JP2001213700A - Nanostructure and method for manufacturing the same - Google Patents
Nanostructure and method for manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基体上にアルミナセルを単位として陽極酸化
アルミナを領域形成したナノ構造体を提供する。
【解決手段】 基体8上に領域形成された陽極酸化アル
ミナ9を具備するナノ構造体において、該陽極酸化アル
ミナ9は、細孔3を有するアルミナセル5を単位構造と
した構造を有し、該アルミナセル5を単位として該基体
上に領域形成されているナノ構造体。
(57) [Problem] To provide a nanostructure in which anodized alumina is formed in a region on a substrate in units of alumina cells. SOLUTION: In a nanostructure comprising anodized alumina 9 formed in a region on a base 8, the anodized alumina 9 has a structure in which an alumina cell 5 having pores 3 is a unit structure. A nanostructure formed in a region on the substrate in units of alumina cells 5.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ナノ構造体及びそ
の製造方法に関し、特に電子デバイスや光デバイス、マ
イクロデバイスなどの機能材料や、構造材料などとし
て、広い範囲で利用可能なナノ構造体及びその製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nanostructure and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a nanostructure and a functional material such as electronic devices, optical devices, and microdevices, and structural materials that can be used in a wide range. It relates to the manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】金属及び半導体の薄膜、細線、ドットな
どでは、ある特徴的な長さより小さいサイズにおいて、
電子の動きが閉じ込められることにより、特異な電気
的、光学的、化学的性質を示すことがある。このような
観点から、機能性材料として、数100nmより微細な
構造を有する材料(ナノ構造体)ヘの関心が高まつてい
る。2. Description of the Related Art Metal and semiconductor thin films, fine lines, dots, and the like are required to have a size smaller than a certain characteristic length.
When the movement of electrons is confined, it may exhibit unique electrical, optical, and chemical properties. From such a viewpoint, there is a growing interest in materials (nanostructures) having a structure finer than several 100 nm as functional materials.
【0003】こうしたナノ構造体の作製方法としては、
例えば、フォトリソグラフィーをはじめ、電子線露光、
X線露光などの微細パターン形成技術をはじめとする半
導体加工技術によつて直接的にナノ構造体を作製する方
法が挙げられる。[0003] As a method for producing such a nanostructure,
For example, photolithography, electron beam exposure,
There is a method of directly manufacturing a nanostructure by a semiconductor processing technology such as a fine pattern forming technology such as X-ray exposure.
【0004】また、このような作製方法のほかに、自然
に形成される規則的な構造、すなわち、自己規則的に形
成される構造をベースに、新規なナノ構造体を実現しよ
うとする試みがある。これらの手法は、ベースとして用
いる微細構造によっては、従来の方法を上まわる微細で
特殊な構造を作製できる可能性があるため、多くの研究
が行われ始めている。[0004] In addition to such a fabrication method, an attempt has been made to realize a novel nanostructure based on a regular structure formed naturally, that is, a structure formed self-regularly. is there. Many studies have begun on these techniques because there is a possibility that a finer and special structure can be produced more than conventional methods depending on a microstructure used as a base.
【0005】このような自己規則的手法として、ナノサ
イズの細孔を有するナノ構造体を容易に、制御よく作製
することができる陽極酸化が挙げられる。たとえば、ア
ルミニウム及びその合金を酸性浴中で陽極酸化すること
で作製する陽極酸化アルミナが知られている。[0005] An example of such a self-regular method is anodic oxidation, which can easily produce a nanostructure having nanosize pores in a controlled manner. For example, anodized alumina produced by anodizing aluminum and its alloys in an acidic bath is known.
【0006】Al板を酸性電解質中で陽極酸化すると、
多孔質酸化皮膜(陽極酸化アルミナ)が形成される(た
とえばR.C.Furneaux,W.R.Rigby
&A.P.Davids “NATURE”,Vol.
337、Pl47(1989)等参照)。この多孔質酸
化皮膜は、柱状のアルミナセルを単位構造として、アル
ミナセルが集合、配列した特異的な幾何学的構造を有す
る。各アルミナセルの中心には、直径が数nm〜数百n
mの極めて微細な円柱状細孔(ナノホール)を有する。
細孔の間隔はアルミナセルの径であるセルサイズに対応
し、数nm〜数百nmの間隔の範囲である。この円柱状
の細孔は、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性
にも優れている。またこの細孔の径及び間隔は、陽極酸
化の際の電流、電圧を調整することにより、また酸化皮
膜の厚さ、細孔の深さは陽極酸化の時間を制御すること
で、ある程度の制御が可能である。When anodizing an Al plate in an acidic electrolyte,
A porous oxide film (anodized alumina) is formed (for example, RC Furneaux, WR Rigby)
& A. P. Davids "NATURE", Vol.
337, P147 (1989), etc.). This porous oxide film has a specific geometrical structure in which alumina cells are assembled and arranged using a columnar alumina cell as a unit structure. The center of each alumina cell has a diameter of several nm to several hundred n.
m having extremely fine cylindrical pores (nano holes).
The distance between the pores corresponds to the cell size, which is the diameter of the alumina cell, and ranges from several nm to several hundred nm. These columnar pores have a high aspect ratio and are excellent in uniformity of cross-sectional diameter. The diameter and spacing of the pores are controlled to some extent by adjusting the current and voltage during anodic oxidation, and the thickness of the oxide film and the depth of the pores are controlled by controlling the anodic oxidation time. Is possible.
【0007】また、陽極酸化アルミナの細孔の垂直性、
直線性及び独立性を改善するために、2段階の陽極酸化
を行なう方法、すなわち、陽極酸化を行つて形成した多
孔質酸化皮膜を一旦除去した後に再び陽極酸化を行なっ
て、より良い垂直性、直線性、独立性を示す細孔を有す
る陽極酸化アルミナ(規則化ナノホール)を作製する方
法が提案されている(“Jpn.Journal of
Applied Phisics”.Vol.35,
Part2,No.lB,pp.Ll26〜Ll29,
15 January 1996)。ここで、この方法
は最初の陽極酸化により形成した陽極酸化皮膜を除去す
るときにできるアルミニウム板の表面の窪みが、2度目
の陽極酸化の細孔開始点となることを用いている。Also, the verticality of the pores of anodized alumina,
In order to improve linearity and independence, a method of performing two-stage anodic oxidation, that is, once removing the porous oxide film formed by performing anodic oxidation, performing anodic oxidation again to obtain better verticality, A method for producing anodized alumina (ordered nanoholes) having pores exhibiting linearity and independence has been proposed (“Jpn. Journal of Japan”).
Applied Physics ", Vol. 35,
Part 2, No. IB, pp. L126-L129,
15 January 1996). Here, this method uses that the depression on the surface of the aluminum plate formed when removing the anodic oxide film formed by the first anodic oxidation becomes the starting point of the pores for the second anodic oxidation.
【0008】他にも、プレスパターニングを用いて細孔
開始点を形成する方法、すなわち、複数の突起を表面に
備えた基板をアルミニウム板の表面に押しつけてできる
窪みを細孔開始点として形成した後に陽極酸化を行なつ
て、より良い形状、間隔及びパターンの制御性を示す細
孔を有する多孔質酸化皮膜を作製する方法も提案されて
いる(特開平10−121292号公報)。In addition, a method of forming a pore starting point by press patterning, that is, a depression formed by pressing a substrate having a plurality of projections on the surface of an aluminum plate as a pore starting point is formed. A method of producing a porous oxide film having pores exhibiting better control of the shape, spacing and pattern by performing anodic oxidation later has also been proposed (JP-A-10-112292).
【0009】この陽極酸化アルミナの特異的な幾何学構
造に着目した、さまざまな応用が試みられている。益田
による解説が詳しいが、以下、応用例を列記する。たと
えば、陽極酸化膜の耐摩耗性、耐絶縁性を利用した皮膜
としての応用や、皮膜を剥離してフィルターヘの応用が
ある。さらには、ナノホール内に金属や半導体等を充填
する技術や、ナノホールのレプリカ技術を用いることよ
り、着色、磁気記録媒体、EL発光素子、エレクトロク
ロミック素子、光学素子、太陽電池、ガスセンサをはじ
めとするさまざまな応用が試みられている。さらには、
量子細線、MIM素子などの量子効果デバイス、ナノホ
ールを化学反応場として用いる分子センサーなど多方面
への応用が期待されている。(益田“固体物理”31,
493(1996))Various applications have been attempted, focusing on the specific geometric structure of the anodized alumina. The explanation by Masuda is detailed, but the application examples are listed below. For example, there is an application as a film utilizing the wear resistance and insulation resistance of the anodic oxide film, and an application to a filter by peeling the film. Furthermore, by using a technique of filling a nanohole with a metal or a semiconductor or a replica technique of the nanohole, coloring, a magnetic recording medium, an EL light emitting element, an electrochromic element, an optical element, a solar cell, a gas sensor, etc. Various applications have been attempted. Moreover,
It is expected to be applied to various fields such as quantum effect devices such as quantum wires and MIM elements, and molecular sensors using nanoholes as a chemical reaction field. (Masuda "Solid Physics" 31,
493 (1996))
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】先に述べた半導体加工
技術による直接的なナノ構造体の作製は、歩留まりの悪
さや装置のコストが高いなどの問題があり、簡易な手法
で再現性よく作製できる手法が望まれている。このよう
な観点から自己規則的手法、特に陽極酸化の手法は、ナ
ノ構造体を容易に、制御よく作製することができ、ま
た、大面積のナノ構造体を作製することが可能であるこ
とから望まれている。特に、陽極酸化アルミナの細孔配
列を、2段階陽極酸化やプレスパターニングを用いた手
法により作成した陽極酸化アルミナは、細孔が規則的に
配列した構造を有し、細孔の垂直性、直線性、配列性に
優れており好ましい。The direct fabrication of nanostructures by the above-described semiconductor processing technology has problems such as poor yield and high equipment cost, and is easily produced with good reproducibility by a simple method. A technique that can do this is desired. From this point of view, the self-regular method, particularly the anodic oxidation method, can easily produce nanostructures with good control, and can produce large-area nanostructures. Is desired. In particular, the anodized alumina, in which the pore arrangement of anodized alumina is created by a technique using two-step anodization or press patterning, has a structure in which pores are regularly arranged, and has a perpendicularity of pores, linearity of pores. It is preferable because it has excellent properties and alignment.
