(57)【要約】高密度配列が可能なナノ粒子デバイス及びナノ粒子デバイスの製造方法を提供する。基板（１）上に非エピタキシャル成長により下地微結晶膜（２）を形成し、この下地微結晶膜（２）の材料とナノ粒子材料（４）の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜（２）の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）単層ないし多層基板と、
（ｂ）該基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、
（ｃ）前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子とを具備することを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項２】
（ａ）単層ないし多層基板と、
（ｂ）該基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、
（ｃ）該下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした微結晶からなる微結晶膜と、
（ｄ）該微結晶膜の個々の微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子とを具備することを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項３】
（ａ）単層ないし多層基板と、
（ｂ）該基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、
（ｃ）前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子と、
（ｄ）前記ナノ粒子に個々にローカルエピタキシーした微結晶膜と、
（ｅ）前記基板の垂直方向に前記ナノ粒子と前記微結晶膜が繰り返しローカルエピタキシーした積層ナノ粒子を具備することを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項４】
（ａ）単層ないし多層基板と、
（ｂ）該基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、
（ｃ）前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした縦長のナノ粒子と、
（ｄ）前記ナノ粒子を取り囲むように、ナノ粒子に個々にローカルエピタキシーした微結晶材料を具備することを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項５】
（ａ）単層ないし多層基板と、
（ｂ）該基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、
（ｃ）前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした縦長のナノ粒子と、
（ｄ）前記ナノ粒子間を埋める、前記ナノ粒子と成分の異なる材料を打ち粉として具備することを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項６】
請求項３、４又は５記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶膜と前記ナノ粒子の間に挟まれた下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした微結晶からなる微結晶膜を具備することを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記多層基板は磁性制御層又は構造制御層の何れか又は双方からなるナノ粒子デバイス。
【請求項８】
請求項７記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記構造制御層は下地微結晶とエピタキシャルでない層であるナノ粒子デバイス。
【請求項９】
請求項８記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は非晶質であるナノ粒子デバイス。
【請求項１０】
請求項９記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記非晶質は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉの何れか、もしくは複数を含む物質であるナノ粒子デバイス。
【請求項１１】
請求項８記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は格子ミスマッチの大きい結晶であるナノ粒子デバイス。
【請求項１２】
請求項８記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は表面の構造が乱れた結晶であるナノ粒子デバイス。
【請求項１３】
請求項１から６の何れか一項記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶膜は高融点材料であるナノ粒子デバイス。
【請求項１４】
請求項１３記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記高融点材料がＮａＣｌ型結晶であるナノ粒子デバイス。
【請求項１５】
請求項１４記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ＮａＣｌ型結晶は窒化物であるナノ粒子デバイス。
【請求項１６】
請求項１５記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記窒化物はＴｉＮ、ＶＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＴｈＮであるナノ粒子デバイス。
【請求項１７】
請求項１３記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ＮａＣｌ型結晶は酸化物であるナノ粒子デバイス。
【請求項１８】
請求項１７記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記酸化物はＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯであるナノ粒子デバイス。
【請求項１９】
請求項１３記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記高融点材料がＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗからなるナノ粒子デバイス。
【請求項２０】
請求項１から６の何れか一項記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ナノ粒子は磁気記録材料であるナノ粒子デバイス。
【請求項２１】
請求項２０記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記磁気記録材料はＬ１０構造を有する合金であるナノ粒子デバイス。
【請求項２２】
請求項２１記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記Ｌ１０構造を有する合金はｆｃｔ遷移金属／貴金属合金であるナノ粒子デバイス。
【請求項２３】
請求項２２記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ｆｃｔ遷移金属／貴金属合金はＦｅＰｔ、ＣｏＰｔであるナノ粒子デバイス。
【請求項２４】
請求項３又は４記載のナノ粒子に個々にローカルエピタキシーした微結晶が、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｔなどを含む金属・合金材料であることを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項２５】
