(57)【要約】  堆積チャンバとそれに接続された凝集チャンバとを有する真空堆積システムによるナノ粒子装飾ナノワイヤの製造方法は、前記堆積チャンバ内に金属部材を取り付ける工程と、前記金属部材の表面に金属酸化物ナノワイヤを成長させるために、前記金属部材を酸素雰囲気中で前記堆積チャンバ内で熱酸化する工程と、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、前記堆積チャンバに接続された前記凝集チャンバ内に触媒金属粒子クラスタの蒸気を生成する工程と、前記金属酸化物ナノワイヤに前記触媒金属粒子からなる触媒金属ナノ粒子を装飾するために、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、生成された前記触媒金属粒子クラスタを前記堆積チャンバに輸送する工程と、を含む。
2018532039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積チャンバとそれに接続された凝集チャンバとを有する真空堆積システムによるナノ粒子装飾ナノワイヤの製造方法であって、
前記堆積チャンバ内に金属部材を取り付ける工程と、
前記金属部材の表面に金属酸化物ナノワイヤを成長させるために、前記金属部材を酸素雰囲気中で前記堆積チャンバ内で熱酸化する工程と、
前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、前記堆積チャンバに接続された前記凝集チャンバ内に触媒金属粒子クラスタの蒸気を生成する工程と、
前記金属酸化物ナノワイヤに前記触媒金属粒子からなる触媒金属ナノ粒子を装飾するために、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、生成された前記触媒金属粒子クラスタを前記堆積チャンバに輸送する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記金属部材はＣｕワイヤであり、前記金属酸化物ナノワイヤはＣｕＯナノワイヤである、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属部材は、Ｓｉ基板上に形成され、ギャップにより離間した一対のＣｕパターンであり、
前記熱酸化する工程は、前記基板上の前記一対のＣｕパターン間の前記ギャップを埋めるＣｕＯナノワイヤを成長させる、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒金属ナノ粒子はＰｄナノ粒子を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒金属ナノ粒子は、Ｎｉ／Ｐｄバイメタリックナノ粒子を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属部材はＣｕワイヤであり、前記金属酸化物ナノワイヤはＣｕＯナノワイヤであり、
前記触媒金属ナノ粒子はＰｄナノ粒子を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属部材はＣｕワイヤであり、前記金属酸化物ナノワイヤはＣｕＯナノワイヤであり、
前記触媒金属ナノ粒子は、Ｎｉ／Ｐｄナノ粒子を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記触媒金属粒子クラスタの蒸気は、線形マグネトロンスパッタリングによって前記凝集チャンバ内で生成される、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
堆積チャンバとそれに接続された凝集チャンバとを有する真空堆積システムによるセンサデバイスの製造方法であって、
基板上に一定のギャップを置いて互いに平行な縁部を有し互いに対向する一対の金属パターンを形成する工程と、
前記一対の金属パターンを有する前記基板を前記堆積チャンバ内に載置する工程と、
前記一対の金属パターン間の前記ギャップを埋める金属酸化物ナノワイヤを成長させるために、酸素雰囲気中で前記堆積チャンバ内で前記金属パターンを熱酸化する工程と、
前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、前記堆積チャンバに接続された前記凝集チャンバ内に触媒金属粒子クラスタの蒸気を生成する工程と、
前記金属酸化物ナノワイヤに前記触媒金属粒子からなる触媒金属ナノ粒子を装飾するために、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、生成された前記触媒金属粒子クラスタを前記堆積チャンバに輸送する工程と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記金属パターンはＣｕからなり、金属酸化物ナノワイヤはＣｕＯナノワイヤである、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記触媒金属ナノ粒子はＰｄナノ粒子を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記触媒金属ナノ粒子はＮｉ／Ｐｄバイメタリックナノ粒子を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属パターンはＣｕからなり、前記金属酸化物ナノワイヤはＣｕＯナノワイヤであり、