【0011】さらに、陽極酸化アルミナをデバイスとし
て利用することを考えると、パターニング形成を行うこ
とが必要になる。その手法としては、リソグラフィー技
術によりレジストパターニング及びエッチングを行うこ
とが挙げられるが、ナノメーターサイズのパターン形成
及び位置あわせは容易ではない。特に、陽極酸化アルミ
ナはアルミナセルを単位構造とする周期構造を有するた
め、パターン境界をアルミナセル端面に一致させること
が好ましいが、このようにパターンを高度に位置をあわ
せすることは困難であつた。Further, considering the use of anodized alumina as a device, it is necessary to perform patterning. As a technique for this, resist patterning and etching are performed by lithography technology, but it is not easy to form and position a nanometer-sized pattern. In particular, since anodized alumina has a periodic structure having an alumina cell as a unit structure, it is preferable to align the pattern boundary with the end face of the alumina cell, but it has been difficult to highly align the pattern in this way. .
【0012】このような課題は、アルミナセルの有無を
アルミナセルごとに制御することで解決できるが、この
ような技術は知られていなかつた。このような、アルミ
ナセルを単位とした領域形成技術は、単一アルミナセル
構造や、アルミナセル数(細孔数)が制御された陽極酸
化アルミナの作製を可能にする。基板上に、アルミナセ
ルの有無をアルミナセル単位で領域形成できれば、電子
デバイス、光デバイスにおいて、さらに多くの応用展開
が期待できる。Such a problem can be solved by controlling the presence or absence of an alumina cell for each alumina cell. However, such a technique has not been known. Such an area forming technique using an alumina cell as a unit enables production of a single alumina cell structure or anodized alumina in which the number of alumina cells (the number of pores) is controlled. If the presence or absence of an alumina cell can be formed on a substrate in units of an alumina cell, further application development can be expected in electronic devices and optical devices.
【0013】本発明の目的はこれらの課題を解決するこ
とにある。すなわち、本発明の目的は、陽極酸化アルミ
ナをセルサイズのレベルで高度に領域形成したナノ構造
体を開示することであり、基体上にアルミナセルを単位
として陽極酸化アルミナを領域形成する技術を開示する
ことである。An object of the present invention is to solve these problems. That is, an object of the present invention is to disclose a nanostructure in which anodized alumina is highly formed in a region at a cell size level, and to disclose a technique of forming anodized alumina in units of alumina cells on a substrate. It is to be.
【0014】さらには、領域形成された陽極酸化アルミ
ナををベースとし、新規なナノ構造体、ナノ構造デバイ
スを開示し、ナノホールを機能材料として多様な方向で
使用を可能とすることである。It is another object of the present invention to disclose a novel nanostructure and nanostructure device based on anodized alumina having a region formed thereon, so that nanoholes can be used as functional materials in various directions.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明の
以下の構成および製法により解決できる。すなわち、基
体上に領域形成されたアルミナからなる細孔体を具備す
るナノ構造体において、該領域形成されたアルミナから
なる細孔体は、細孔を有するアルミナセルを単位構造と
した構造を有し、該アルミナセルを単位として該基体上
に領域形成されていることを特徴とするナノ構造体であ
る。The above objects can be attained by the following constitution and manufacturing method of the present invention. That is, in a nanostructure having a porous body made of alumina formed in a region on a substrate, the porous body made of alumina formed in the region has a structure in which an alumina cell having pores is a unit structure. And a region formed on the substrate by using the alumina cell as a unit.
【0016】また、基体上に領域形成された陽極酸化ア
ルミナを具備するナノ構造体において、該領域形成され
た陽極酸化アルミナは細孔を有するアルミナセルを単位
構造とした構造を有し、該アルミナセルを単位として該
基体上に領域形成されていることを特徴とするナノ構造
体である。In a nanostructure having anodized alumina formed in a region on a substrate, the anodized alumina formed in a region has a structure in which an alumina cell having pores is formed as a unit structure. A nanostructure characterized by being formed in a region on the substrate in units of cells.
【0017】上記のナノ構造体の好ましい実施態様を下
記に示す。特に、該領域形成された陽極酸化アルミナの
端面が、アルミナセルの端面に一致することを特徴とす
るナノ構造体が好ましい。該陽極酸化アルミナの存在領
域もしくは非存在領域が、該アルミナセルを単位格子と
した2次元格子座標で指定できることを特徴とするナノ
構造体が好ましい。該陽極酸化アルミナの存在領域もし
くは非存在領域が、該アルミナセルを単位格子とした2
次元六方格子座標で指定できることを特徴とするナノ構
造体が好ましい。Preferred embodiments of the above nanostructure are shown below. In particular, a nanostructure characterized in that the end face of the anodized alumina formed in the region coincides with the end face of the alumina cell. Preferably, the nanostructure is characterized in that the existence region or non-existence region of the anodized alumina can be designated by two-dimensional lattice coordinates using the alumina cell as a unit lattice. The region where the anodized alumina is present or absent is determined by using the alumina cell as a unit cell.
Nanostructures characterized in that they can be specified by dimensional hexagonal lattice coordinates are preferred.
【0018】該基体上に孤立したアルミナセルからなる
領域形成された陽極酸化アルミナを具備することを特徴
とするナノ構造体が好ましい。該基体上に一列に並んだ
アルミナセルからなる領域形成された陽極酸化アルミナ
を具備することを特徴とするナノ構造体が好ましい。該
細孔内に充填物を有することを特徴とするナノ構造体が
好ましい。該アルミナセル底部に該細孔内の充填物と電
気的に接続された電極を具備することを特徴とするナノ
構造体が好ましい。A nanostructure characterized by comprising anodized alumina formed on the substrate in the form of isolated alumina cells is preferred. A nanostructure characterized by comprising anodized alumina formed in a region consisting of alumina cells arranged in a row on the substrate. Nanostructures characterized by having a filler in the pores are preferred. A nanostructure characterized by comprising an electrode at the bottom of the alumina cell that is electrically connected to the filling in the pores is preferred.
【0019】さらには、前記ナノ構造体の細孔内に充填
物を具備し、該充填物が発光機能を有することを特徴と
する発光デバイス、該充填物が細孔体と異なる誘電率を
有することを特徴とする光学デバイス、該充填物が磁性
体であることを特徴とする磁性デバイスである。Furthermore, a light emitting device comprising a filler in pores of the nanostructure, wherein the filler has a light emitting function, wherein the filler has a dielectric constant different from that of the porous body An optical device, characterized in that the filler is a magnetic material.
【0020】また、本発明は、基体上に領域形成された
陽極酸化アルミナを具備するナノ構造体の製造方法であ
って、基体上のアルミニウムを主とする部位に少なくと
も2種類以上の細孔開始点を形成する第一の工程と、該
アルミニウムを主とする部位を陽極酸化して陽極酸化ア
ルミナを形成する第二の工程と、該細孔開始点の種類に
応じて陽極酸化アルミナの一部を消失せしめることによ
り領域形成を行う第三の工程を有することを特徴とする
ナノ構造体の製造方法である。The present invention also relates to a method for producing a nanostructure comprising anodically oxidized alumina regionally formed on a substrate, wherein at least two or more types of pores are formed at a site mainly composed of aluminum on the substrate. A first step of forming points, a second step of anodizing the aluminum-based site to form anodized alumina, and a part of the anodized alumina depending on the type of the pore starting point. And a third step of forming a region by eliminating the above.
【0021】その中でも、特に、該細孔開始点は周囲に
比べて凹み形状を有し、該細孔開始点を形成する第一の
工程は、該凹み形状の異なる少なくとも2種類以上の細
孔開始点を形成する工程であることを特徴とするナノ構
造体の製造方法である。Among them, particularly, the pore starting point has a concave shape as compared with the surroundings, and the first step of forming the pore starting point is at least two or more types of pores having different concave shapes. A method for producing a nanostructure, comprising a step of forming a starting point.
【0022】該細孔開始点を形成する第一の工程は、該
凹み形状の深さの異なる少なくとも2種類以上の細孔開
始点を形成する工程であることを特徴とするナノ構造体
の製造方法である。The first step of forming the pore starting point is a step of forming at least two or more kinds of pore starting points having different depths of the concave shape. Is the way.