請求項５記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ナノ粒子の成分と異なる材料がＣ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉの何れか、もしくは複数を含む非結晶材料であることを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項２６】
請求項５記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ナノ粒子の成分と異なる材料がＴｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｔなどを含む金属・合金材料であることを特徴とするナノ粒子デバイス。
【請求項２７】
（ａ）単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、
（ｂ）該下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成することを特徴とするナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項２８】
（ａ）単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、
（ｂ）該下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、
（ｃ）その上に基板垂直方向に前記ナノ粒子材料／前記下地材料を含むナノ粒子材料と格子定数の適合する材料を交互に堆積しローカルにエピタキシャル成長させ、ナノ粒子を積層することを特徴とするナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項２９】
（ａ）単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、
（ｂ）該下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、
（ｃ）前記下地材料を含むナノ粒子と成分が異なり格子定数が適合する材料を堆積し、前記ナノ粒子の個々にローカルエピタキシーするよう偏析させ、
（ｄ）前記ナノ粒子材料および前記下地材料を含むナノ粒子と成分が異なり格子定数が適合する材料を同時もしくは交互に堆積することで、ナノ粒子を基板垂直方向に成長させることを特徴とするナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３０】
（ａ）単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、
（ｂ）該下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、
（ｃ）前記ナノ粒子と成分の異なる材料を打ち粉として堆積し、前記ナノ粒子の間に偏析させ、
（ｄ）前記ナノ粒子材料および前記ナノ粒子と成分の異なる材料を同時もしくは交互に堆積することで、ナノ粒子を基板垂直方向に成長させることを特徴とするナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３１】
請求項２７〜３０の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記（ａ）工程と（ｂ）工程との間に下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした微結晶からなる微結晶膜を形成する工程を施すことを特徴とするナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３２】
請求項２７〜３１の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記下地微結晶膜は粒成長を抑え、
（ａ）表面エネルギー最小
（ｂ）化学エッチング速度最小
（ｃ）プラズマ照射損傷最小
（ｄ）応力最小
（ｅ）成長速度最大
の何れかで面外配向させるナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３３】
請求項２７〜３２の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記ナノ粒子がＦｅＰｔを主成分とした磁性体ナノ粒子であるナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３４】
請求項２７〜３２の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記ナノ粒子がＣｏＰｔを主成分とした磁性体ナノ粒子であるナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３５】
請求項３３又は３４記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、２００〜１６００℃の基板加熱の下でローカルにエピタキシャル成長を行わせるナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３６】
請求項３５記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を作製させた後、大気暴露なしにＦｅＰｔないしＣｏＰｔを堆積することにより、ローカルにエピタキシャル成長を行わせるナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３７】
請求項３３又は３４記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を基板上に堆積させ、その後ＦｅＰｔ又はＣｏＰｔを堆積させ、その後２００〜１６００℃にてアニールを行い、ローカルにエピタキシャル成長を行わせるナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３８】
請求項３７記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を作製させた後、大気暴露なしにＦｅＰｔないしＣｏＰｔを堆積させ、その後アニールすることでローカルにエピタキシャル成長を行わせるナノ粒子デバイスの製造方法。
【請求項３９】
請求項２７〜３８の何れか一項に記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記ナノ粒子の結晶構造がｆｃｔ構造をなし、前記ナノ粒子の結晶のｃ軸の９割以上が下地微結晶膜と垂直方向に配向するナノ粒子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ナノ粒子デバイス及びナノ粒子デバイスの製造方法に係り、特に、高密度配列が不可欠なハードディスクに用いられる垂直磁気記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  以下の説明を行う前に、本発明にかかる主要な用語の説明を行う。【０００３】  ＦｅＰｔとは、ＦｅとＰｔが元素比で１：１付近の合金で、ｆｃｔ結晶にすることで強い磁気異方性を持たせることができる。【０００４】  ｆｃｔ相とは、ｆａｃｅ  ｃｅｎｔｅｒｅｄ  ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ（面心正方）相の略であり、ＦｅＰｔにおけるｆｃｔ相は、基本的にはｆｃｃ相と同じ配置をとりながら、ｃ軸方向（〈００１〉方向）にＦｅとＰｔが１層ずつ交互に現れる構造である。この構造をＬ１０という。この相は常温常圧で安定相であるが、通常の作製法ではｆｃｃ相が現れやすく、ｆｃｔ相の作製は、高温での堆積、もしくはアニールと除冷により実現されることが多い。【０００５】  ｆｃｃ相とは、ｆａｃｅ  ｃｅｎｔｅｒｅｄ  ｃｕｂｉｃ（面心立方）の略であり、ＦｅＰｔでは、ｆｃｃの原子位置にＦｅとＰｔがランダムに位置するこの相が現れやすい。また、磁気異方性をもたないのがこの相の特徴である。【０００６】  ｃ軸配向とは、複数の結晶子が〈００１〉方向に揃っている状態であり、ｃ軸に磁気異方性を持つｆｃｔ−ＦｅＰｔの垂直磁気記録媒体応用では非常に重要である。【０００７】  面外配向とは、基板に対して垂直方向の結晶方位の規則性を示しており、非エピタキシャル成長でも、表面エネルギー最小化や、化学エッチング速度最小化、プラズマ照射損傷最小化、応力最小化、成長速度の異なる配向間の競争過程などで発現する。