前記触媒金属ナノ粒子はＰｄナノ粒子を含む、
請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記金属パターンはＣｕからなり、前記金属酸化物ナノワイヤはＣｕＯナノワイヤであり、
前記触媒金属ナノ粒子は、Ｎｉ／Ｐｄナノ粒子を含む、
請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記触媒金属粒子クラスタの蒸気は、線形マグネトロンスパッタリングによって前記凝集チャンバ内で生成される、
請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板はＳｉ基板である、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子で装飾された金属酸化物ナノワイヤに関する。本出願は、２０１５年８月２４日に出願された米国仮出願番号６２／２０８，９８８の全体を参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
ナノ粒子で装飾されたナノワイヤは、ガスセンサデバイス（非特許文献１及び２）、化学的および生物学的検知のための表面増強ラマン散乱（非特許文献３及び４）、Ｌｉイオンバッテリーアノード（非特許文献５及び６）または効率的な太陽エネルギ変換（非特許文献７及び８）等の様々な用途について調査されている。コンダクトメトリックガスセンサの分野では、ガス感度および選択性の観点からセンサ性能を改善するために、ナノワイヤ表面上にナノ粒子が堆積される（非特許文献９）。異なる触媒ナノ粒子で装飾されたナノワイヤは、複数の標的ガスを区別することができる小型電子鼻デバイスの実現に理想的に適していることが判明した（非特許文献１０）。ナノ粒子装飾のための様々な方法が報告されている。例えば、物理的気相成長法（非特許文献１１及び１２）、湿式化学法（非特許文献１３及び１４）、原子層成長法（非特許文献１５）、エアロゾルアシスト化学気相成長法（非特許文献１６）、γ線ラジオリシス（非特許文献１７）が報告されている。近年、本発明者らの研究グループは、ナノ粒子を堆積させるのにマグネトロンスパッタ不活性ガス凝集を利用したナノ粒子でｅｘ  ｓｉｔｕ装飾したＣｕＯナノワイヤをベースとしたガスセンサデバイスを実証した（非特許文献１８）。この汎用性のある方法は、サイズ、微細構造および結晶化度を調節可能な単一または複数成分のナノ粒子の堆積を可能にし（非特許文献１９，２０及び２１）、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｉ、ＧｅおよびＡｕ等の多種多様な触媒材料のモノメタリックナノ粒子、バイメタリックナノ粒子、トリメタリックナノ粒子、及び合金ナノ粒子の合成に適している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A. Kolmakov, D. O. Klenov, Y. Lilach, S. Stemmer, and M. Moskovits, Nano Letters 5 667-73 (2005)
【非特許文献２】X. Zou, J. Wang, X. Liu, C. Wang, Y. Jiang, Y. Wang, X. Xiao, J. C. Ho, J. Li, C. Jiang, Y. Fang, W. Liu, and L. Liao, Nano Letters 13 3287-92 (2013)
【非特許文献３】M.-L. Zhang, X. Fan, H.-W. Zhou, M.-W. Shao, J. A. Zapien, N.-B. Wong, and S.-T. Lee, Journal of Physical Chemistry C 114 1969-75 (2010)
【非特許文献４】X. Han, H. Wang, X. Oua, and X. Zhang, Journal of Materials Chemistry 22 14127 (2012)
【非特許文献５】P. Meduri, C. Pendyala, V. Kumar, G. U. Sumanasekera, and M. K. Sunkara, Nano Letters 9 612-6 (2009)
【非特許文献６】L. Hu, H. Wu, S. S. Hong, L. Cui, J. R. McDonough, S. Bohy, and Yi Cui, Chemical Communications 47 367-369 (2011)
【非特許文献７】K. S. Leschkies, R. Divakar, J. Basu, E. Enache-Pommer, J. E. Boercker, C. B. Carter, U. R. Kortshagen, D. J. Norris, and E. S. Aydil, Nano Letters 7 1793-8 (2007)