【0023】また、本発明は、基体上に領域形成された
陽極酸化アルミナを具備するナノ構造体の製造方法であ
って、基体上のアルミニウムを主とする部位に少なくと
も2種類以上の細孔開始点配列の異なる領域を形成する
工程と、該アルミニウムを主とする部位を陽極酸化して
陽極酸化アルミナを形成する第二の工程と、該細孔開始
点配列の異なる領域に応じて陽極酸化アルミナの一部を
消失せしめることにより領域形成を行う第三の工程を有
することを特徴とするナノ構造体の製造方法である。The present invention also relates to a method for producing a nanostructure comprising anodically oxidized alumina formed in a region on a substrate, wherein at least two or more types of pores are formed at a site mainly composed of aluminum on the substrate. Forming a region having a different point arrangement, a second step of forming an anodized alumina by anodizing the main part of the aluminum, and forming anodized alumina according to the region having a different pore starting point arrangement. And a third step of forming a region by eliminating a part of the nanostructure.
【0024】その中でも該第一の工程は、少なくとも2
種類以上の細孔開始点間隔の異なる領域を形成する工程
であり、該第三の工程は、該細孔開始点間隔の異なる領
域に応じて陽極酸化アルミナの一部を消失せしめる工程
であることを特徴とするナノ構造体の製造方法である。Among them, the first step includes at least two steps.
A step of forming regions having different types of pore start point intervals, and the third step is a step of partially eliminating anodized alumina in accordance with the regions having different pore start point intervals. A method for producing a nanostructure characterized by the following.
【0025】さらに前記ナノ構造体の製造方法において
該細孔開始点は、集東イオンビームを照射により作製さ
れるすことを特徴とするナノ構造体の製造方法である。
さらに、前記製造方法により作成されたことを特徴とす
るナノ構造体である。Further, in the above-mentioned method for producing a nanostructure, the pore starting point is produced by irradiating with a Shuto ion beam.
Further, there is provided a nanostructure produced by the above-mentioned manufacturing method.
【0026】本発明により、基体上にアルミナセルを単
位として、アルミナセルの有無を領域形成した陽極酸化
アルミナを具備するナノ構造体を提供することができ
る。特に、図11(a)のように領域の端面63をアル
ミナセル端面に一致した構造を提供できる。特に、厚い
陽極酸化アルミナに対しても、端面63の垂直性に優れ
たパターンを作製することができる。According to the present invention, it is possible to provide a nanostructure comprising anodized alumina in which the presence or absence of an alumina cell is formed as a region on the substrate in units of the alumina cell. In particular, it is possible to provide a structure in which the end face 63 of the region coincides with the end face of the alumina cell as shown in FIG. In particular, a pattern excellent in the perpendicularity of the end face 63 can be manufactured even for thick anodized alumina.
【0027】さらには、アルミナセルの有無領域を、ア
ルミナセルを単位構造とした2次元格子座標で指定可能
な構造とすることができる。さらには、基体上に、図1
(a)のような単一アルミナセルや図l(b)のような
一列に並んだアルミナセルの様な構造とすることができ
る。Furthermore, a structure in which the area with or without the alumina cell can be designated by two-dimensional lattice coordinates using the alumina cell as a unit structure can be employed. In addition, FIG.
A structure such as a single alumina cell as shown in FIG. 1A or an alumina cell arranged in a line as shown in FIG.
【0028】このように、基体上に高度に領域形成され
た陽極酸化アルミナは、量子細線、MIM素子、分子セ
ンサー、着色、磁気記録媒体、EL発光素子、エレクト
ロクロミック素子、フォトニック結晶素子、電子放出素
子、太陽電池、ガスセンサ、耐摩耗性、耐絶縁性皮膜、
フィルターをはじめとするさまざまな形態で応用するこ
とを可能とするものであり、その応用範囲を著しく広げ
る作用を有する。As described above, the anodized alumina highly formed on the substrate is composed of quantum wires, MIM devices, molecular sensors, coloring, magnetic recording media, EL light emitting devices, electrochromic devices, photonic crystal devices, and electronic devices. Emission elements, solar cells, gas sensors, wear-resistant, insulation-resistant coatings,
It can be applied in various forms including filters, and has the effect of significantly expanding its application range.
【0029】特に、光の波長程度の長さで誘電率の異な
る周期構造を有する材料は、フォトニック結晶となり、
高度な光の制御を可能な材料となる可能性がある。もつ
とも効果的には、ある波長範囲で光の存在が禁止される
フォトニックバンドギャップが現われる。基体上に高度
に領域形成された陽極酸化アルミナは、陽極酸化の周期
的構造を利用し、フォトニック結晶としての利用が挙げ
られる。本発明の領域形成する技術は、フォトニック結
晶の構造、フォトニックバンド構造の制御を可能とし、
さらには、導波路形成や欠陥形成が可能となる。特に、
フォトニック結晶において、欠陥が導入された場合に
は、光の局在状態を得ることができるため、アルミナセ
ルのパターン形成により、光局在状態を得ることが知ら
れる。これらの特徴を利用して光記録媒体などへの応用
が考えられる。また、フォトニック結晶中に発光体が存
在し励起状態から自然放出による発光の波長がフォトニ
ックバンド内に相当すると、自然放出ができなくなり励
起状態の寿命を長くできることから、本発明の陽極酸化
アルミナの細孔内に発光体を充填することで、低閾値の
発光素子、発光スペクトル幅の狭い発光素子、低閾値レ
ーザーなどの実現が期待できる。In particular, a material having a periodic structure having a different permittivity at a length of about the wavelength of light becomes a photonic crystal,
There is a possibility that the material will be capable of advanced light control. In effect, however, a photonic band gap appears in which light is prohibited in a certain wavelength range. Anodized alumina formed in a high area on a substrate utilizes a periodic structure of anodization, and may be used as a photonic crystal. The technique of forming a region according to the present invention enables control of a photonic crystal structure and a photonic band structure,
Further, a waveguide and a defect can be formed. In particular,
In a photonic crystal, when a defect is introduced, a localized state of light can be obtained. Therefore, it is known that a localized state of light is obtained by patterning an alumina cell. The application to an optical recording medium or the like can be considered by utilizing these characteristics. In addition, if a light-emitting substance is present in the photonic crystal and the wavelength of light emission due to spontaneous emission from the excited state falls within the photonic band, spontaneous emission is not possible and the life of the excited state can be extended, so the anodized alumina of the present invention By filling the pores with a luminous body, a light emitting element with a low threshold, a light emitting element with a narrow emission spectrum width, a low threshold laser, and the like can be expected.
【0030】他にも、陽極酸化アルミナの細孔内に、磁
性材料を充填した場合には、磁性ナノ細線がえり得られ
る。アルミナセル単位でパターニングされた陽極酸化ア
ルミナに磁性材料を充填すること、磁場センサ、磁気抵
抗素子、磁気記録媒体などの磁性デバイスとしての応用
が期待できる。In addition, when a magnetic material is filled in the pores of anodized alumina, magnetic nanowires can be obtained. Filling a magnetic material into anodized alumina patterned in units of alumina cells can be expected to be applied to magnetic devices such as magnetic field sensors, magnetoresistive elements, and magnetic recording media.
【0031】本発明のナノ構造体の製造方法は、高度に
ナノ構造を制御して作製できるという作用を有する。本
発明のナノ構造体は、被加工物の所望の位置に細孔開始
点を形成した後に、被加工物を陽極酸化することで作成
するが、この細孔開始点を形成する際に、それぞれの細
孔開始点の配列、形状もしくは組成を制御することによ
り、陽極酸化後の処理により、それぞれの細孔開始点に
対応したアルミナセルの有無を、アルミナセル毎に独立
に制御することができる。この手法により、基体上の所
望の位置にのみ、アルミナセル及び細孔が配列形成した
陽極酸化アルミナを実現することができる。The method for producing a nanostructure according to the present invention has an effect that a nanostructure can be produced with a high degree of control. The nanostructure of the present invention is created by forming a pore starting point at a desired position on the workpiece and then anodizing the workpiece.When forming the pore starting point, respectively. By controlling the arrangement, shape or composition of the pore starting points of the above, the presence or absence of alumina cells corresponding to each pore starting point can be independently controlled for each alumina cell by the post-anodization treatment. . According to this technique, anodized alumina in which alumina cells and pores are arranged and formed only at desired positions on the substrate can be realized.
【0032】さらに、本発明におけるアルミナセルを単
位とした領域形成は、リソグラフィー技術によるレジス
ト塗布、パターン形成などを必要とせずに領域形成可能
である。特に、陽極酸化前の細孔開始点形成の段階で直
描でアルミナセルの有無をパターニング潜像をするた
め、リソグラフィーの際に必要なアルミナセルとパタ−
ンの位置あわせが必要ない。Further, in the present invention, the area formation in units of alumina cells can be performed without the necessity of applying a resist or forming a pattern by a lithography technique. In particular, in order to form a latent image by patterning the presence or absence of alumina cells directly at the stage of forming the pore starting point before anodic oxidation, the alumina cells and patterns required for lithography are used.
No alignment is required.