【０００８】  面内配向とは、基板に対して水平方向の結晶方位の規則性を示しており、平滑な基板上での非エピタキシャル成長では、面内配向に寄与するメカニズムはなく、面内に非配向となる。【０００９】  粒成長とは、結晶が周囲の結晶ないしアモルファス相を取り込みながら成長する過程であり、高温で顕著になる現象で、ＦｅＰｔの微細構造実現の最大の障害の一つである。プロセス温度を融点で規格化した温度が一つの尺度になり、高融点材料を用いれば、同一温度でも抑制できる。【００１０】  表面エネルギー最小の配向とは、非エピタキシャル成長で、結晶方位が揃うメカニズムの一つに、系のエネルギーを最小にし、平衡構造に近づく過程があるが、歪等が無視できる際は、結晶子の内部エネルギーは配向に依らないため、表面エネルギーを最小とする方位に揃う傾向があることを言う。結晶構造の最稠密面に対応する。【００１１】  ヘテロエピタキシーとは、異種の２つの結晶が、互いの結晶方位関係を等しく保ちながら成長する様式であり、量子ドット応用を始め、盛んに研究されている。【００１２】  従来、ナノデバイス実現のための、基板上のナノ粒子配列作製方法として最も盛んなアプローチは、単結晶基板からのヘテロエピタキシャル成長である。単結晶基板の上に、超高真空下でゆっくりと原料を蒸着することで、単結晶基板と特定の方位関係を持った結晶を育てる。その際、単結晶基板と目的層との格子定数を適切に設計することで、ナノ粒子構造をとらせることができる。現在、この方法で、量子ドットレーザー応用、磁気記録媒体等の多様な材料開発が進められている。【００１３】  しかしながら、上記した従来の基板上のナノ粒子配列作製方法では、粒子サイズの制御性が必ずしも良くないこと、作製プ���セスおよび単結晶基板が高コストであること、目的層と基板との組み合わせに制約が多いこと等の問題がある。【００１４】  また、下記特許文献１には、非磁性基体上にｈｃｐ構造の非磁性下地層を形成し、その上に少なくともＣｏとＰｔを含む合金である磁性体材料と、酸化物である非磁性材料を、スパッタ法にて同時に供給し、磁性体材料と酸化物の相分離を起こさせることで、磁性体材料の結晶粒径と、結晶粒の相互間隔を制御する技術が示されているが、これは、プラスチック樹脂の利用を想定した低温の製造技術である。低温プロセスであるため、この技術のままでは、ｆｃｔ構造のＣｏＰｔもしくはＦｅＰｔ合金を得ることはできず、大きな磁気的保持力を期待できない。ｆｃｔ構造の合金を得るためには、プロセス温度を上げる必要があるが、その場合には合金の結晶粒径の制御が困難になるといった問題があった。また、ｈｃｐ構造の非磁性下地層を用いると、その面外配向は６回対称の（００１）になり易く、その上のｆｃｔ構造の合金は面外に（１１１）配向し易いため、垂直磁気記録媒体で不可欠な面外ｃ軸配向、即ち（００１）配向させるのが困難であるといった問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１７８４１３号公報
【発明の開示】
【００１５】  一方、非エピタキシャル成長では、堆積層の形状・結晶構造・配向は、成長条件に大きく依存する。そのため、基板上に濡れる条件下で薄膜を成長させると表面エネルギー最小の面に、またプラズマ照射を併用すると耐性の高い面に、といったように、面外配向を制御した微結晶膜を得ることができる。この際、結晶のサイズは融点とプロセス温度のバランスで決められ、ナノ領域での融点降下とあわせると１０ｎｍ前後の微結晶を作り易い。一方、面内配向については、非配向となる。
【００１６】  本発明は、この非エピタキシャル成長で得られる微結晶膜を用い、個々の微結晶の表面を微小空間として利用し、この微小空間毎にナノ粒子を作製する方法に関する。
【００１７】  つまり、下地微結晶とナノ粒子材料の格子定数が合うように設計することにより、ナノ粒子を個々の下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させることができる。これは、微結晶間で面内配向が異なるため、ナノ粒子は複数の微結晶に跨がって育つのが困難になるので、下地微結晶上に一対一でナノ粒子を育てることができることを利用するものである。一方、下地微結晶は面外配向しているため、ナノ粒子も面外に配向する。
【００１８】  また、ナノ粒子を積層する方法としては、（１）非エピタキシー技術として、多結晶シード層により結晶配向の制御を行う方法があり、多層構造の作製・相分離技術とも組み合わされることがある。低コストなため、実用上は最も普及している方法であるが、結晶のサイズ・数密度・間隔は試行錯誤的に制御しており、制御性が低い。（２）エピタキシー技術は、高価な単結晶基板が必要であり、材料選択に任意性が低い、また、サイズ制御性も低い。（３）コロイド粒子塗布配列方法は結晶相の制御が困難であり、また、結晶配向の制御も困難であり、大面積の均一性が低い。
【００１９】  本発明では、上記状況に鑑みて、高密度配列が可能なナノ粒子デバイス及びナノ粒子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】  本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子とを具備することを特徴とする。
【００２１】  〔２〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、この下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした微結晶からなる微結晶膜と、この微結晶膜の個々の微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子とを具備することを特徴とする。
【００２２】  〔３〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子と、前記ナノ粒子に個々にローカルエピタキシーした微結晶膜と、前記基板の垂直方向に前記ナノ粒子と前記微結晶膜が繰り返しローカルエピタキシーした積層ナノ粒子を具備することを特徴とする。
【００２３】  〔４〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした縦長のナノ粒子と、前記ナノ粒子を取り囲むように、ナノ粒子に個々にローカルエピタキシーした微結晶材料を具備することを特徴とする。
【００２４】  〔５〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした縦長のナノ粒子と、前記ナノ粒子間を埋める、前記ナノ粒子と成分の異なる材料を打ち粉として具備することを特徴とする。
【００２５】  〔６〕上記〔３〕、〔４〕又は〔５〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶膜と前記ナノ粒子の間に挟まれた下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした微結晶からなる微結晶膜を具備することを特徴とする。
【００２６】  〔７〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記多層基板は磁性制御層又は構造制御層の何れか又は双方からなる。
【００２７】  〔８〕上記〔７〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記構造制御層は下地微結晶とエピタキシャルでない層である。
【００２８】  〔９〕上記〔８〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は非晶質である。
【００２９】  〔１０〕上記〔９〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記非晶質は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉの何れか、もしくは複数を含む物質である。
【００３０】  〔１１〕上記〔８〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は格子ミスマッチの大きい結晶である。
【００３１】  〔１２〕上記〔８〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は表面の構造が乱れた結晶である。