【非特許文献８】K.-Q. Peng, X. Wang, X.-L. Wu, and S.-T. Lee, Nano Letters 9 3704-9 (2009)
【非特許文献９】M. E. Franke, T. J. Koplin, and U. Simon, Small 2 36-50 (2006)
【非特許文献１０】J. M. Baik, M. Zielke, M. H. Kim, K. L. Turner, A. M. Wodtke, and M. Moskovits, ACS Nano 4 3117-3122 (2010)
【非特許文献１１】S. S. Kim, J. Y. Park, S.-W. Choi, H. S. Kim, H. G. Na, J. C. Yang, and H. W. Kim, Nanotechnology 21 415502 (2010)
【非特許文献１２】I.-S. Hwang, J.-K. Choi, H.-S. Woo, S.-J. Kim, S.-Y. Jung, T.-Y. Seong, I.-D. Kim, and J.-H. Lee, ACS Applied Materials & Interfaces 3 3140-5 (2011)
【非特許文献１３】R. K. Joshi, Q. Hu, F. Alvi, N. Joshi, and A. Kumar, Journal of Physical Chemistry C 113 16199-202 (2009)
【非特許文献１４】X. Liu, J. Zhang, T. Yang, X. Guo, S. Wu, and S. Wang, Sensors and Actuators B: Chemical 156 918-23 (2011)
【非特許文献１５】Y.-H. Lin, Y.-C. Hsueh, P.-S. Lee, C.-C. Wang, J. M. Wu, T.-P. Perng, and H. C. Shih, Journal of Materials Chemistry 21 10552-8 (2011)
【非特許文献１６】S. Vallejos, T. Stoycheva, P. Umek, C. Navio, R. Snyders, C. Bittencourt, E. Llobet, C. Blackman, S. Moniz, and X. Correig, Chemical Communications 47 565-7 (2011)
【非特許文献１７】S.-W. Choi, S.-H. Jung, S. S. and Kim, Nanotechnology 22 225501 (2011)
【非特許文献１８】S. Steinhauer, V. Singh, C. Cassidy, C. Gspan, W. Grogger, M. Sowwan, and A. Koeck, Nanotechnology 26 175502 (2015)
【非特許文献１９】C. Cassidy, V. Singh, P. Grammatikopoulos, F. Djurabekova, K. Nordlund, and M. Sowwan Scientific Reports 3 3083 (2013)
【非特許文献２０】M. Benelmekki, M. Bohra, J.-H. Kim, R. E. Diaz, J. Vernieres, P. Grammatikopoulos, and M. Sowwan Nanoscale 6 3532-5 (2014)
【非特許文献２１】V. Singh, C. Cassidy, P. Grammatikopoulos, F. Djurabekova, K. Nordlund, and M. Sowwan Journal of Physical Chemistry C 118 13869-75 (2014)
【非特許文献２２】S. Ren, Y. F. Bai, J. Chen, S. Z. Deng, N. S. Xu, Q. B. Wu, and S. Yang, Materials Letters 61 666-70 (2007)
【非特許文献２３】P. Hiralal, H. E. Unalan, K. G. U. Wijayantha, A. Kursumovic, D. Jefferson, J. L. MacManus-Driscoll, and G. A. J. Amaratunga, Nanotechnology 19 455608 (2008)
【非特許文献２４】X. Jiang, T. Herricks, and Y. Xia, Nano Letters 2 1333-8 (2002)
【非特許文献２５】S. Steinhauer, E. Brunet, T. Maier, G. C. Mutinati, and A. Koeck, Sensors and Actuators B: Chemical 186 550-6 (2014)
