(57)【要約】【課題】高純度のシリコンナノワイヤーを低温で製造する方法を提供する。【解決手段】〔１〕四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化珪素ガス５を、高温領域３を通って、前記高温領域よりも温度の低い領域（低温領域４）へ流通し、該高温領域３にアルミニウムを供給し、前記高温領域よりも温度の低い領域４においてシリコンナノワイヤーを析出させるシリコンナノワイヤーの製造方法。〔２〕前記高温領域における温度が７００℃以上１１００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。〔３〕前記高温領域よりも温度の低い領域における温度が６００℃以上９００℃以下であることを特徴とする〔１〕または〔２〕記載の方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化珪素ガスを、高温領域を通って、前記高温領域よりも温度の低い領域へ流通し、該高温領域にアルミニウムを供給し、前記高温領域よりも温度の低い領域においてシリコンナノワイヤーを析出させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの製造方法。
【請求項２】
前記高温領域における温度が７００℃以上１１００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記高温領域よりも温度の低い領域における温度が６００℃以上９００℃以下であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンナノワイヤーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンナノワイヤーはナノマシン用や半導体情報通信用デバイス用等の部材として注目されている。
従来、シリコンナノワイヤーは、溶融法（特許文献１）、蒸発法（特許文献２）、触媒法（特許文献３）により製造されることが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４２６８０号公報（特許請求の範囲、段落０００６、００１４〜００１６、００１９〜００２１）
【特許文献２】特開２００４−２９６７５０号公報（特許請求の範囲、段落００１１〜００１５）
【特許文献３】特開２００６−１１７４７５号公報（特許請求の範囲、段落００１４〜００１８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、溶融法では１５００Ｋを越える高い温度が必要であり、蒸発法でもシリコンを蒸発させるために１３００℃を越える温度が必要である。高温の場合、使用に耐えうる装置材質に制約が生じる、あるいはエネルギーの消費が大きいといった問題がある。
一方、触媒法では低温でシリコンナノワイヤーを製造することが可能であるが、製法上触媒を要するため、シリコンナノワイヤー中に触媒成分が含まれてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、高純度のシリコンナノワイヤーを低温で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、シリコンナノワイヤーの製造方法について鋭意検討した結果、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、〔１〕四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化珪素ガスを、高温領域を通って、前記高温領域よりも温度の低い領域へ流通し、該高温領域にアルミニウムを供給し、前記高温領域よりも温度の低い領域においてシリコンナノワイヤーを析出させるシリコンナノワイヤーの製造方法に係るものである。
更に、本発明は、〔２〕前記高温領域における温度が７００℃以上１１００℃以下である〔１〕記載の方法、
〔３〕前記高温領域よりも温度の低い領域における温度が６００℃以上９００℃以下である〔１〕または〔２〕記載の方法に係るものである。
本発明において、シリコンナノワイヤーとは、シリコンからなる直径がナノメーターオーダーの線状物をいう。例えば、シリコンからなる、直径が１〜５００ｎｍ、または２０〜３００ｎｍの線状物が挙げられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法によれば、低温で高純度のシリコンナノワイヤーを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
〔四塩化珪素〕
本発明のシリコンナノワイヤーの製造方法は、四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化珪素ガスを用いる。
四塩化珪素ガスは６Ｎ以上の高純度品が容易に入手可能である。
四塩化珪素ガスは単独で供給しても良く、あるいは反応性を制御するために四塩化珪素を不活性ガスにて希釈して四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスにして供給しても良い。混合ガス中の四塩化珪素ガス濃度は５ｖｏｌ％以上であることが好ましく、２０ｖｏｌ％以上であることがより好ましく、５０ｖｏｌ％以上であることが更に好ましい。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、ヘリウムが挙げられ、アルゴンが好ましい。
四塩化珪素ガスの供給方法は公知の方法を用いることができる。具体的には、液体の四塩化珪素を充填した容器に不活性ガスを送り込んでバブリングさせることにより、四塩化珪素ガスと不活性ガスの混合ガスとして供給する方法、あるいは、液体の四塩化珪素を定量ポンプで加熱された容器（気化器）に送液し、四塩化珪素ガスとして供給する方法が挙げられる。