【００３２】  〔１３〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記下地微結晶膜は高融点材料である。
【００３３】  〔１４〕上記〔１３〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記高融点材料がＮａＣｌ型結晶である。
【００３４】  〔１５〕上記〔１４〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ＮａＣｌ型結晶は窒化物である。
【００３５】  〔１６〕上記〔１５〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記窒化物はＴｉＮ、ＶＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＴｈＮである。
【００３６】  〔１７〕上記〔１３〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ＮａＣｌ型結晶は酸化物である。
【００３７】  〔１８〕上記〔１７〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記酸化物はＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯである。
【００３８】  〔１９〕上記〔１３〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記高融点材料がＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗからなる。
【００３９】  〔２０〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ナノ粒子は磁気記録材料である。
【００４０】  〔２１〕上記〔２０〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記磁気記録材料はＬ１０構造を有する合金である。
【００４１】  〔２２〕上記〔２１〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記Ｌ１０構造を有する合金はｆｃｔ遷移金属／貴金属合金である。
【００４２】  〔２３〕上記〔２２〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ｆｃｔ遷移金属／貴金属合金はＦｅＰｔ、ＣｏＰｔである。
【００４３】  〔２４〕上記〔３〕又は〔４〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ナノ粒子に個々にローカルエピタキシーした微結晶が、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｔなどを含む金属・合金材料であることを特徴とする。
【００４４】  〔２５〕上記〔５〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ナノ粒子の成分と異なる材料がＣ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉの何れか、もしくは複数を含む非結晶材料であることを特徴とする。
【００４５】  〔２６〕上記〔５〕記載のナノ粒子デバイスにおいて、前記ナノ粒子の成分と異なる材料がＴｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｔなどを含む金属・合金材料であることを特徴とする。
【００４６】  〔２７〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成することを特徴とする。
【００４７】  〔２８〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、その上に基板垂直方向に前記ナノ粒子材料／前記下地材料を含むナノ粒子材料と格子定数の適合する材料を交互に堆積しローカルにエピタキシャル成長させ、ナノ粒子を積層することを特徴とする。
【００４８】  〔２９〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、前記下地材料を含むナノ粒子と成分が異なり格子定数が適合する材料を堆積し、前記ナノ粒子の個々にローカルエピタキシーするよう偏析させ、前記ナノ粒子材料および前記下地材料を含むナノ粒子と成分が異なり格子定数が適合する材料を同時もしくは交互に堆積することで、ナノ粒子を基板垂直方向に成長させることを特徴とする。
【００４９】  〔３０〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、前記ナノ粒子と成分の異なる材料を打ち粉として堆積し、前記ナノ粒子の間に偏析させ、前記ナノ粒子材料および前記ナノ粒子と成分の異なる材料を同時もしくは交互に堆積することで、ナノ粒子を基板垂直方向に成長させることを特徴とする。
【００５０】  〔３１〕上記〔２７〕〜〔３０〕の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記（ａ）工程と（ｂ）工程との間に下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした微結晶からなる微結晶膜を形成する工程を施すことを特徴とする。
【００５１】  〔３２〕上記〔２７〕〜〔３１〕の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記下地微結晶膜は粒成長を抑え、表面エネルギー最小、化学エッチング速度最小、プラズマ照射損傷最小、応力最小、成長速度最大の何れかで面外配向させる。
【００５２】  〔３３〕上記〔２７〕〜〔３２〕の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記ナノ粒子がＦｅＰｔを主成分とした磁性体ナノ粒子である。
【００５３】  〔３４〕上記〔２７〕〜〔３２〕の何れか一項記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記ナノ粒子がＣｏＰｔを主成分とした磁性体ナノ粒子である。
【００５４】  〔３５〕上記〔３３〕又は〔３４〕記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、２００〜１６００℃の基板加熱の下でローカルにエピタキシャル成長を行わせる。
【００５５】  〔３６〕上記〔３５〕記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を作製させた後、大気暴露なしにＦｅＰｔないしＣｏＰｔを堆積することにより、ローカルにエピタキシャル成長を行わせる。
【００５６】  〔３７〕上記〔３３〕又は〔３４〕記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を基板上に堆積させ、その後ＦｅＰｔ又はＣｏＰｔを堆積させ、その後２００〜１６００℃にてアニールを行い、ローカルにエピタキシャル成長を行わせる。
【００５７】  〔３８〕上記〔３７〕記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を作製させた後、大気暴露なしにＦｅＰｔないしＣｏＰｔを堆積させ、その後、アニールすることでローカルにエピタキシャル成長を行わせる。
【００５８】  〔３９〕上記〔２７〕〜〔３８〕の何れか一項に記載のナノ粒子デバイスの製造方法において、前記ナノ粒子の結晶構造がｆｃｔ構造をなし、前記ナノ粒子の結晶のｃ軸の９割以上が下地微結晶膜と垂直方向に配向する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施例を示すナノ粒子デバイスの製造工程図である。
【図２】下地膜の配向の模式図である。
【図３】下地膜の材料のうち、単体の金属元素を示す図である。
【図４】ＦｅＰｔ磁性体のｆｃｔ結晶構造を示す図である。
【図５】下地膜としての金属窒化物のＮａＣｌ型ＴｉＮ，ＴａＮを示す図である。
【図６】下地膜上へのＦｅＰｔ磁性ナノ粒子を生成の具体例を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】単層ナノ粒子の断面透過型電子顕微鏡像を示す図である。