【非特許文献２６】S. Steinhauer, T. Maier, G. C. Mutinati, K. Rohracher, J. Siegert, F. Schrank, and A. Koeck, Proceedings of TechConnect World Nanotech, Washington DC, USA. ISBN: 978-1-4822-5827-1, pp.53-56 (2014)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記で説明した、予め成長させたナノワイヤ上でのｅｘ−ｓｉｔｕ堆積は、粒子とナノワイヤとの間の接触を損なう汚染問題に直面する。
【０００５】
本発明の目的は、金属酸化物ナノワイヤのｉｎ−ｓｉｔｕ成長およびナノ粒子によるナノワイヤの装飾のための効率的かつ制御された方法を提供すること、およびこのようなナノ粒子で装飾されたナノワイヤを利用するセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの又は他の利点を達成するために及び本発明の目的にしたがって、具体化され、広範に記述されるように、１つの態様において、本発明は、堆積チャンバとそれに接続された凝集チャンバとを有する真空堆積システムによるナノ粒子装飾ナノワイヤの製造方法であって、前記堆積チャンバ内に金属部材を取り付ける工程と、前記金属部材の表面に金属酸化物ナノワイヤを成長させるために、前記金属部材を酸素雰囲気中で前記堆積チャンバ内で熱酸化する工程と、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、前記堆積チャンバに接続された前記凝集チャンバ内に触媒金属粒子クラスタの蒸気を生成する工程と、前記金属酸化物ナノワイヤに前記触媒金属粒子からなる触媒金属ナノ粒子を装飾するために、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、生成された前記触媒金属粒子クラスタを前記堆積チャンバに輸送する工程と、を含む方法を提供する。
【０００７】
ここで、金属部材は、ＣｕワイヤまたはＣｕ箔であってもよく、金属酸化物ナノワイヤは、ＣｕＯナノワイヤであってもよい。
【０００８】
または、金属部材は、Ｓｉ基板上に形成され、ギャップで離間された一対のＣｕパターンであり、熱酸化する工程は、基板上に一対のＣｕパターンの間のギャップを埋めるＣｕＯナノワイヤを成長させてもよい。
【０００９】
触媒金属ナノ粒子は、Ｐｄナノ粒子を含んでもよい。
【００１０】
触媒金属ナノ粒子は、Ｎｉ／Ｐｄバイメタリックナノ粒子を含んでもよい。
【００１１】
触媒金属粒子クラスタの蒸気は、線形マグネトロンスパッタリングによって凝集チャンバ内で生成してもよい。
【００１２】
別の態様において、本発明は、堆積チャンバとそれに接続された凝集チャンバとを有する真空堆積システムによるセンサデバイスの製造方法であって、基板上に一定のギャップを置いて互いに平行な縁部を有し互いに対向する一対の金属パターンを形成する工程と、前記一対の金属パターンを有する前記基板を前記堆積チャンバ内に載置する工程と、前記一対の金属パターン間の前記ギャップを埋める金属酸化物ナノワイヤを成長させるために、酸素雰囲気中で前記堆積チャンバ内で前記金属パターンを熱酸化する工程と、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、前記堆積チャンバに接続された前記凝集チャンバ内に触媒金属粒子クラスタの蒸気を生成する工程と、前記金属酸化物ナノワイヤに前記触媒金属粒子からなる触媒金属ナノ粒子を装飾するために、前記真空堆積システム内の真空を壊すことなく、生成された前記触媒金属粒子クラスタを前記堆積チャンバに輸送する工程と、を含む方法を提供する。
【００１３】
ここで、金属パターンはＣｕからなり、金属酸化物ナノワイヤはＣｕＯナノワイヤであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の１以上の態様によれば、ナノ粒子装飾ナノワイヤは、ＣＭＯＳ製造プロセスと互換性のあるプロセスで製造することができる。さらに、ナノワイヤを装飾するナノ粒子の寸法および特性は、製造条件を適切に調整することによって制御される。
【００１５】
本発明の付加的または別個の特徴および利点は、以下の説明に記載され、一部はその説明から明らかになるか、または本発明の実施によって習得される。本発明の目的および他の利点は、明細書および特許請求の範囲ならびに添付の図面で特に指摘された構造によって実現され、達成されるであろう。
【００１６】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示的かつ説明的なものであり、特許請求の範囲に記載された本発明のさらなる説明を提供することが意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、金属酸化物ナノワイヤのｉｎ  ｓｉｔｕ成長および触媒ナノ粒子装飾に使用される実験装置を示す。Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ等の各種の材料のモノメタリックナノ粒子、バイメタリックナノ粒子、トリメタリックナノ粒子および合金ナノ粒子を利用することができる。