【００１０】
〔アルミニウム〕
本発明において、高温領域にアルミニウムを供給する。
本発明で用いるアルミニウムは、得られるシリコンの純度を向上させる観点から、高純度のものが好ましく、例えば、純度９９．９％以上が好ましく、更に好ましくは９９．９９％である。
このような高純度アルミニウムとしては、汎用品を公知の方法で精製したものが挙げられる。例えば、高純度アルミニウムは、電解還元アルミニウム（普通アルミニウム）を偏析凝固法、三層電解法などによって精製することにより得られる。
本発明において、用いられるアルミニウムの形状は、反応性を高める観点から好ましくは微粒子状である。該アルミニウム微粒子は、通常、篩別により粒径５００μｍ以下とした粒子であり、好ましくは２１２μｍ以下とした粒子であり、より好ましくは１５０μｍ以下とした粒子である。
アルミニウム微粒子は、微粒子を高温領域に保持させておいてもよいが、温度が高い場合には溶融により反応性が低下する場合があるため、好ましくはアルミニウムを微粒子状態で高温領域に供給し、直ぐに反応させてもよい。具体的には、溶融アルミニウムを噴霧ノズル等で高温領域に噴霧させて、高温領域に供給する方法が挙げられる。
【００１１】
高温領域は、公知の方法で適宜形成できる。例えば、高周波誘導加熱法、抵抗加熱法を用いる方法などが挙げられる。
高温領域の温度は、８００℃以上１０００℃以下が好ましい。高温領域の温度が８００℃より低い場合には、シリコンの収率が低下することがあり、１０００℃を超える場合には、コストが高くなることがある。  高温領域の雰囲気中の四塩化珪素濃度は、５ｖｏｌ％以上であることが好ましく、２０ｖｏｌ％以上であることがより好ましく、５０ｖｏｌ％以上であることが更に好ましい。該高温領域の雰囲気は、反応進行の観点から、水、酸素のようなガスを含まないことがより好ましい。
【００１２】
〔シリコンナノワイヤーの析出〕
本発明のシリコンナノワイヤーの製造方法においては、四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化珪素ガスの流通下流域であって、前記高温領域よりも温度の低い領域（以下、低温領域ということがある。）において、シリコンナノワイヤーを析出させる。前記低温領域の温度は、６００℃〜１０００℃以下が好ましい。
【００１３】
本発明におけるシリコンナノワイヤーの製造は、通常、高温領域の温度での耐熱性があり、生成物であるシリコンナノワイヤーを汚染しない材質からなる容器内で行われる。該容器の材質は、例えば、炭素、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、石英が挙げられる。
【００１４】
図１は、本発明の製造方法を実施するための装置の一例を示した構成図である。図１においては、加熱炉２に設置された反応管１中で、四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化珪素ガス５を下方より上方へ、高温領域３を通って、低温領域へ流通する。高温領域３にアルミニウム微粒子を保持しておくと、低温領域４において、シリコンナノワイヤーが析出する。
【００１５】
上記において、本発明の実施の形態を説明したが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
【実施例】
【００１６】
本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
図１において、高温領域３に相当する箇所にカーボンペーパーを敷き、その上にアルミニウム微粒子（篩別により粒径１５０μｍ以下とした粒子、３０ｍｇ）を保持させた。
高温領域の温度を８９５℃、低温領域の温度を７９０℃まで昇温した。
４５℃に保った四塩化珪素（トリケミカル研究所製）を充填した容器にアルゴンを流速８０ｍｌ／分で通過させ、四塩化珪素とアルゴンガスとの混合ガスを高温領域に送り込んだ。このようにして、高温領域を四塩化珪素とアルゴンガスとの混合ガス雰囲気とした。
四塩化珪素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを１０分間供給後、アルゴンガスに切替えて、温度を室温まで降下させた。
冷却後、装置内部を確認したところ、カーボンノズル（低温領域に相当）表面に綿状物質が析出しているのが確認された。該綿状物質は、電子線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ: Electron Probe Micro-Analysis）法による分析の結果、シリコンであることを確認した。該綿状物質は、直線状であり、透過電子顕微鏡観察の結果、直径が２０ｎｍ〜３００ｎｍの線状物の集合体であり、シリコンナノワイヤーの生成を確認した。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】反応装置を例示した構成図。
【図２】実施例１で生成したシリコンナノワイヤーの走査型電子顕微鏡像。
【符号の説明】
【００１９】
１  反応管
２  加熱炉
３  高温領域（反応部）
４  低温領域（析出部）
５  四塩化珪素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化珪素ガス
【図１】
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【図２】
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