【0033】さらには、リソグラフィー技術を用いる
と、パタ−ン領域は図11(b)のようになり、アルミ
ナセルの境界とパターン境界を一致させることは難しい
が、この手法で領域形成は、アルミナセルを単位として
パターニングするため、図11(a)のようにパターン
境界をアルミナセル端面に一致した構造を容易に作製で
きる。特に、厚い陽極酸化アルミナに対しても、端面の
垂直性に優れたパターンを作製することができる。さら
には、開始点の位置を2次元格子状にすることで、アル
ミナセルの有無領域を、アルミナセルを単位構造とした
2次元格子座標で指定可能な構造とすることができる。Further, when the lithography technique is used, the pattern region becomes as shown in FIG. 11 (b), and it is difficult to match the boundary of the alumina cell with the pattern boundary. Since patterning is performed in units of cells, a structure in which the pattern boundary coincides with the end face of the alumina cell as shown in FIG. 11A can be easily manufactured. In particular, a pattern excellent in the perpendicularity of the end face can be produced even for thick anodized alumina. Furthermore, by setting the position of the start point in a two-dimensional lattice shape, it is possible to have a structure in which the presence / absence area of the alumina cell can be designated by two-dimensional lattice coordinates using the alumina cell as a unit structure.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のナノ構造体は、基体上に領域形成された陽極酸
化アルミナを具備するナノ構造体において、該陽極酸化
アルミナは、細孔を有するアルミナセルを単位構造とし
た構造を有し、該アルミナセルを単位として該基体上に
領域形成されていることを特徴とする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The nanostructure of the present invention is a nanostructure comprising anodized alumina formed regionally on a substrate, wherein the anodized alumina has a structure in which an alumina cell having pores is a unit structure, It is characterized in that a region is formed on the substrate in units of cells.
【0035】また、本発明のナノ構造体の製造方法は、
基体上に領域形成された陽極酸化アルミナを具備するナ
ノ構造体の製造方法に関し、該ナノ構造体の製造方法
は、基体上のアルミニウムを主とする部位に細孔開始点
を形成する第一の工程と、該アルミニウムを主とする部
位を陽極酸化し、陽極酸化アルミナを形成する第二の工
程と、該陽極酸化アルミナの一部を消失せしめることで
領域形成を行う第三の工程を有し、さらに、該第一の工
程は、少なくとも2種類以上の細孔開始点を形成する工
程であり、該第三の工程は、該細孔開始点の種類に応じ
て陽極酸化アルミナの一部を消失せしめる工程であるこ
とを特徴とする。Further, the method for producing a nanostructure of the present invention comprises:
A method for producing a nanostructure comprising anodically oxidized alumina regionally formed on a substrate, the method comprising the steps of: forming a pore starting point at a site mainly composed of aluminum on a substrate; A step of forming an anodized alumina by anodizing a portion mainly containing the aluminum and a third step of forming a region by causing a part of the anodized alumina to disappear. Further, the first step is a step of forming at least two or more kinds of pore starting points, and the third step is to form a part of anodized alumina according to the kind of the pore starting points. It is characterized by the step of eliminating.
【0036】また、本発明のナノ他の構造体の製造方法
は、基体上に領域形成された陽極酸化アルミナを具備す
るナノ構造体の製造方法に関し、該ナノ構造体の製造方
法は、基体上のアルミニウムを主とする部位に細孔開始
点を形成する第一の工程と、該アルミニウムを主とする
部位を陽極酸化し、陽極酸化アルミナを形成する第二の
工程と、該陽極酸化アルミナの一部を消失せしめること
で領域形成を行う第三の工程を有し、さらに、該第一の
工程は、少なくとも2種類以上の細孔開始点配列の異な
る領域を形成する工程であり、該第三の工程は、該細孔
開始点配列の異なる領域に応じて陽極酸化アルミナの一
部を消失せしめる工程であることを特徴とする。The method for producing a nano-other structure according to the present invention relates to a method for producing a nano-structure having anodized alumina formed in a region on a substrate. A first step of forming a pore starting point in a portion mainly containing aluminum, anodizing the portion mainly containing aluminum, a second step of forming anodized alumina, A third step of forming a region by eliminating a part thereof, and further, the first step is a step of forming at least two or more types of regions having different pore starting point sequences, The third step is characterized in that a part of the anodized alumina is eliminated in accordance with the regions having different pore starting point arrangements.
【0037】<ナノ構造体の構成>図1および図2に本
発明のナノ構造体の構成の一例を示す。図1において9
は陽極酸化アルミナ、5はアルミナセル、3は細孔(ナ
ノホール)、8は基体である。<Structure of Nanostructure> FIGS. 1 and 2 show an example of the structure of the nanostructure of the present invention. In FIG. 1, 9
Represents anodized alumina, 5 represents an alumina cell, 3 represents pores (nanoholes), and 8 represents a substrate.
【0038】本発明のナノ構造体は、基体8上のアルミ
ニウムもしくはアルミニウム合金を陽極酸化することで
作成される陽極酸化アルミナ9を有し、さらに陽極酸化
アルミナの有無が、アルミナセル5を単位構造として領
域形成されていることを特徴とする。The nanostructure of the present invention has anodized alumina 9 formed by anodizing aluminum or an aluminum alloy on the base 8, and the presence or absence of the anodized alumina is determined by the unit structure of the alumina cell 5. It is characterized by being formed as a region.
【0039】陽極酸化アルミナ9は、図2(d)に示す
ように、柱状のアルミナセルを単位構造として、アルミ
ナセル5が集合、配列した構造を有する。各アルミナセ
ルの中心には柱状の細孔3(ナノホール)を有し、それ
ぞれの細孔3は互いにほぼ平行かつ等間隔に配置するこ
とができる。細孔の間隔はアルミナセルのセルサイズ2
Rに対応し、数nm〜500nmの間隔であり、細孔3
の直径2rは数nm〜500nmである(図4(b)参
照)。また陽極酸化アルミナの厚さは、すなわちアルミ
ナセルの高さであり、細孔3の深さ(長さ)は、陽極酸
化時間、Alの厚さ等で制御することができ、たとえば
10nm〜100μmの間である。図において、アルミ
ナセルは六角柱、細孔は円柱に描かれているが、アルミ
ナセルの配列、細孔開始点の配列によっては、これに限
られるものでなく、楕円柱、角柱など任意の柱状形状を
とることができる。この柱状の細孔は、高いアスペクト
比を有し、断面の径の一様性にも優れている。As shown in FIG. 2D, the anodized alumina 9 has a structure in which the alumina cells 5 are assembled and arranged using a columnar alumina cell as a unit structure. At the center of each alumina cell, there are columnar pores 3 (nano holes), and the pores 3 can be arranged substantially parallel to each other and at equal intervals. The pore spacing is the cell size of the alumina cell 2
R, at intervals of several nm to 500 nm, and pores 3
Has a diameter of 2 nm to 500 nm (see FIG. 4B). The thickness of the anodized alumina is the height of the alumina cell, and the depth (length) of the pores 3 can be controlled by the anodic oxidation time, the thickness of Al, etc., for example, 10 nm to 100 μm. Between. In the figure, the alumina cells are drawn as hexagonal columns, and the pores are drawn as cylinders.However, depending on the arrangement of the alumina cells and the arrangement of the pore starting points, the present invention is not limited to this. It can take any shape. These columnar pores have a high aspect ratio and are also excellent in the uniformity of the diameter of the cross section.
【0040】本発明は、領域形成としては、たとえば図
2(d)に示すように、アルミナセルを単位とした領域
形成が挙げられる。他にも、たとえば図1(a)や図2
(c)のような孤立したアルミナセルや、図l(b)の
ようにアルミナセルが一列に並んだ構造などが構成でき
る。また、作製条件によつては、陽極酸化アルミナ領域
の端面63を、図11(a)に示すようにアルミナセル
端面に一致させることができる。In the present invention, as the region formation, for example, as shown in FIG. In addition, for example, FIG.
An isolated alumina cell as shown in FIG. 1C or a structure in which alumina cells are arranged in a line as shown in FIG. Further, depending on the manufacturing conditions, the end face 63 of the anodized alumina region can be made to coincide with the end face of the alumina cell as shown in FIG.
【0041】また、アルミナセル5及び細孔3の配列
は、図4のように、アルミナセルを2次元格子状の配列
形成することができる。図4(a)は正方格子配列、図
4(b)は六方格子配列であるが、他にも、任意の格子
配列が挙げられる。さらに、このような配列において、
アルミナセルを単位構造として陽極酸化アルミナを領域
形成を行うことで、図4の矢印を単位ベクトルとする2
次元格子座標の指定でアルミナセルの有無を指定できる
ように、領域形成することができる。たとえば、図11
(a)は、陽極酸化アルミナの存在領域及び非存在領域
が、アルミナセルを単位構造とした2次元六方格子座標
で指定できる例である。The arrangement of the alumina cells 5 and the pores 3 can be such that the alumina cells are arranged in a two-dimensional lattice as shown in FIG. FIG. 4A shows a square lattice arrangement, and FIG. 4B shows a hexagonal lattice arrangement, but other arbitrary lattice arrangements are also possible. Further, in such an arrangement,
By forming regions of anodized alumina using the alumina cell as a unit structure, the arrow shown in FIG.
An area can be formed so that the presence or absence of an alumina cell can be specified by specifying the dimensional lattice coordinates. For example, FIG.
(A) is an example in which the existence region and the non-existence region of anodized alumina can be designated by two-dimensional hexagonal lattice coordinates using an alumina cell as a unit structure.
【0042】さらに、このようなナノ構造体の細孔内
に、金属、半導体等の機能材料を埋め込むことも可能で
ある。Further, it is possible to embed a functional material such as a metal and a semiconductor in the pores of such a nanostructure.
【0043】<ナノ構造体の製造方法>本発明のナノ構
造体の製造方法は、基体上のアルミニウムを主とする部
位に細孔開始点を形成する第一の工程と、該アルミニウ
ムを主とする部位を陽極酸化し、細孔開始点に細孔が形
成された陽極酸化アルミナを形成する第二の工程と、該
陽極酸化アルミナの一部を消失せしめることで領域形成
を行う第三の工程を有する。<Method for Producing Nanostructure> The method for producing a nanostructure of the present invention comprises a first step of forming a pore starting point at a site mainly composed of aluminum on a substrate; A second step of forming an anodized alumina having pores formed at pore starting points by anodizing a portion to be formed, and a third step of forming a region by eliminating a part of the anodized alumina Having.
