を利用してトレンチのチャネル構造内にナノ粒子２００のナノ粒子分散液を流入させる。上述したように、好ましくは、トレンチ内のチャネル構造は、幅（フィン間の距離）が２〜４ｃｍであり、高さ（上部基板３０と下部基板との距離）が２０〜２００ｎｍ程度なので、トレンチ１００の端部をナノ粒子分散液に接触させると、毛管現象によってナノ粒子２００のナノ粒子分散液がチャネル構造に沿って、上部基板３０または下部基板１０の面方向に広がる。すなわち、トレンチ１００の下部基板１０および上部基板３０とナノ粒子分散液との間の付着力および液体分子間の凝集力の相対的な差により形成される毛管力によってナノ粒子分散液がチャネル構造に沿って流入する。
【００４１】
ｄ）溶媒を蒸発させる段階
毛管力によってチャネル構造内にナノ粒子分散液が流入して基板上にコートされると、溶媒を蒸発させてナノ粒子を基板上に固着させる。ナノ粒子の間を充填している溶媒が蒸発しながらくぼんだ形の界面が形成され、界面の表面エネルギーを最小化しようとする表面張力（ｌａｔｅｒａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｎｓｉｏｎ）によってナノ粒子が相互に対して近接するように引き寄せられ、ナノ粒子の間に充填されていた余分の溶媒が蒸発して、十分な距離で近接したナノ粒子は、ファンデルワールス力によって相互に対して密着し、下部基板上に固着される。このように溶媒が蒸発すると、ナノ粒子は自発的に均一な配列性を持つ整然とした単層（ｗｅｌｌ−ｏｒｄｅｒｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）構造のナノ粒子アレイを形成することができる。
【００４２】
本発明で溶媒を蒸発させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ナノ粒子分散液のコートされたトレンチを３０〜５０℃のオーブンで２４〜６０時間程度乾燥させて蒸発させる。この際、乾燥温度または乾燥時間などは、使用される溶媒の種類によって異なる。他の方法としては、例えば、加熱源に電気抵抗体を用いた抵抗加熱方式を使用するか、或いは熱ストリップ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｒｉｐ）を基板に配置するか、或いはレーザを基板の端部の分散液に照射して徐々に乾燥させる方式などを使用することができる。
【００４３】
本発明の方法によって製造されるナノ粒子アレイは、好ましくは粒径が１〜１０ｎｍのナノ粒子が相互に密着して密で均一に配列される。本発明のナノ粒子アレイは、ナノ粒子が形成されていないボイドまたは欠陥などが発生せず、最大２×１０１２ナノ粒子／ｃｍ２の高密度で配列される。また、本発明のナノ粒子アレイは、基板の表面と粒子の電荷に大きく支配されない配列性を示す。
【００４４】
本発明の方法によって形成されるナノ粒子アレイは、量子ドットディスプレイ、電荷トラップメモリチップ、バイオセンサ、光学素子、および磁気素子などの各種ナノ粒子応用電子素子に応用できる。
【００４５】
本発明の他の実施形態は、本発明のナノ粒子配列方法に用いられるトレンチに関する。本発明の方法で使用されるトレンチは、下部基板、前記下部基板上の左右両端に形成されたフィン、および前記フィンを覆う上部基板を含み、前記上部基板、前記下部基板とおよび前記フィンによって形成されるチャネル構造は、毛管力によってナノ粒子分散液を流入させることを特徴とする。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。下記の実施例は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００４７】
＜実施例１＞
１．８４２４ｇのメルカプト酢酸（ＭＡＡ）を８ｍＬのクロロホルムに溶解させた後、７０℃に加熱した。７０℃に加熱した溶液を高速で撹拌しながら３ｍＬのコア−シェル構造のＣｄＳｅ／ＺｎＳ量子ドットをゆっくり添加した。その後、７０℃で還流条件下で３時間撹拌しながら反応させた。反応が完了すると、３０００ｒｐｍで遠心分離して沈殿させた後、沈殿物を再びクロロホルムに分散させ、次いで３０００ｒｐｍで５分間遠心分離して再び沈殿させる過程を７回繰り返し行った。洗浄済みの量子ドットを６時間真空乾燥し、Ｔｒｉｓ緩衝溶液（０．１Ｍ、ｐＨ＝９）に、量子ドットの質量がＴｒｉｓ緩衝溶液の質量に対して０．１％で分散させた後、前記分散溶液を１５０００ｇで１０分間遠心分離して、凝集した量子ドットを除去することにより、量子ドット分散溶液を製造した。
【００４８】
トレンチとして、３ｃｍ×３ｃｍ×０．８ｃｍのガラス基板をピランハ溶液（容量比でＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が３：１）に入れて１５分間加熱した後、メタノール／トルエンで洗浄した。ＡＬＤによってトリメチルシランを前駆体として用いてＳｉＯ２を少量ずつ蒸着し、ＳｉＯ２層をフォトリソグラフィーでパターン化してエッチングし、幅２．５ｃｍ、高さ２０ｎｍ、長さ１ｃｍのチャネル構造になるようにフィンを形成し、フィン上に下部基板と同様にガラス基板を覆った。
【００４９】
その後、準備された量子ドット分散溶液にトレンチを接触させて毛管力によって量子ドット分散溶液を上昇させ、基板上に量子ドット分散液をコートした後、５２℃で６０時間乾燥し、室温で冷却して量子ドットアレイを形成した。