【図２】図２は、ａ）Ｃｕワイヤのｉｎ−ｓｉｔｕ熱酸化によって成長させたＣｕＯナノワイヤのＴＥＭ画像、及びｂ）ナノ粒子で装飾されたＣｕＯナノワイヤ表面のＴＥＭ画像を示す。
【図３】図３は、ａ）Ｐｄナノ粒子のｉｎ−ｓｉｔｕ成長及び堆積後のナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤ表面のＴＥＭ画像、及びｂ）バイメタリックＮｉ／Ｐｄナノ粒子のｉｎ−ｓｉｔｕ成長および堆積後のナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤ表面のＴＥＭ画像を示す。
【図４】図４は、ａ）ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤをベースとした電気デバイスの低倍率ＳＥＭ画像（差し込み図は室温ＩＶ特性を示す）、ｂ）電気的接続を形成する隣接する酸化されたＣｕ構造間のギャップを埋めるＣｕＯナノワイヤのＳＥＭ画像、及びｃ）ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤの高解像度ＳＥＭ画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示は、ＣＭＯＳに適合するナノ粒子堆積システム内でｉｎ−ｓｉｔｕ金属酸化物ナノワイヤ成長及び触媒ナノ粒子での装飾についての新規な方法を提供する。本開示は、モノメタリックナノ粒子（Ｐｄ）およびバイメタリックナノ粒子（ＰｄＮｉ）で装飾されたＣｕＯナノワイヤに関する結果を提示する。この技術は、ＺｎＯ（非特許文献２２）またはＦｅ２Ｏ３（非特許文献２）等の熱酸化によって合成された異なる種類の金属酸化物ナノワイヤに使用できると考えられる。さらに、本開示は、Ｓｉ基板上のナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤデバイスのｉｎ−ｓｉｔｕ実現を示しており、これは、例えば、スマート電子鼻システムの開発に向けた重要なステップである。
【００１９】
図１に示すように、マグネトロンスパッタリング不活性ガス凝縮クラスタビーム源を備える修正超高真空堆積システムにおいて、ｉｎ−ｓｉｔｕ  ＣｕＯナノワイヤ成長およびナノ粒子装飾を行った。図１は、金属酸化物ナノワイヤのｉｎ  ｓｉｔｕ成長および触媒ナノ粒子装飾に使用される実験装置を示す。Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ等の各種の材料のモノメタリックナノ粒子、バイメタリックナノ粒子、トリメタリックナノ粒子、合金ナノ粒子を利用することができる。図１に示すように、開示されたプロセスは一般に、金属部材を堆積チャンバに取り付ける工程と、金属部材の表面に金属酸化物ナノワイヤを成長させるために、金属部材を酸素雰囲気中で堆積チャンバ内で熱酸化する工程と、真空堆積システム内の真空を壊すことなく、堆積チャンバに接続された凝集チャンバ内に触媒金属粒子クラスタの蒸気を生成する工程と、金属酸化物ナノワイヤを触媒金属粒子からなる触媒金属ナノ粒子で装飾するために、真空堆積システム内の真空を壊すことなく、生成された触媒金属粒子クラスタを堆積チャンバに輸送する工程と、を含む。この実施形態では、高純度のＣｕワイヤ（ＡｌｆａＡｅｓａｒ、直径１００μｍ、６Ｎ）を堆積チャンバに取り付け、ＣｕＯナノワイヤ成長のための基板として使用した。熱酸化実験は、約２５ｍｂａｒの酸素圧および６００℃のサンプルヒーター設定温度で６０分間実施した。ナノ粒子は、約８×１０−４ｍｂａｒの圧力で加熱ステージが約２００℃まで冷却された後に堆積させた。
【００２０】
ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤデバイスの作成は、以下の工程を含んでいた。Ｔｉ／Ａｕ（コンタクト電極：厚さはそれぞれ約５ｎｍ及び２００ｎｍ）およびＴｉ／Ｃｕ（ＣｕＯナノワイヤ成長のための基板：厚さはそれぞれ約５ｎｍおよび６５０ｎｍ）の電子ビーム蒸着層を構造化するために、５０ｎｍの熱ＳｉＯ  ２で覆われたＳｉ基板上で、２回の連続するフォトリソグラフィックリフトオフプロセスを実施した。サンプルをナノ粒子堆積システムに装填し、１０００ｍｂａｒの定圧に到達するまで酸素を導入した。熱酸化は６５０℃のサンプルヒーター設定点温度で１２０分間実施した。約８×１０−４ｍｂａｒの圧力で加熱ステージを約１００℃まで冷却した後、サンプルをナノ粒子で装飾した。ナノ粒子は、凝集域において凝集長さ１００ｍｍおよびＡｒ圧力２．５ｘ１０−１ｍｂａｒを用いて堆積させた。ＰｄターゲットおよびＮｉターゲットのスパッタリングのために、それぞれ１５Ｗおよび４０Ｗのマグネトロンパワーを印加した。
【００２１】
ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤのサンプルを、球形収差画像補正器およびＦＥＩ  Ｈｅｌｉｏｓ  Ｇ３  ＵＣ走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を備えたＦＥＩ  Ｔｉｔａｎ  Ｇ２環境透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で画像化した。探針プローブステーション及びＫｅｉｔｈｌｅｙ  ２４００ＳｏｕｒｃｅＭｅｔｅｒを使用して電気計測を行った。