【0044】特に、第一の工程において、2種類以上の
細孔開始点を形成することで、第三の工程で、細孔開始
点の種類に応じて陽極酸化アルミナの一部を消失せしめ
ることができる。In particular, by forming two or more kinds of pore starting points in the first step, a part of the anodized alumina can be eliminated in the third step according to the kind of the pore starting point. Can be.
【0045】他にも、第一の工程において、2種類以上
の細孔開始点配列の異なる領域を形成することで、第三
の工程で、細孔開始点配列の種類に応じて陽極酸化アル
ミナの一部を消失せしめることができる。In addition, in the first step, two or more types of regions having different arrangements of pore starting points are formed, and in the third step, anodized alumina is formed in accordance with the type of pore starting point arrangement. Can be partially eliminated.
【0046】以下、図3を用いて、本発明のナノ構造体
の作製方法について説明する。図3の(a)〜(e)順
に追って説明する。以下の工程(a)〜(e)は、図3
の(a)〜(e)に対応する。Hereinafter, a method for manufacturing a nanostructure of the present invention will be described with reference to FIG. The description will be made in the order of (a) to (e) of FIG. The following steps (a) to (e) correspond to FIG.
(A) to (e).
【0047】(a)被加工物準備 被加工物7を準備する。本発明の被加工物はアルミニウ
ムを主とする部位を有する。(A) Workpiece preparation Workpiece 7 is prepared. The workpiece of the present invention has a portion mainly composed of aluminum.
【0048】本発明の被加工物の第一の形態の例として
は、アルミ板やアルミ線などの、Alを主成分とするバ
ルクが挙げられる。他にも、図3(a)に示すように、
基体13上にAlを主成分とする膜12を形成したもの
も挙げられる。このとき基体としては、石英ガラスをは
じめとする絶縁体基板やシリコンやガリウム砥素をはじ
めとする半導体基板などの基板や、これらの基板の上に
1層以上の膜を形成したものが挙げられる。例えば基体
として基板上にTiやNb、Cuなどの導電性膜を形成
したものを用いれば、細孔の深さの均一性を上げること
も可能になる。またAlを主成分をする膜の成膜方法
は、抵抗加熱蒸着、EB蒸着、スパッタ、CVD、メッ
キをはじめとする任意の成膜方法が適用可能である。As an example of the first embodiment of the workpiece of the present invention, there is a bulk containing Al as a main component, such as an aluminum plate or an aluminum wire. In addition, as shown in FIG.
An example in which a film 12 containing Al as a main component is formed on a base 13 is also used. At this time, examples of the substrate include substrates such as an insulating substrate such as quartz glass, a semiconductor substrate such as silicon and gallium abrasive, and a substrate having one or more layers formed on these substrates. . For example, if a substrate in which a conductive film such as Ti, Nb, or Cu is formed on a substrate is used, the uniformity of the depth of the pores can be improved. In addition, as a method of forming a film containing Al as a main component, any film formation method including resistance heating evaporation, EB evaporation, sputtering, CVD, and plating can be applied.
【0049】(b)細孔開始点の形成工程 この工程により、被加工物のAlを主成分とする部位の
所望の位置に細孔開始点2を形成する。(B) Step of Forming Pore Start Point In this step, a pore start point 2 is formed at a desired position in a portion of the workpiece mainly containing Al.
【0050】細孔開始点は、周囲に比べて、形状、組
成、結晶性などの物理もしくは化学的性質が異なる。細
孔開始点の形成方法としては、集束イオンビーム(FI
B)を照射する手法、AFM(原子間力顕微鏡)を始め
とするSPM(走査プローブ顕微鏡)を用いて行う手
法、特開平10−121292号公報で開示されたプレ
スパターニングを用いて凹みを作成する手法、レジスト
パターン作成後エッチングにより凹みを作る手法などを
用いることが挙げられる。The starting point of the pore is different from the surroundings in physical or chemical properties such as shape, composition and crystallinity. As a method for forming the pore starting point, a focused ion beam (FI
B), a method using SFM (scanning probe microscope) such as AFM (atomic force microscope), and a depression using press patterning disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-112292. And a method of forming a dent by etching after forming a resist pattern.
【0051】さらに、本発明においては、本工程におい
て、細孔開始点の配列、形状もしくは組成などを制御し
て形成する。この細孔開始点の制御により、アルミナセ
ル及び細孔の配列、間隔、位置等の制御、さらには領域
形成の制御が可能となる。Further, in the present invention, in this step, the pores are formed by controlling the arrangement, shape or composition of the pore starting points. By controlling the pore starting point, it becomes possible to control the arrangement, interval, position, and the like of the alumina cells and the pores, and further, to control the formation of regions.
【0052】本発明は領域形成のために、具体的には、
2種類以上の細孔開始点、もしくは細孔開始点配列の異
なる領域を形成する。最終的には、これらの細孔開始点
の種類や配列に対応して、アルミナセルを単位構造とし
て、陽極酸化アルミナセルを領域形成することが可能と
なる。According to the present invention, for forming a region, specifically,
Two or more types of pore starting points or regions having different pore starting point arrangements are formed. Eventually, it becomes possible to form an anodic oxidized alumina cell as an area by using the alumina cell as a unit structure in accordance with the kind and arrangement of the pore starting points.
【0053】たとえば図7(a)に示すように、2種類
の細孔開始点を形成することで、図7(a’)のような
アルミナセルの領域形成が可能である。他にも図8〜1
0(b),(c),(d)のような開始点の配置によ
り、それぞれ図8〜10(b’),(c’),(d’)
のようなアルミナセル領域形成が可能である。For example, as shown in FIG. 7 (a), by forming two kinds of pore starting points, it is possible to form an alumina cell region as shown in FIG. 7 (a '). 8 to 1
8 to 10 (b '), (c'), and (d ') by the arrangement of the starting points such as 0 (b), (c), and (d), respectively.
Can be formed.
【0054】また、この細孔開始点の位置、配列を制御
することで、アルミナセル5及び細孔3の配列を制御す
ることができる。たとえば、図4のように、アルミナセ
ルを2次元格子状に配列形成することが挙げられる。図
4(a)は正方格子配列、図4(b)は六方格子配列で
あるが、他にも、任意の格子配列が挙げられる。この場
合には、細孔開始点を同様に2次元格子状に形成する。
このように規則的な開始点配置とそれに適応した陽極酸
化条件を適用することにより、規則的なアルミナセルの
2次元配列を実現できる。このような場合は、アルミナ
セルの有無のパターニングもこの開始点配列に従うた
め、アルミナセルのパターンニングを2次元配列の座標
で指定することができる。すなわち、このようにして作
製したナノ構造体は、陽極酸化アルミナの存在領域及び
非存在領域が、アルミナセルを単位構造とした2次元格
子座標で指定できる。By controlling the position and arrangement of the pore starting points, the arrangement of the alumina cells 5 and the pores 3 can be controlled. For example, as shown in FIG. 4, the alumina cells may be arranged in a two-dimensional lattice. FIG. 4A shows a square lattice arrangement, and FIG. 4B shows a hexagonal lattice arrangement, but other arbitrary lattice arrangements are also possible. In this case, the pore starting points are similarly formed in a two-dimensional lattice.
By applying the regular starting point arrangement and the anodic oxidation conditions adapted thereto, a regular two-dimensional arrangement of alumina cells can be realized. In such a case, the patterning of the presence / absence of the alumina cell also follows this start point array, so that the patterning of the alumina cell can be designated by the coordinates of a two-dimensional array. That is, in the nanostructure fabricated in this manner, the region where anodized alumina exists and the region where it does not exist can be designated by two-dimensional lattice coordinates using an alumina cell as a unit structure.
【0055】特に、陽極酸化時の自己組織化によりアル
ミナセル及び細孔の配列は六方格子状に配列する傾向が
あるので、あらかじめ細孔開始点を六方格子状に形成す
ることが好ましい。この際、陽極酸化の電圧と細孔の間
隔には相関を有するため、細孔開始点もこの間隔を考慮
して設定しておくことが好ましい。In particular, since the arrangement of the alumina cells and the pores tends to be arranged in a hexagonal lattice pattern due to self-organization during anodic oxidation, it is preferable to previously form the pore starting points in a hexagonal lattice form. At this time, since there is a correlation between the voltage of the anodic oxidation and the interval between the pores, it is preferable to set the pore starting point in consideration of this interval.
【0056】このようにして作製した場合には、図11
(a)に示すように、陽極酸化アルミナの存在領域及び
非存在領域が、アルミナセルを単位構造とした2次元六
方格子座標で指定できる。陽極酸化アルミナの存在領域
の端面63は、図11(a)に示すようにアルミナセル
端面に一致する場合や、他にも端面がアルミナセル中心
に一致する場合などがある。In the case of manufacturing as described above, FIG.
As shown in (a), the region where anodized alumina exists and the region where it does not exist can be designated by two-dimensional hexagonal lattice coordinates using an alumina cell as a unit structure. As shown in FIG. 11A, the end face 63 of the region where the anodized alumina exists may coincide with the end face of the alumina cell, or alternatively, the end face may coincide with the center of the alumina cell.