【図８】図７における単層ナノ粒子の磁気特性（磁界に対する磁化）を示す図である。
【図９】比較例としての単層ナノ粒子の磁気特性（磁界に対する磁化）を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例を示す積層型のナノ粒子デバイスの製造工程図である。
【図１１】本発明の第２実施例を示す積層型のナノ粒子デバイスの断面透過型電子顕微鏡像を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施例を示す縦長のナノ粒子デバイスの製造工程図である。
【図１３】本発明の第４実施例を示す縦長のナノ粒子からなるナノ粒子デバイスの製造工程図である。
【図１４】本発明の第５実施例を示すナノ粒子デバイスの構造を示す模式図である。
【図１５】本発明の第６実施例を示す積層構造ＦｅＰナノ粒子を有するナノ粒子デバイスの構造を示す模式図である。
【図１６】本発明の第７実施例を示す縦長のナノ粒子を有するナノ粒子デバイスの構造を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】  本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。【００６１】（１）プロセス自体がドライプロセスであり、ナノ粒子は３〜１０ｎｍ程度に超微小化することができ、半導体の量子ドットデバイスなどのナノ粒子を有する微小電子・磁気・光デバイスを得ることができる。【００６２】（２）基板と下地微結晶膜が非エピタキシーの関係にあるため、基板選択の任意性が高く、安価な基板を利用することができる。また、プロセスには、大面積での均一性を有することが可能であり低コスト化を図ることができる、スパッタ法をはじめとしたドライプロセスを利用することができる。【００６３】（３）次世代の記録媒体と考えられるＦｅＰｔ系の垂直磁気記録媒体の記録密度を、本発明によれば、現在のハードディスクの記録密度に比べて１〜２桁向上させることができる。【００６４】  すなわち、通常、合成後のナノ粒子は結晶構造がｆｃｃ構造であり、大きな磁気異方性エネルギーを得るためには、プロセス温度を高温にしてｆｃｔ構造を得る必要があるが、高温では通常、粒子の凝集が進行し１０ｎｍ前後の粒子を得ることができない。しかし、本発明によれば、下地微結晶膜が高融点材料であるため、粒成長が起き難く１０ｎｍ前後の結晶粒径を保持することができ、個々の下地結晶上にＦｅＰｔ系材料が成長することで、１０ｎｍ前後のｆｃｔ構造を有するナノ粒子を得ることができる。その場合、処理温度を２００〜１６００℃、特に、３００〜８００℃とするのが望ましい。【００６５】（４）磁気記録媒体においては、ナノ粒子間の磁気的干渉の問題があるが、本発明によれば、ナノ粒子の面内数密度を下地微結晶膜の結晶数密度により、また、ナノ粒子の体積をＦｅＰｔ系材料の堆積量により、独立に制御できるため、ナノ粒子間の距離を数ｎｍの適切な距離に制御することができる。これにより、ナノ粒子間の磁気干渉を抑制することができ、磁区サイズ、つまり１ｂｉｔのサイズを小さく保つことが可能となる。【００６６】（５）配向した下地微結晶膜とローカルエピタキシーさせることで、ナノ粒子の結晶のｃ軸の９割以上を基板と垂直方向に配向させることにより、高密度垂直磁気記録媒体を得ることができる。【００６７】（６）磁気記録媒体への応用は一例であり、サイズ・間隔・配向というナノ粒子構造を、下地微結晶膜で制御させることで、構造制御の機能分担が可能となる。【００６８】（７）高価な単結晶基板が必要な従来のエピタキシー法などに比べて、作製コストの大幅な低コスト化を図ることができる。【００６９】（８）高度な構造制御（既存の非エピタキシーでは試行錯誤的なナノ結晶サイズ・数密度・間隔制御）を実施することができる。【００７０】以下、本発明を実施するための最良の形態を述べる。
（１）基板上のナノ粒子デバイスの下地微結晶膜には、ＦｅＰｔ（００１）面とエピタキシャルになる面を、表面エネルギー最小の面にする材料が好ましい。そのためには、表面エネルギー最小の面、即ち最稠密面がＦｅＰｔ（００１）面と同じく４回対称である、ＮａＣｌ型結晶が好ましく、融点が高く安定な窒化膜がより好ましい。更に、ＦｅＰｔの（１００）面でなく、（００１）面が下地微結晶膜にエピタキシャル成長するためには、下地ＮａＣｌ型結晶の格子定数ｘが、ＦｅＰｔの格子定数ａ，ｃに対し、ｃ＜ａ＜ｘ＜１．１ａの関係を有するＴｉＮがより好ましい。【００７１】（２）また、基板上のナノ粒子デバイスの下地微結晶膜には、表面エネルギー最小の面がＦｅＰｔの（００１）と同じく４回対称をし、融点が高い酸化物が好ましい。更に、ＦｅＰｔに対し、ｃ＜ａ＜ｘ＜１．１ａの格子定数の関係を示すＭｇＯがより好ましい。【００７２】（３）上記（１）および（２）でのＴｉＮ，ＭｇＯは、ＦｅＰｔの格子定数ａに対し、９％強の格子不整合を有する。下地微結晶膜とＦｅＰｔの間の格子定数を有する材料の微結晶膜（中間層）を挟み、ＦｅＰｔ／中間層／下地微結晶膜間のローカルエピタキシーを作製すると、ＦｅＰｔナノ粒子の制御性をより高めることができる。例えば、ｆｃｃ結晶のＡｇ（０．４０８７ｎｍ）、Ｐｔ（０．３９２４ｎｍ）が候補材料になり、また、ｂｃｃ結晶のＦｅ（０．２８６７ｎｍ）も４５°ずれると、０．４０５５ｎｍの格子の働きをするため好ましい。【００７３】  更に、基板上のナノ粒子デバイスの下地微結晶膜には、高融点材料からなる金属膜を用いることもできる。【００７４】（４）上記の下地微結晶膜上に適切な基板加熱条件下でＦｅＰｔ（またはＣｏＰｔ）ナノ粒子を成長させる。また、成長したナノ粒子を適切にアニールする。即ち、基板加熱成膜、成膜後の加熱、基板加熱成膜とその後の加熱の全てを含むアニールを指している。
【実施例】
【００７５】  以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。【００７６】  図１は本発明の第１実施例を示すナノ粒子デバイスの製造工程図である。【００７７】（１）まず、図１（ａ−１）（断面図）及び図１（ａ−２）（平面図）に示すように、Ｓｉ基板ないしＳｉＯ２膜付きＳｉ基板１を用意する。なお、ガラス基板を用いると安価であり好ましい。【００７８】（２）次に、図１（ｂ−１）（断面図）及び図１（ｂ−２）（平面図）に示すように、そのＳｉＯ２膜付きＳｉ基板１上に高融点材料、例えば、ＴｉＮ材料からなる膜（下地膜）２をスパッタ法により成膜する。このとき用いる高融点材料、例えば、ＴｉＮは、室温付近でも数ｎｍまでは成長するが、高温でも過度の粒成長をしないという特徴がある。また、このとき、表面エネルギーが最小となるように面外配向させ、面内は非配向とする。このように形成された膜（下地微結晶膜）２を下地膜とする。【００７９】ここで、図２は下地膜２の配向の模式図であり、横軸にプロセス温度（成膜温度／融点）、縦軸に下地膜の厚さを示している。本発明では、図２（ａ）に示す平衡論支配の表面エネルギーが最小の配向を行う。すなわち、本発明での下地膜２の配向制御は、図２（ａ）に示すように、配向と表面が一致して平滑となるように表面エネルギー最小配向制御を行う。一方、図２（ｂ）はｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ成長を示しており、つまり、速度論的に速い面が配向されるが、凹凸が形成されるので、本願発明の下地膜２の配向としては望ましくない。【００８０】つまり、図２（ａ）に示すような配向を行うことで、下地膜２全体での凹凸を数ｎｍ以下に抑えることができる。【００８１】下地膜２の材料としては、図１に示したＴｉＮ以外にも、図３に示すように、下地膜２がＳｉＯ２に濡れる強い面外配向を有し、下地膜２の粒成長を抑制できる高融点材料、例えば、金属ではＴｉ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｗ，Ｚｒ（図３の領域ＩＩ）を用いることができる。【００８２】また、ナノ粒子、例えば、ＦｅＰｔ磁性体ナノ粒子が面外でｃ軸配向となるｆｃｔ構造をとれるものを選定する。つまり、図４に示すように、４回対称の面を出す必要がある。因みに、代表的な結晶構造の最稠密面と対称性には、ｆｃｃ（１１１）６回対称、ｂｃｃ（１１０）２回対称、ｈｃｐ（０００１）６回対称があるが、これらはいずれもＦｅＰｔ磁性体ナノ粒子とは合わない。一方で、ＮａＣｌ型のＸＹ結晶では、最稠密面が（１００）面であり、４回対称を有し、ＦｅＰｔ磁性体ナノ粒子と合う。