【００２２】
＜結果＞
＜（ａ）ｉｎ−ｓｉｔｕ  ＣｕＯナノワイヤ成長及びナノ粒子装飾＞
マグネトロンスパッタガス凝集システム内の酸素雰囲気中での熱処理は、Ｃｕワイヤの熱酸化およびＣｕＯナノワイヤの成長をもたらした。図２ａ）は、ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤで覆われたサンプル表面の低倍率ＴＥＭ画像を示す。我々のｉｎ−ｓｉｔｕ成長結果は、大きさおよび結晶性の点において、大気中でのＣｕＯナノワイヤ合成に関する文献報告（非特許文献２４）と同程度である。図２ｂ）から分かるように、マグネトロンスパッタガス凝集堆積の後、ＣｕＯナノワイヤ表面はナノ粒子で装飾された。
【００２３】
高度の堆積パラメータ制御によって、マグネトロンスパッタガス凝集は、多種多様な異なる材料の明確に定義されたサイズおよび構造を有するナノ粒子を生成することができる（非特許文献１８、１９、２０および２１）。図３ａ）およびｂ）は、それぞれＰｄナノ粒子およびバイメタリックＮｉ／Ｐｄナノ粒子のｉｎ−ｓｉｔｕ成長および堆積後のナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤ表面を示す。文献（非特許文献９）から知られているように、金属酸化物ベースのガスセンサのガス感度および選択性は、ナノスケールの表面添加剤の触媒活性によって制御することができる。したがって、ここに記載されているｉｎ−ｓｉｔｕ  ＣｕＯナノワイヤ成長およびナノ粒子装飾の結果は、特別に調整されたガス応答を有するセンサデバイスの効率的な実現に向けた重要なステップである。
【００２４】
＜（ｂ）ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤデバイスのｉｎ−ｓｉｔｕ実現＞
本発明の一実施形態に係るＣｕＯナノワイヤデバイスの実現を実証するために、上述したｉｎ−ｓｉｔｕナノワイヤ成長及びナノ粒子装飾方法を利用した。この場合、マグネトロンスパッタガス凝集システム内での熱酸化によるＣｕＯナノワイヤ成長のために、Ｓｉ基板上のＣｕ微細構造が使用される。代表的なデバイスの低倍率ＳＥＭ画像を図４ａ）に示す。画像の左右に見える２つのＡｕ電極に、２つのＣｕ矩形（側面長さ２０μｍ及び１００μｍ、熱酸化前のギャップ距離２．５μｍ）を接続した。マグネトロンスパッタガス凝集システム内での熱酸化の後、Ｃｕ矩形間のギャップは、室温Ｉ−Ｖ特性を示す図４ａ）の差し込み図に示されるように、酸化されたＣｕ微細構造間の電気的接続を形成する複数のＣｕＯナノワイヤ（図４ｂ）によって埋められた。図４ｃ）は、ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤの高解像度ＳＥＭ画像である。図４ｃ）に示すように、ナノワイヤは、ナノ粒子によって装飾された。
【００２５】
類似の装置設計が（非特許文献２５）に報告され、優れたガスセンサ性能を示すことが分かった。この開示では、上述したように、ＣｕＯナノワイヤベースのガスセンサは、将来の集積小型センサデバイス（非特許文献２６）にとって極めて重要な標準ＣＭＯＳ技術と互換性があることが実証された。提示された方法は、ｉｎｓｉｔｕ  ＣｕＯナノワイヤ成長およびナノ粒子装飾を可能にし、表面汚染を最小にしたナノ粒子装飾センサデバイスの効率的な製造を可能にする。マグネトロンスパッタガス凝集は様々な異なる触媒ナノ粒子の堆積のための多目的技術であるので、我々の技術はナノ粒子ベースのスマート電子鼻システムの実現に適している。
【００２６】
このように、本開示は、マグネトロンスパッタガス凝集システム内でのｉｎ−ｓｉｔｕ  ＣｕＯナノワイヤ成長およびナノ粒子装飾を提供する。この方法は、多種多様なナノ粒子材料を用いたナノ粒子装飾を可能にし、ナノ粒子装飾ＣｕＯナノワイヤをベースとした電子デバイスの効率的な実現を可能にする。我々の製造技術は、明確に定義されたサイズと構造を有する触媒ナノ粒子をベースとする小型でスマートな電子鼻システムの将来の開発に理想的である。
【００２７】
本発明の精神または範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更および変形を加えることができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等の範囲内に入る改変および変形を包含することが意図される。特に、上述した実施形態およびその変形のうちの任意の２つ以上の任意の一部または全部を組み合わせて、本発明の範囲内で考えることができることは、明白に意図されている。
【図１】
2018532039.tif 000003
【図２】
2018532039.tif 000004
【図３】
2018532039.tif 000005
【図４】
2018532039.tif 000006
【国際調査報告】
2018532039.tif 000007