【0057】上述、2種類以上の異なる細孔開始点を作
製するためには、集束イオンビームを用いる手法におい
ては、集束イオンビームの照射量、ビーム径、イオン照
射エネルギーなどの集束イオンビームの照射条件を制御
することで、細孔開始点の凹み形状や組成を制御するこ
とができる。プレスパターニングを用いる手法において
は、あらかじめプレスパターニングの形状を所望のもの
とすることで、細孔開始点の凹み形状の深さ、面積を制
御することができる。SPMを用いる手法においては、
短針をアルミに押し付ける力を制御することや短針の形
状を変えることなどにより細孔開始点の凹み形状、たと
えば深さや大きさを、制御することができる。他にも、
短針に電圧を印加することでアルミ表面を局所的に酸化
させる手法を適用することもでき、この場合には電圧、
時間などで細孔開始点の形状、組成を制御できる。In order to produce the above two or more different pore starting points, in the method using a focused ion beam, irradiation of the focused ion beam such as the irradiation amount of the focused ion beam, the beam diameter, and the ion irradiation energy is performed. By controlling the conditions, it is possible to control the concave shape and the composition of the pore starting point. In the technique using press patterning, the depth and area of the concave shape at the starting point of the pore can be controlled by previously setting the shape of press patterning to a desired shape. In the method using SPM,
By controlling the force of pressing the short hand against aluminum or changing the shape of the short hand, the concave shape at the pore starting point, for example, the depth and size can be controlled. Other,
A method of locally oxidizing the aluminum surface by applying a voltage to the short hand can also be applied. In this case, the voltage,
The shape and composition of the pore starting point can be controlled by time and the like.
【0058】これらの中でも、集束イオンビーム照射を
用いる手法は、レジスト塗布、電子ビーム露光、レジス
ト除去といったような手間のかかる工程は不必要であ
り、短時間で細孔開始点を形成することが可能であるこ
とや、被加工物に圧力をかける必要がないので、機械的
強度が強くない被加工物に対しても適用可能であるなど
の観点から特に好ましい。Among them, the method using focused ion beam irradiation does not require complicated steps such as resist coating, electron beam exposure, and resist removal, and can form the pore starting point in a short time. Since it is possible and it is not necessary to apply pressure to the workpiece, it is particularly preferable from the viewpoint of being applicable to a workpiece having low mechanical strength.
【0059】以下に集束イオンビームを用いた細孔開始
点の形成についてさらに説明する。集束イオンビームの
イオン種としては、液体金属イオン源である、Ga、S
i、Ge、Cs、Nb、Cuなどや、電界電離ガスイオ
ン源であるO、N、H、He、Arなどが挙げられる
が、陽極酸化による細孔形成に不都合がなければ、集束
イオンビームのイオン種は特に制限されるものではな
い。集束イオンビームのビーム径は5〜100Onm程
度の範囲のものが挙げられる。The formation of the pore starting point using the focused ion beam will be further described below. Ga, S, which is a liquid metal ion source, is used as the ion species of the focused ion beam.
i, Ge, Cs, Nb, Cu, etc., and O, N, H, He, Ar, etc., which are field ionization gas ion sources, can be used. The ionic species is not particularly limited. The beam diameter of the focused ion beam is in the range of about 5 to 100 nm.
【0060】集束イオンビームを用いた細孔開始点形成
には、図5(a)のように加工物にドット状に集束イオ
ンビームを照射する方法が挙げられる。この方法では、
あるドット位置31に集束イオンビームを滞在させた後
に、次のドット位置31に移動して集束イオンビームを
滞在させることを繰り返し行なう。他にも、図5(b)
のように被加工物に集束イオンビームを方向の異なる平
行なライン位置32に照射する方法が挙げられる。この
方法においては、ラインの交点33においてはその周囲
に比べて集束イオンビームが多く照射されるので、ライ
ンの交点33に細孔開始点を形成できる。For forming the pore starting point using a focused ion beam, a method of irradiating a workpiece with a focused ion beam in a dot shape as shown in FIG. in this way,
After the focused ion beam is made to stay at a certain dot position 31, the movement to the next dot position 31 to make the focused ion beam stay is repeated. In addition, FIG.
And a method of irradiating the workpiece with a focused ion beam to parallel line positions 32 having different directions. In this method, the focused ion beam is irradiated more at the intersection 33 of the line than at the periphery thereof, so that a pore starting point can be formed at the intersection 33 of the line.
【0061】ここで集束イオンビーム照射の多い位置が
細孔開始点になる理由であるが、イオン注入及びまたは
イオンエッチングによって周囲と異なる状態が被加工部
表面に形成され、それが陽極酸化の際の特異点となり陽
極酸化が進行すると推定される。また、先に述べたよう
に、細孔開始点の形状や組成は、イオン照射量、イオン
照射エネルギー、ビーム径などを制御することで制御可
能である。The reason why the position where the focused ion beam is frequently irradiated is the pore starting point is that a state different from the surroundings is formed on the surface of the workpiece by ion implantation and / or ion etching. It is presumed that anodic oxidation proceeds. Further, as described above, the shape and composition of the pore starting point can be controlled by controlling the ion irradiation amount, ion irradiation energy, beam diameter, and the like.
【0062】(c)細孔形成工程 図3(c)に示すように、上記被加工物を陽極酸化処理
を行うことで、アルミを主成分とする部位を陽極酸化ア
ルミナヘ変換する。(C) Step of Forming Pore As shown in FIG. 3 (c), by subjecting the workpiece to anodic oxidation, the portion mainly composed of aluminum is converted into anodized alumina.
【0063】本工程に用いる陽極酸化装置の概略を図6
に示す。図6中、7は被加工物、41は恒温槽、42は
Pt板のカソード、43は電解液、44は反応容器、4
5は陽極酸化電圧を印加する電源、46は陽極酸化電流
を測定する電流計である。図では省略してあるが、この
ほか電圧、電流を自動制御、測定するコンピュータなど
が組み込まれている。FIG. 6 schematically shows the anodic oxidation apparatus used in this step.
Shown in In FIG. 6, 7 is a workpiece, 41 is a thermostat, 42 is a cathode of a Pt plate, 43 is an electrolytic solution, 44 is a reaction vessel,
5 is a power supply for applying an anodizing voltage, and 46 is an ammeter for measuring an anodizing current. Although not shown in the figure, a computer for automatically controlling and measuring the voltage and current is incorporated.
【0064】被加工物7およびカソード42は、恒温水
槽により温度を一定に保たれた電解液中に配置され、電
源より被加工物、カソード間に電圧を印加することで陽
極酸化が行われる。The workpiece 7 and the cathode 42 are arranged in an electrolytic solution maintained at a constant temperature by a constant temperature water bath, and anodic oxidation is performed by applying a voltage between the workpiece and the cathode from a power supply.
【0065】陽極酸化に用いる電解液は、たとえば、シ
ュウ酸、りん酸、硫酸、クロム酸溶液などが挙げられる
が、陽極酸化による細孔形成に不都合がなければ特に限
定されるものではない。また各電解液に応じた陽極酸化
電圧、温度などの諸条件は、作製するナノ構造体に応じ
て、適宜設定することができる。Examples of the electrolytic solution used for anodic oxidation include oxalic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, and chromic acid solution, but are not particularly limited as long as there is no problem in forming pores by anodic oxidation. Various conditions such as anodizing voltage and temperature depending on each electrolytic solution can be appropriately set according to the nanostructure to be manufactured.
【0066】先に述べたように、陽極酸化の電圧と細孔
の間隔は相関を有するため、細孔開始点の配列に応じ
て、適当な陽極酸化条件を用いることで、工程(b)で
形成した細孔開始点2を反映した位置に、細孔3が形成
することができる。As described above, since the voltage of the anodic oxidation and the distance between the pores have a correlation, by using appropriate anodic oxidation conditions in accordance with the arrangement of the starting points of the pores, the step (b) can be performed. The pore 3 can be formed at a position reflecting the formed pore starting point 2.
【0067】引き続き、陽極酸化アルミナの細孔径制御
は、陽極酸化後に酸溶液に浸すポアワイド処理の条件で
行うことができる。ナノ構造体を酸溶液(たとえばリン
酸溶液)中に浸すポアワイド処理により、適宜、細孔径
を広げることができる。酸濃度、処理時間、温度などに
より所望の径の細孔を有するナノ構造体とすることがで
きる。Subsequently, the pore diameter of the anodic oxidized alumina can be controlled under the condition of a pore widening treatment of dipping in an acid solution after anodic oxidation. The pore diameter can be appropriately increased by a pore-wide treatment in which the nanostructure is immersed in an acid solution (for example, a phosphoric acid solution). A nanostructure having pores of a desired diameter can be obtained depending on the acid concentration, treatment time, temperature, and the like.
【0068】(d)領域形成工程 さらに(c)工程で作製したナノ構造体を適当な溶液、
たとえばリン酸などの酸溶液中に浸す処理により、図3
(d)のように、先の細孔開始点の配列及び種類に対応
してアルミナセルを選択的にエッチングすることができ
る。たとえば、細孔開始点の凹形状が深い部位のアルミ
ナセルは消失し、浅い部位ではアルミナセルが残存、領
域形成される。(D) Region forming step Further, the nanostructure produced in step (c) is
For example, by dipping in an acid solution such as phosphoric acid, FIG.
As shown in (d), the alumina cells can be selectively etched in accordance with the arrangement and type of the pore starting points. For example, the alumina cell at the deep concave portion at the pore starting point disappears, and the alumina cell remains at the shallow portion, forming a region.