よって、ＮａＣｌ型結晶である窒化物のＴｉＮ、ＶＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＴｈＮ、酸化物のＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯを用いることができる。【００８３】（３）次に、図１（ｃ−１）（断面図）及び図１（ｃ−２）（平面図）に示すように、ナノ粒子材料４、例えば、ＦｅＰｔ磁性体材料を高温でスパッタ法により堆積させる。【００８４】下地微結晶膜２とナノ粒子材料４の格子定数が合うように設計することで、ナノ粒子４を個々の下地微結晶膜２にローカルにエピタキシャル成長させることができる。これは微結晶間で面内配向が異なるために、ナノ粒子は複数の微結晶に跨がって育つのが困難になるので、下地微結晶上に一対一で育ち、微小反応場３内で平衡構造をとるからである。一方、下地微結晶は面外配向しているため、ナノ粒子も面外に配向する。【００８５】すなわち、この方法によれば、安価なガラスも含めた任意の基板から出発し、目的材料とエピタキシャル成長できる微結晶膜を成長させ、その上に目的材料で、面外配向しサイズの制御されたナノ粒子を作製することができる。【００８６】以下、具体的応用の一例として、垂直磁気記録媒体を挙げる。【００８７】ＦｅＰｔ合金を用い、下地として、図５に示すように金属窒化物としてのＮａＣｌ型のＴｉＮ，ＴａＮを用いた。格子定数ｘが０．４２４２ｎｍのＴｉＮの場合、ＴｉＮ−ＦｅＰｔ：（００１）／／（００１），（１００）／／（１００）の格子不整合が＋９．２％であり、ＴｉＮはｃ＜ａ＜ｘ≒１．１ａの関係を満たすため、下地として好ましい。また、図示していないが、ＢａＯもｘ≒√２×ａの関係を有し、４５°ずれてエピタキシーできるため下地にすることができる。【００８８】上記のように構成することにより、（１）ｆｃｔ結晶構造、（２）ｃ軸配向、（３）１０ｎｍ前後のナノ粒子サイズ、（４）ナノ粒子間が数ｎｍ離れる、（５）全体の凹凸を数ｎｍ以下に抑える、（６）大面積での均一性という効果を、本発明はスパッタ装置を用いることで、低コストで、かつ普及した装置で実現することが可能になる。【００８９】以下に具体例を用いてこれらを示す。【００９０】図６は下地膜上へ生成したＦｅＰｔ磁性ナノ粒子の生成の具体例を示す電子顕微鏡写真である。【００９１】ここで、ＦＰ−ＳｉＯ２〔ＳｉＯ２／Ｓｉ（１００）上にＦｅＰｔ磁性ナノ粒子を生成した場合〕〔図６（ａ）参照〕はＦｅＰｔ堆積量が厚さ２ｎｍ相当で８００℃での処理、同じくＦＰ−ＳｉＯ２〔図６（ｄ）参照〕はＦｅＰｔ堆積量が厚さ２ｎｍ相当で６００℃での処理、ＦＴＮ３〔ＴｉＮ（００２）／ＳｉＯ２／Ｓｉ（１００）上にＦｅＰｔ磁性ナノ粒子を生成した場合〕〔図６（ｂ）参照〕はＦｅＰｔ堆積量が厚さ２ｎｍ相当で８００℃での処理、同じくＦＴＮ３〔図６（ｅ）参照〕はＦｅＰｔ堆積量が厚さ２ｎｍ相当で６００℃での処理、ＬＴＮ〔ＴｉＮ（００２）／Ｓｉ（１１１）上にＦｅＰｔ磁性ナノ粒子を生成した場合〕〔図６（ｃ）参照〕はＦｅＰｔ堆積量が厚さ２ｎｍ相当で８００℃での処理を行ったものをそれぞれ示している。ただし、下地として高融点材料とＦｅＰｔナノ粒子を用いるようにしたので、処理温度は２００〜１６００℃とすることができ、特に、３００〜８００℃とすることにより、良好なＦｅＰｔ磁性ナノ粒子を生成させることができる。【００９２】ＦＰ−ＳｉＯ２〔図６（ａ）、図６（ｄ）参照〕とＦＴＮ３〔図６（ｂ）、図６（ｅ）参照〕のＦＥＳＥＭ（電界放射走査型電子顕微鏡）写真の結果から、ＴｉＮを用いた方が基板温度によらずＦｅＰｔの数密度（下地ＴｉＮ結晶子サイズに相当する数密度）が一定に制御できることが分かる。【００９３】図７は熱酸化膜付きＳｉ基板上に６００℃にてＴｉＮ膜を１３ｎｍ成膜し、その上にＦｅＰｔを７００℃にて膜厚換算１．４ｎｍ成膜した試料の断面の透過型電子顕微鏡像である。【００９４】図７（ａ）から、粒径１０ｎｍ前後のＦｅＰｔナノ��子が、高密度に、かつ間隔を持って形成されていることが分かる。図７（ｂ）はその拡大像であり、図７（ｃ）は更に結晶構造を解析した結果である。【００９５】図７（ｃ）からＴｉＮ下地微結晶は、１０ｎｍ前後の結晶粒径を持ち、面外に（２００）配向していることが分かる。その上のＦｅＰｔは、ｆｃｔ構造を取り、多くの粒子が面外に（００１）配向＝ｃ軸配向し、かつＴｉＮ下地微結晶一つにＦｅＰｔナノ粒子が一つ乗っていることが分かる。【００９６】図８はこの試料の磁気特性をＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉計測器）で評価した結果を示す図である。ここで、実線が基板垂直方向の測定結果、破線が基板水平方向の測定結果である。この結果から、常温で、基板垂直方向に６．２ｋＯｅの、面内方向に０．８ｋＯｅの保磁力を有し、面外に強い磁気異方性を有することが分かった。この磁気特性を有する、１０ｎｍ前後のＦｅＰｔナノ粒子の高密度配列は、垂直磁気記録の有望な媒体であると言える。【００９７】比較例として、ＴｉＮ下地微結晶膜なしで、熱酸化膜付きＳｉ基板上にＦｅＰｔを７００℃にて膜厚換算１．４ｎｍ成膜した試料の磁気特性をＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉計測器）で評価した結果を、図９に示す。この図から明らかなように、面外、面内何れに対してもヒステリシスは観測されなかった。走査型電子顕微鏡による観察からＳｉＯ２上ではＦｅＰｔナノ粒子のサイズ制御が行えなかったことが分かっており、これは超常磁性を示したことが原因である。また、結晶配向に関してもＸ線回折から非配向であることが分かっており、もし仮に保磁力を有する１０ｎｍ前後のナノ粒子が形成されたとしても、基板垂直方向に異方性を持たせることは本発明のＴｉＮ下地微結晶膜を用いずには不可能である。【００９８】従来の技術の多くは、ｆｃｔ結晶構造を実現するために３５０〜８００℃の高温にした場合、ナノ粒子の凝集が進み、１０ｎｍ前後の粒子サイズを維持できない。【００９９】本発明では、下地材料に高融点材料を用いることにより、下地微結晶膜の粒成長を抑制し、個々の微結晶上にナノ粒子を生成させることで、１０ｎｍ前後の粒子サイズを維持することが可能となる。すなわち、ハードディスクに関しては、記録密度を現在のもの（１００ｎｍ四方で１ｂｉｔ＝１０Ｇｂｉｔ／ｃｍ２）に比して１００倍向上させるものであり、その他のナノデバイスに関しても強力な汎用的ナノ粒子を得ることができる。【０１００】なお、本発明はＦｅＰｔ磁性体ナノ粒子と同様にＣｏＰｔ磁性体ナノ粒子にも適用できる。【０１０１】特に、ハードディスクの垂直磁気記録媒体の必須条件として、（１）ｆｃｔ相（Ｌ１０構造）、（２）ｃ軸配向（面外もしくは面内）、（３）粒子あるいは結晶子サイズ３〜１０ｎｍ、（４）界面の寄与が小さい構造（エラー防止）、（５）凹凸は数ｎｍ以下（磁気ヘッドによる読み書き）、（６）ナノ粒子配列が大面積で均一（インチ四方前後の記録面積）であることが必要であるが、本発明はこれらの条件を満足することができる。【０１０２】図１０は本発明の第２実施例を示す積層型のナノ粒子デバイスの製造工程図である。【０１０３】まず、図１に示したと同様のプロセスを繰り返し用いる。【０１０４】（１）図１０（ａ）に示��ように、Ｓｉ基板ないしＳｉＯ２膜付きＳｉ基板１１を用意する。なお、ガラス基板を用いると安価であり好ましい。次に、そのＳｉＯ２膜付きＳｉ基板１１上に高融点材料、例えば、ＴｉＮ材料からなる膜（下地膜）１２をスパッタ法により成膜する。このとき用いる高融点材料、例えば、ＴｉＮは、室温付近でも数ｎｍまでは成長するが、高温でも過度の粒成長をしないという特徴がある。また、このとき、表面エネルギーが最小となるように面外配向させ、面内は非配向とする。このように形成された膜（下地微結晶膜）１２を下地膜とする。【０１０５】  （２）次に、図１０（ｂ）に示すように、ナノ粒子材料１３、例えば、ＦｅＰｔ磁性体材料を高温でスパッタ法により堆積させる。【０１０６】  下地微結晶膜１２とナノ粒子材料１３の格子定数が合うように設計することで、ナノ粒子１３を個々の下地微結晶膜１２にローカルにエピタキシャル成長させることができる。これは微結晶間で面内配向が異なるために、ナノ粒子は複数の微結晶に跨がって育つのが困難になるので、下地微結晶上に一対一で育ち、微小反応場内で平衡構造をとるからである。一方、下地微結晶は面外配向しているため、ナノ粒子も面外に配向する。