【００５０】
＜実施例２＞
トレンチの高さを１００ｎｍとした以外は実施例１と同様にして、ナノ粒子アレイを製造した。
【００５１】
＜実施例３＞
トレンチの材質として、Ｈｆ−ＴＥＭＡ（Ｈｆ−テトラキスメチルエチルアミド）を前駆体としてＨｆＯ２を作製して用い、トレンチの下部基板と上部基板とにそれぞれナノ粒子を配列させた以外は実施例１と同様にして、ナノ粒子アレイを製造した。
【００５２】
＜実施例４＞
ＨｆＯ２基板を用い、トレンチの高さを４０ｎｍとした以外は実施例１と同様にして、ナノ粒子アレイを製造した。
【００５３】
＜実験例１：充填密度の測定＞
前記実施例１〜４で得られたナノ粒子アレイの充填密度を測定し、その測定結果を表１に示した。この際、充填密度は、試料のＳＥＭ写真を得た後、無作為に１０箇所を選択して１ｃｍ２内のナノ粒子の個数から測定した。
【００５４】
【表１】
2007313642.tif 000003
【００５５】
＜実験例２：走査電子顕微鏡写真の観察＞
実施例１および２で得られたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真を図３Ａおよび図３Ｂに示し、実施例３において上部基板と下部基板に形成されたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真をそれぞれ図４Ａおよび図４Ｂに示した。実施例４で得られたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真を図５に示した。
【００５６】
図３〜図５から確認されるように、本発明の配列方法によって得られるナノ粒子アレイは、ナノ粒子が相互に密着して密に配列されている。
【００５７】
＜実験例３：原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像の観察＞
実施例１で得られたナノ粒子アレイを原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)で分析した。ＡＦＭ画像を図６Ａに示し、ナノ粒子アレイの各地点をカンチレバーによってスキャンしながら厚さを測定した結果を図６Ｂに示した。
【００５８】
図６Ｂの結果から確認されるように、実施例１では均一な単層にナノ粒子が配列されている。
【００５９】
本発明は、添付図面に示した一実施形態を参考として説明されたが、これらの実施形態は例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、様々な変形および均等な他の実施が可能なのを理解することができるであろう。したがって、本発明の保護範囲は、請求の範囲によって定められるべきである。例えば、本願では主に単層の製造と関連して説明したが、本発明の方法は、ナノ粒子を単層だけでなく、複層に配列する方法にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係るナノ粒子配列方法で用いられるトレンチの一例の斜視図である。
【図２Ａ】本発明に係るナノ粒子配列方法で用いられるトレンチの一例の側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのトレンチを用いる、本発明の他の実施例に係るナノ粒子配列方法を説明するためのトレンチの側面図である。
【図３Ａ】実施例１で製造されたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】実施例２で製造されたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真である。
【図４Ａ】実施例３における上部基板に形成されたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真である。
【図４Ｂ】実施例３における下部基板に形成されたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例４で製造されたナノ粒子アレイの走査電子顕微鏡写真である。
【図６Ａ】実施例１で得られたナノ粒子アレイの原子力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。
【図６Ｂ】実施例１で得られたナノ粒子アレイの厚さを測定した結果である。
【符号の説明】
【００６１】
１００    トレンチ、
１０    下部基板、
２０、２０’    フィン、
３０    上部基板、
２００    ナノ粒子。
【図１】
2007313642.tif 000004
【図２Ａ】
2007313642.tif 000005
【図２Ｂ】
2007313642.tif 000006
【図３Ａ】
2007313642.tif 000007
【図３Ｂ】
2007313642.tif 000008
【図４Ａ】
2007313642.tif 000009
【図４Ｂ】
2007313642.tif 000010
【図５】
2007313642.tif 000011
【図６Ａ】
2007313642.tif 000012
【図６Ｂ】
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