【0069】このように、工程(b)で行つた細孔開始
点の形状や組成の制御によって、細孔、アルミナセルの
有無をセルサイズのレベルで領域形成したナノ構造体を
作製できる。たとえば図7(a)に示すように、2種類
の細孔開始点を形成することで、図7(a’)のような
アルミナセルの領域形成が可能である。他にも図8〜1
0(b),(c),(d)のような開始点の配置によ
り、それぞれ図8〜10(b’),(c’),(d’)
のようなアルミナセル領域形成が可能である。As described above, by controlling the shape and composition of the pore starting point performed in the step (b), it is possible to produce a nanostructure in which the presence or absence of pores and alumina cells is formed at the cell size level. For example, as shown in FIG. 7A, by forming two types of pore starting points, it is possible to form an alumina cell region as shown in FIG. 7A. 8 to 1
8 to 10 (b '), (c'), and (d ') by the arrangement of the starting points such as 0 (b), (c), and (d), respectively.
Can be formed.
【0070】細孔開始点の形状や組成に応じて、エッチ
ングレートが異なる理由については定かでないが、細孔
形成過程における各細孔底部の位置や反応速度が関与
し、アルミナセルの形状や組成に寄与していると思われ
る。The reason why the etching rate varies depending on the shape and composition of the pore starting point is not clear, but the position and reaction rate of each pore bottom in the pore formation process are involved, and the shape and composition of the alumina cell are affected. It seems to have contributed to
【0071】引き続き工程(e)として、さらに電着、
CVD、真空溶融導入などの手法で細孔内に機能性材料
を充填することができる。また、陽極酸化アルミナの下
地材料に適当な材料を選ぶことで下地と充填物の間で、
さまざまな電気的な接続が可能である。Subsequently, as step (e), further electrodeposition,
The functional material can be filled in the pores by a technique such as CVD or vacuum melting. In addition, by selecting an appropriate material for the base material of anodized alumina,
Various electrical connections are possible.
【0072】たとえば、アルミを途中まで陽極酸化した
場合には、図12(a)に示すように細孔底部と下地ア
ルミとの間に絶縁性のバリア層を有するために、この絶
縁層を介した電気的接続がなされる。For example, when aluminum is anodized partway, an insulating barrier layer is provided between the bottom of the pores and the underlying aluminum as shown in FIG. Electrical connection is made.
【0073】他にも下地として、TiやNbを用い、ア
ルミ膜を全膜厚にわたり陽極酸化した場合には、図12
(b)に示すように細孔底部バリア層内に導電性パスを
有し、この導電性パスを介した電気的接続がなされる。In addition, when Ti or Nb is used as a base and an aluminum film is anodized over the entire film thickness, FIG.
As shown in (b), there is a conductive path in the pore bottom barrier layer, and an electrical connection is made via this conductive path.
【0074】他にも下地として、Cu、Pt、n−Si
などを用いた場合には、図12(c)に示すように細孔
底部が貫通するため、直接的な電気的接続がなされる。In addition, Cu, Pt, n-Si
When such a method is used, since the bottom of the fine hole penetrates as shown in FIG. 12C, direct electrical connection is made.
【0075】[0075]
【実施例】以下に実施例をあげて、本発明を説明する。
図3の(a)〜(d)を用いて、以下の工程(a)〜
(d)を説明する。図3の(a)〜(d)はそれぞれ工
程(a)〜(d)に対応する。図3は、本発明のナノ構
造体の製造方法を示す断面図である。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples.
The following steps (a) to (d) will be described with reference to FIGS.
(D) will be described. 3A to 3D correspond to steps (a) to (d), respectively. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a nanostructure according to the present invention.
【0076】実施例1 本実施例においては、集束イオンビーム(FIB)によ
る細孔開始点形成手法を用いて、アルミナセルが六方格
子状に配列したナノ構造体を作製した例である。Example 1 In this example, a nanostructure in which alumina cells were arranged in a hexagonal lattice was produced using a technique of forming a pore starting point by a focused ion beam (FIB).
【0077】(a)被加工物準備 図3(a)に示すように、Si基板に厚さ100nmの
Nb膜を電子線蒸着法で成膜した基体13上に、さらに
500nmのAl膜12をスパッタ法で成膜したものを
被加工物7として準備した。(A) Preparation of Workpiece As shown in FIG. 3 (a), a 500 nm thick Al film 12 was further formed on a substrate 13 on which a 100 nm thick Nb film was formed on a Si substrate by electron beam evaporation. A workpiece 7 was prepared by sputtering.
【0078】(b)細孔開始点の形成工程 図3(b)に示すように、被加工物のアルミ表面に集束
イオンビームをドット状に照射し、細孔開始点を形成し
た。細孔開始点は、図7(a)に示すように、間隔10
0nmの六方格子配列とし、FIB照射条件の異なる2
種類の細孔開始点の形成を行なつた。ここで集束イオン
ビーム加工のイオン種はGa,加速電圧は30kV、イ
オンビーム径は30nm、イオン電流は3pAとした。
このとき、細孔開始点の種類は、集束イオンビームの照
射時間で制御した。第一の細孔開始点、第二の細孔開始
点の形成には、それぞれFIB照射時間を10mse
c、100msecとした。(B) Step of Forming Pore Start Point As shown in FIG. 3B, a focused ion beam was irradiated in a dot shape on the aluminum surface of the workpiece to form a pore start point. As shown in FIG.
0 nm hexagonal lattice array with 2 different FIB irradiation conditions
The formation of different types of pore starting points was performed. Here, the ion species for the focused ion beam processing was Ga, the acceleration voltage was 30 kV, the ion beam diameter was 30 nm, and the ion current was 3 pA.
At this time, the type of the pore starting point was controlled by the irradiation time of the focused ion beam. To form the first pore start point and the second pore start point, the FIB irradiation time was set to 10 msec each.
c and 100 msec.
【0079】(c)細孔の形成工程 図6の陽極酸化装置を用い、被加工物に陽極酸化処理を
施し、陽極酸化アルミナを形成した。酸電解液は0.3
mol/lシュウ酸水溶液を用い、恒温水槽により溶液
を3℃に保持し、陽極酸化電圧は40Vとした。陽極酸
化電流をモニタし、陽極酸化電流の減少により、アルミ
が全膜厚にわたりアルミナに置換されたことを確認し
た。(C) Step of Forming Micropores The workpiece was subjected to anodizing treatment using the anodizing apparatus shown in FIG. 6 to form anodized alumina. 0.3 for acid electrolyte
Using a mol / l oxalic acid aqueous solution, the solution was kept at 3 ° C. in a thermostatic water bath, and the anodizing voltage was 40 V. The anodic oxidation current was monitored, and it was confirmed that aluminum was replaced by alumina over the entire film thickness due to the decrease in anodic oxidation current.
【0080】(d)領域形成工程 次に、細孔開始点の種類に対応し、陽極酸化アルミナを
部分的に溶出させることで、図3(c)に示すように、
領域形成した。すなわち、5wt%リン酸溶液中に70
min間浸すことにより、第二の開始点を形成した領域
のアルミナセルをエッチングした。この処理は、ポアワ
イド処理を兼ねており、第一の開始点に対応した陽極酸
化アルミナの領域の細孔径が大きくなる。(D) Region forming step Next, the anodized alumina is partially eluted in accordance with the type of the pore starting point, as shown in FIG.
An area was formed. That is, 70% in a 5 wt% phosphoric acid solution.
By immersion for min, the alumina cell in the region where the second starting point was formed was etched. This treatment also serves as a pore widening treatment, and the pore diameter in the region of anodized alumina corresponding to the first starting point increases.
【0081】評価(構造観察) FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて観察し
たところ、第二の開始点に対応したアルミナセルは消失
し、第一の開始点に対応したアルミナセルのみが残存し
ていた。すなわち図7(a’)のように、細孔開始点の
種類を反映し、六方配列で規則的に配列した陽極酸化ア
ルミナが所望のパターンに領域形成されていた。細孔間
隔は100nm、細孔径約60nm、高さは500nm
であつた。Evaluation (Structural Observation) Observation with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) revealed that the alumina cell corresponding to the second starting point disappeared and that only the alumina cell corresponding to the first starting point disappeared. Had remained. That is, as shown in FIG. 7A, anodized alumina regularly arranged in a hexagonal arrangement was formed in a desired pattern, reflecting the type of pore starting point. The pore spacing is 100 nm, the pore diameter is about 60 nm, and the height is 500 nm
It was.
【0082】また、第一の開始点に対応して残存した陽
極酸化アルミナの端面は、アルミナセルの端面とほぽ一
致していた。陽極酸化前の状態で、細孔開始点をAFM
で観察したところ、アルミ膜表面に、凹形状の細孔開始
点が配列形成されていた。集束イオンビームの照射時間
により、第一の領域の開始点に比ベて、第二の領域の開
始点は凹形状の深さが深かつた。The end face of the anodized alumina remaining corresponding to the first starting point almost coincided with the end face of the alumina cell. Before the anodization, the pore starting point was
As a result, it was found that concave pore starting points were arrayed on the surface of the aluminum film. Due to the irradiation time of the focused ion beam, the starting point of the second region was deeper in the concave shape than the starting point of the first region.
【0083】これにより、細孔開始点を集束イオンビー
ム量を制御して、すなわち細孔開始点の形状を制御する
ことによりアルミナセルの有無を制御し、陽極酸化アル
ミナをアルミナセルを単位として領域形成できることが
分かる。Thus, the presence or absence of an alumina cell is controlled by controlling the amount of the focused ion beam, that is, by controlling the shape of the starting point of the pore, and the anodized alumina is divided into units of the alumina cell. It can be seen that it can be formed.