【０１０７】  すなわち、この方法によれば、安価なガラスも含めた任意の基板から出発し、目的材料とエピタキシャル成長できる微結晶膜を成長させ、その上に目的材料で、面外配向しサイズの制御されたナノ粒子を作製することができる。【０１０８】  （３）次に、その上に、図１０（ｃ）に示すように、下地微結晶膜１２をスパッタ法により成膜する〔図１０（ａ）と同様のプロセス〕。【０１０９】  （４）次に、図１０（ｄ）に示すように、下地微結晶膜１２上にナノ粒子材料１３、例えば、ＦｅＰｔ磁性体材料を高温でスパッタ法により堆積させる。それを順次繰り返す。【０１１０】  このように、基板上に、下地微結晶膜の鋳型結晶を非エピタキシャル成長させてナノ粒子の鋳型を作製し、その上に基板の垂直方向にナノ粒子／下地微結晶膜を交互に堆積しローカルエピタキシャル成長を繰り返す。【０１１１】  このように構成することにより、サイズ・数密度・間隔・配向が制御された、ナノ粒子の縦方向の充填物を形成することができる。これにより、磁気記録媒体として用いる場合は、垂直方向にナノ粒子の体積を稼ぐことができ、熱揺らぎ等による磁気エラーを抑制することができる。【０１１２】  図１１は熱酸化膜付きＳｉ基板上にＴｉＮ下地微結晶膜を、その上にＦｅＰｔナノ粒子を、更にその上にＴｉＮ下地微結晶膜を形成した試料の断面の透過型電子顕微鏡写真である。ＴｉＮ下地微結晶膜の個々の結晶粒の上に、ＦｅＰｔナノ粒子とＴｉＮ下地微結晶膜がローカルエピタキシーしている様子が確認される。ＴｉＮ下地微結晶膜と同じ構造がＦｅＰｔ上にも実現されており、以下同様にＦｅＰｔ、ＴｉＮを順次供給することで、ｃ軸配向・面内サイズ１０ｎｍ前後のサイズを保ったまま、ＦｅＰｔナノ粒子を積層できることが分かる。【０１１３】  図１２は本発明の第３実施例を示す縦長のＦｅＰｔナノ粒子からなるナノ粒子デバイスの製造工程図である。【０１１４】（１）図１２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板ないしＳｉＯ２膜付きＳｉ基板２１を��意する。なお、ガラス基板を用いると安価であり好ましい。次に、そのＳｉＯ２膜付きＳｉ基板２１上に高融点材料、例えば、ＴｉＮ材料からなる膜（下地膜）２２をスパッタ法により成膜する。このとき用いる高融点材料、例えば、ＴｉＮは、室温付近でも数ｎｍまでは成長するが、高温でも過度の粒成長をしないという特徴がある。また、このとき、表面エネルギーが最小となるように面外配向させ、面内は非配向とする。このように形成された膜（下地微結晶膜）２２を下地膜とする。【０１１５】  （２）次に、図１２（ｂ）に示すように、ナノ粒子材料２３、例えば、ＦｅＰｔ磁性体材料を高温でスパッタ法により堆積させる。【０１１６】  下地微結晶膜２２とナノ粒子材料２３の格子定数が合うように設計することで、ナノ粒子２３を個々の下地微結晶膜２２にローカルにエピタキシャル成長させることができる。これは微結晶間で面内配向が異なるために、ナノ粒子は複数の微結晶に跨がって育つのが困難になるので、下地微結晶上に一対一で育ち、微小反応場内で平衡構造をとるからである。一方、下地微結晶は面外配向しているため、ナノ粒子も面外に配向する。【０１１７】  すなわち、この方法によれば、安価なガラスも含めた任意の基板から出発し、目的材料とエピタキシャル成長できる微結晶膜を成長させ、その上に目的材料で、面外配向しサイズの制御されたナノ粒子を作製することができる。【０１１８】  （３）次に、その上に、図１２（ｃ）に示すように、下地微結晶膜２２をスパッタ法により成膜する〔図１２（ａ）と同様のプロセス〕が、この際、下地微結晶２２の堆積量を小さくすることで、下地微結晶２２とナノ粒子２３がローカルエピタキシーしつつも、ナノ粒子２３の表面が出た構造を作ることができる。【０１１９】  （４）次に、図１２（ｄ）に示すように、ナノ粒子材料２３と下地微結晶膜材料２２を順次高温でスパッタ法により堆積させると、ナノ粒子材料２３はナノ粒子の上に、下地微結晶材料２２は下地微結晶の上に育ち、縦長のナノ粒子材料２３を得ることができる。【０１２０】  このように、基板上に、下地微結晶膜の鋳型結晶を非エピタキシャル成長させてナノ粒子の鋳型を作製し、その上に基板の垂直方向にナノ粒子／下地微結晶膜を交互に堆積しローカルエピタキシャル成長を繰り返す。なお、ナノ粒子／下地微結晶を同時に堆積させ、自発的に相分離をさせても良い。【０１２１】  このように構成することにより、サイズ・数密度・間隔・配向が制御された、縦長に成長したナノ粒子を形成することができる。これにより、磁気記録媒体として用いる場合は、垂直方向にナノ粒子の体積を稼ぐことができ、熱揺らぎ等による磁気エラーを抑制することができる。【０１２２】  図１３は本発明の第４実施例を示す縦長のナノ粒子からなるナノ粒子デバイスの製造工程図である。【０１２３】  まず、図１に示したと同様のプロセスを用いる。【０１２４】（１）図１３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板ないしＳｉＯ２膜付きＳｉ基板３１を用意する。なお、ガラス基板を用いると安価であり好ましい。次に、そのＳｉＯ２膜付きＳｉ基板３１上に高融点材料、例えば、ＴｉＮ材料からなる膜（下地膜）３２をスパッタ法により成膜する。このとき用いる高融��材料、例えば、ＴｉＮは、室温付近でも数ｎｍまでは成長するが、高温でも過度の粒成長をしないという特徴がある。また、このとき、表面エネルギーが最小となるように面外配向させ、面内は非配向とする。このように形成された膜（下地微結晶膜）３２を下地膜とする。【０１２５】（２）次に、図１３（ｂ）に示すように、ナノ粒子材料３３、例えば、ＦｅＰｔ磁性体材料を高温でスパッタ法により堆積させる。【０１２６】下地微結晶膜３２とナノ粒子材料３３の格子定数が合うように設計することで、ナノ粒子材料３３を個々の下地微結晶膜３２にローカルにエピタキシャル成長させることができる。これは微結晶間で面内配向が異なるために、ナノ粒子は複数の微結晶に跨がって育つのが困難になるので、下地微結晶上に一対一で育ち、微小反応場内で平衡構造をとるからである。一方、下地微結晶は面外配向しているため、ナノ粒子も面外に配向する。【０１２７】（３）次に、その上に、図１３（ｃ）に示すように、ナノ粒子の成分と異なる材料である打ち粉（例えば、非結晶材料や金属・合金材料）３４を堆積する。ここで、打ち粉３４としてはＣ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉの何れか、もしくは複数を含む非晶質材料や、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔ等を含む金属・合金材料が適している。これらの材料は、鋳型多結晶膜の結晶粒界に選択的に移動する利点がある。【０１２８】（４）次に、その上に、図１３（ｄ）に示すように、ナノ粒子材料３３、例えば、ＦｅＰｔ磁性体材料を高温でスパッタ法により堆積させる。それを順次繰り返す。なお、ナノ粒子材料３３と打ち粉３４を同時に堆積させても良い。【０１２９】このように、相分離を起こすナノ粒子の成分と異なる材料である打ち粉を堆積させることにより、ナノ粒子間を打ち粉で埋めることができ、ナノ粒子同士が面内方向に融合することなく、基板垂直方向に成長させることができる。【０１３０】このように、下地微結晶膜を非エピタキシャル成長により作製するので、任意基板が利用可能である。さらに、特定の結晶層の上に下地微結晶層を作製したい場合にも、薄い非晶質材料を堆積し、その上に、下地微結晶層を作製することで、特定の結晶層の結晶構造に影響されず、任意に下地微結晶層を作製することができる。下地微結晶層は、面内に非配向なため、その上の目的のナノ粒子は複数の下地微結晶に跨がって成長するのが困難で、下地微結晶に対して一対一でローカルエピタキシャル成長する。即ち、下地微結晶の結晶子数密度により目的のナノ粒子の数密度を、下地微結晶の面外配向により目的のナノ粒子の面外配向を制御できる。その上で目的のナノ粒子の堆積量を調整することで、個々のナノ粒子のサイズ、ならびに相互間隔を制御できる。さらに、ナノ粒子間を打ち粉で埋めることにより、ナノ粒子同士の融合を防ぎ、ナノ粒子材料と打ち粉の堆積を続けることで、ナノ粒子を基板垂直方向に成長させ続けることができる。このように、ナノ粒子の高い面密度を実現しつつ、個々のナノ粒子の体積を増やすという、一見相反する要求を満足することができる。【０１３１】また、上記薄膜構造の作製は、スパッタ法等の既存の多くの堆積法が利用でき、大面積での均一性や低コスト化には問題がない。【０１３２】上記実施例��は、ＦｅＰｔナノ粒子／ＴｉＮ下地微結晶膜／基板の構造を有するナノ粒子デバイスについて述べたが、以下のように構成することもできる。【０１３３】図１４は本発明の第５実施例を示すナノ粒子デバイスの構造を示す模式図であり、この図に示すように、上記したＦｅＰｔナノ粒子とＴｉＮ下地微結晶膜との間に別の膜（微結晶膜）が挟まった構造であってもよい。例えば、ＦｅＰｔナノ粒子４４／Ｆｅ微結晶膜４３／ＴｉＮ下地微結晶膜４２／ＳｉＯ２膜付きＳｉ基板４１とすることができる。【０１３４】図１５は本発明の第６実施例を示す積層構造ＦｅＰナノ粒子を有するナノ粒子デバイスの構造を示す模式図であり、この図に示すように、積層構造としては、２層目からの微結晶は、最初の下地微結晶膜（ＴｉＮ）とは必ずしも同じ材料でなくともよい。例えば、Ｆｅ微結晶膜５４／ＦｅＰｔナノ粒子５３／Ｆｅ微結晶膜５４／ＦｅＰｔナノ粒子５３／ＴｉＮ下地微結晶膜５２／ＳｉＯ２膜付きＳｉ基板５１とすることができる。【０１３５】図１６は本発明の第７実施例を示す縦長のＦｅＰナノ粒子を有するナノ粒子デバイスの構造を示す模式図であり、この図に示すように、ナノ粒子にローカルエピタキシーする微結晶としては、最初の下地微結晶膜（ＴｉＮ）とは必ずしも同じ材料でなくともよい。例えば、Ｆｅ微結晶６４／ＦｅＰｔナノ粒子６３／ＴｉＮ下地微結晶膜６２／ＳｉＯ２膜付きＳｉ基板６１とすることができる。【０１３６】なお、上記実施例（図１４および図１５、および図１６とその説明）では、Ｆｅ微結晶としたが、これに限定するものではなく、Ｆｅ以外の微結晶であってもよい。【０１３７】また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明は下記の点にも及ぶものである。【０１３８】〔Ａ〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子とを具備する。【０１３９】〔Ｂ〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーしたナノ粒子と、前記基板の垂直方向に前記下地微結晶膜とナノ粒子を繰り返し形成した積層ナノ粒子を具備する。【０１４０】〔Ｃ〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした縦長のナノ粒子と、前記ナノ粒子を取り囲むように、ナノ粒子に個々にローカルエピタキシーした微結晶材料を具備する。【０１４１】〔Ｄ〕ナノ粒子デバイスにおいて、単層ないし多層基板と、この基板上に堆積される面内非配向かつ面外配向した下地微結晶膜と、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶に個々にローカルエピタキシーした縦長のナノ粒子と、前記ナノ粒子間を埋める、前記ナノ粒子と成分の異なる材料を打ち粉として具備する。【０１４２】〔Ｅ〕前記多層基板は磁性制御層又は構造制御層の何れか又は双方からなり、その構造制御層は下地微結晶とエピタキシャルでない層である。【０��４３】前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は非晶質または金属・合金であり、その金属・合金はＴｉ、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、Ｐｔなどであり、その非晶質は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉの何れか、もしくは複数を含む物質である。【０１４４】前記下地微結晶膜とエピタキシャルでない層は格子ミスマッチの大きい結晶である。また、前記下地微結晶とエピタキシャルでない層は表面の構造が乱れた結晶である。【０１４５】〔Ｆ〕前記下地微結晶膜は高融点材料であり、その高融点材料はＮａＣｌ型結晶である。そのＮａＣｌ型結晶は窒化物であり、その窒化物はＴｉＮ、ＶＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＴｈＮである。【０１４６】また、前記ＮａＣｌ型結晶は酸化物であり、その酸化物はＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯである。【０１４７】さらに、前記高融点材料はＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗからなる。【０１４８】〔Ｇ〕前記ナノ粒子は磁気記録材料であり、その磁気記録材料はＬ１０構造を有する合金である。また、そのＬ１０構造を有する合金はｆｃｔ遷移金属／貴金属合金であり、そのｆｃｔ遷移金属／貴金属合金はＦｅＰｔ、ＣｏＰｔである。【０１４９】〔Ｈ〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成することを特徴とする。【０１５０】〔Ｉ〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、その上に基板垂直方向に前記ナノ粒子材料／前記下地材料を含むナノ粒子材料と格子定数の適合する材料を交互に堆積しローカルにエピタキシャル成長させ、ナノ粒子を積層する。【０１５１】〔Ｊ〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶膜の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、前記下地材料を含むナノ粒子と成分が異なり格子定数が適合する材料を堆積し、前記ナノ粒子の個々にローカルエピタキシーするよう偏析させ、前記ナノ粒子材料および前記下地材料を含むナノ粒子と成分が異なり格子定数が適合する材料を同時もしくは交互に堆積することで、ナノ粒子を基板垂直方向に成長させる。【０１５２】〔Ｋ〕ナノ粒子デバイスの製造方法において、単層ないし多層基板上に非エピタキシャル成長により面内非配向・面外配向した下地微結晶膜を形成し、この下地微結晶膜の材料とナノ粒子材料の格子定数を適合させ、前記下地微結晶��の個々の下地微結晶の表面を微小空間として用い、前記下地微結晶にローカルにエピタキシャル成長させ、前記微小空間毎にナノ粒子を生成し、非結晶材料を打ち粉として堆積し、前記ナノ粒子の間に偏析させ、前記ナノ粒子材料および前記ナノ粒子と成分の異なる材料を同時もしくは交互に堆積することで、ナノ粒子を基板垂直方向に成長させる。【０１５３】〔Ｌ〕前記下地微結晶膜は粒成長を抑え、表面エネルギー最小、化学エッチング速度最小、プラズマ照射損傷最小、応力最小、成長速度最大の何れかで面外配向させる。【０１５４】〔Ｍ〕前記ナノ粒子はＦｅＰｔ、またはＣｏＰｔを主成分とした磁性体ナノ粒子である。【０１５５】〔Ｎ〕上記ナノ粒子デバイスの製造方法において、２００〜１６００℃の基板加熱の下でスパッタ成膜することで、ローカルにエピタキシャル成長を行わせる。【０１５６】〔Ｏ〕前記ナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を作製した後、大気暴露なしにＦｅＰｔないしＣｏＰｔを堆積することにより、ローカルにエピタキシャル成長を行わせる。【０１５７】〔Ｐ〕前記ナノ粒子デバイスの製造方法において、基板上に下地微結晶膜を作製させた後、ＦｅＰｔ又はＣｏＰｔを堆積させ、その後２００〜１６００℃にてアニールを行ない、ローカルにエピタキシャル成長を行わせる。【０１５８】〔Ｑ〕前記ナノ粒子デバイスの製造方法において、下地微結晶膜を作製させた後、大気暴露なしにＦｅＰｔないしＣｏＰｔを堆積させた後、アニールすることでローカルにエピタキシャル成長を行わせる。【０１５９】〔Ｒ〕前記ナノ粒子の結晶構造がｆｃｔ構造をなし、前記ナノ粒子の結晶のｃ軸の９割以上が下地微結晶膜と垂直方向に配向する。【０１６０】なお、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】  本発明のナノ粒子デバイス及びナノ粒子デバイスの製造方法は、プロセス自体がドライプロセスであり、半導体の量子ドットデバイスなどのナノ粒子を有する微小電子デバイスなどへの展開ができ、特に、高密度配列が不可欠なハードディスク垂直磁気記録媒体に好適である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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