【0084】実施例2 本実施例は、プレスパターニングの手法を用いて六方配
列の陽極酸化アルミナを作製した例である。まず、以下
のようにして、2種類の突起が交互に周期的に六方格子
上に配列したプレスパターン用基板を作成した。Example 2 This example is an example in which hexagonally arranged anodized alumina was produced by using a press patterning technique. First, a press pattern substrate in which two types of protrusions were alternately and periodically arranged on a hexagonal lattice was prepared as follows.
【0085】電子ビーム露光装置を用い、シリコン基板
上に六方格子状に0.2μmの周期で約20nm径と約
40nm径の開口を有するレジストパターンを形成し
た。約20nm径の開口と約40nmの開口とは、図9
(c)の第一及び第二の細孔開始点の配列と同様に配列
している。この上に、蒸着装置を用いてクロムを蒸着
し、レジスト上のクロムをレジストと共に除去すること
により、約20nm径と約40nm径、高さ40nmの
2種類のクロムの突起を形成した。さらに、このクロム
をマスクとして、CF4 ガスを用いた反応性ドライエッ
チング法によりシリコン基板をエッチングし、さらに酸
素プラズマでクロムを除去して、径がそれぞれ約25n
mと約40nmで高さ60nmの2種類の突起が、0.
2μm周期で規則的に配列したプレスパターン用基板を
作製した。Using an electron beam exposure apparatus, a resist pattern having openings of about 20 nm diameter and about 40 nm diameter was formed on a silicon substrate in a hexagonal lattice pattern at a period of 0.2 μm. The opening having a diameter of about 20 nm and the opening having a diameter of about 40 nm are shown in FIG.
The arrangement is the same as the arrangement of the first and second pore start points in (c). On this, chromium was vapor-deposited using a vapor deposition device, and chromium on the resist was removed together with the resist, thereby forming two types of chromium projections having a diameter of about 20 nm, a diameter of about 40 nm, and a height of 40 nm. Further, using this chromium as a mask, the silicon substrate is etched by a reactive dry etching method using CF 4 gas, and the chromium is removed by oxygen plasma.
m and about 40 nm and two types of protrusions having a height of 60 nm have a thickness of 0.1 mm.
Press pattern substrates were regularly arranged at a period of 2 μm.
【0086】(a)被加工物準備 被加工物として純度99.99%、厚さ2mmのアルミ
ニウム板を過塩素酸とエタノールの混合溶液中での電界
研磨を行なったものを準備した。(A) Preparation of Workpiece A work piece was prepared by subjecting an aluminum plate having a purity of 99.99% and a thickness of 2 mm to electric field polishing in a mixed solution of perchloric acid and ethanol.
【0087】(b)細孔開始点の形成工程 上述の突起を形成したプレスパターン用基板を、工程
(a)を経たアルミニウム板上に置き、油圧プレス機を
用いて3×108Pa(3トン/cm2 )の圧力を加え
ることにより、アルミニウム板表面に細孔開始点を形成
した。細孔開始点のパターンは、プレスパターン基板の
形状を反映し、図9(c)に示すように、200nmの
六方格子状に2種類の細孔開始点が配列形成したものと
なる。(B) Step of Forming Pore Start Point The substrate for a press pattern on which the above-mentioned projections have been formed is placed on the aluminum plate that has undergone the step (a), and 3 × 10 8 Pa (3 By applying a pressure of ton / cm 2 ), pore starting points were formed on the surface of the aluminum plate. The pattern of the pore start points reflects the shape of the press pattern substrate, and as shown in FIG. 9C, two kinds of pore start points are arranged and formed in a hexagonal lattice of 200 nm.
【0088】(c)細孔の形成工程 実施例1と同様に陽極酸化をおこなった。但し陽極酸化
電圧は80Vとした。(d)領域形成工程 5wt%リン酸溶液中に140min間、陽極酸化アル
ミナを部分的に溶出させ、領域形成した。(C) Step of Forming Pore Anodization was performed in the same manner as in Example 1. However, the anodic oxidation voltage was 80V. (D) Region forming step Regions were formed by partially eluting anodized alumina in a 5 wt% phosphoric acid solution for 140 minutes.
【0089】評価(構造観察) FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて観察し
たところ、図9(c’)に示すように、第二の開始点に
対応したアルミナセルは消失し、第一の開始点に対応し
たアルミナセルは細孔開始点を反映して形成されてい
た。すなわち、アルミナセルの列が、等間隔に並んだ構
造をしていた。また、細孔の細孔径は約140nmであ
つた。Evaluation (Structural Observation) Observation with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) revealed that the alumina cell corresponding to the second starting point disappeared, as shown in FIG. The alumina cell corresponding to the first starting point was formed reflecting the pore starting point. That is, the structure was such that the rows of alumina cells were arranged at equal intervals. The pore diameter of the pore was about 140 nm.
【0090】陽極酸化前の状態で、細孔開始点をAFM
(原子間力顕微鏡)で観察したところ、アルミ膜表面
に、凹形状の細孔開始点が配列形成されていた。第一の
領域の開始点に比べて、第二の領域の開始点は凹形状の
大きさが大きかつた。Before the anodization, the starting point of the pore was determined by AFM.
Observation with an atomic force microscope revealed that concave pore start points were arrayed on the surface of the aluminum film. The starting point of the second area had a larger concave shape than the starting point of the first area.
【0091】これにより、細孔開始点の形状を制御する
ことによりアルミナセルの有無を制御し、陽極酸化アル
ミナをアルミナセルを単位として領域形成することがで
きた。このような、細孔体が等間隔に配列した構造は、
周期構造を光の波長と同程度にすることで、光学的性質
を制御することができる。すなわち、フォトニック結晶
としての応用が期待できる。As a result, the presence or absence of the alumina cell was controlled by controlling the shape of the pore starting point, and it was possible to form anodized alumina as a unit of the alumina cell. Such a structure in which the porous bodies are arranged at equal intervals,
By making the periodic structure approximately equal to the wavelength of light, optical properties can be controlled. That is, application as a photonic crystal can be expected.
【0092】実施例3 本実施例は、細線の先端に孤立した単一アルミナセルの
陽極酸化アルミナを作製した例である (a)被加工物準備 被加工物として純度99.99%、太さ25μm径のA
l細線の表面を過塩素酸とエタノールの混合溶液中での
電界研磨により鏡面加工を行なつたものを準備した。Example 3 This example is an example in which anodized alumina of a single alumina cell isolated at the tip of a fine wire was prepared. (A) Preparation of Workpiece Purity 99.99%, thickness as workpiece A with 25 μm diameter
A mirror-finished surface of the thin wire was prepared by electropolishing in a mixed solution of perchloric acid and ethanol.
【0093】(b)細孔開始点の形成工程 集束イオンビーム加工装置を用い、Al細線端部断面に
ドット状に集束イオンビーム照射を行ない、細孔開始点
を形成した。細孔開始点の配列は、間隔300nmの六
方格子配列とし、特異細孔開始点として第一の細孔開始
点と、その周囲を含めその他すべての第二の細孔開始点
を配した。(B) Step of Forming Pore Start Point Using a focused ion beam processing apparatus, a focused ion beam was irradiated in a dot shape on the cross section of the end portion of the Al fine wire to form a pore start point. The arrangement of the pore start points was a hexagonal lattice array with a spacing of 300 nm, and the first pore start point and all other second pore start points including the periphery thereof were arranged as specific pore start points.
【0094】ここで集束イオンビーム加工のイオン種は
Ga,加速電圧を25kV、滞在時間は30msec、
イオンビーム径は100nmとし、第一の細孔開始点、
第二の細孔開始点の形成には、それぞれの第一の照射条
件としてイオン電流は50pA、及び第二の照射条件と
してイオン電流は200pAを用いた。Here, the ion species of the focused ion beam processing is Ga, the acceleration voltage is 25 kV, the dwell time is 30 msec,
The ion beam diameter is 100 nm, the first pore starting point,
For the formation of the second pore starting point, an ion current of 50 pA was used as the first irradiation condition, and an ion current of 200 pA was used as the second irradiation condition.
【0095】(c)細孔の形成工程 図6の陽極酸化装置を用い被加工物に陽極酸化処理を施
し、図2(c)に示すように細孔体を形成した。酸電解
液は0.3mol/lリン水溶液を用い、恒温水槽によ
り溶液を3℃に保持し、陽極酸化電圧は120Vとし、
5minとした。(C) Step of forming pores The workpiece was subjected to anodizing treatment using the anodizing apparatus shown in FIG. 6 to form pores as shown in FIG. 2 (c). As the acid electrolyte, a 0.3 mol / l phosphoric acid aqueous solution was used, the solution was kept at 3 ° C. by a constant temperature water bath, the anodic oxidation voltage was set to 120 V,
5 min.
【0096】(d)領域形成工程 5wt%リン酸溶液中に250min間、陽極酸化アル
ミナを部分的に溶出させ、領域形成した。(D) Region forming step Anodized alumina was partially eluted in a 5 wt% phosphoric acid solution for 250 minutes to form a region.
【0097】評価(構造観察) FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて細線の
先端を観察したところ、第一の細孔開始点に対応したア
ルミナセルのみが残存し、他のアルミナセルは消失し
た。すなわち図1(a)のように、アルミ細線先端に単
一アルミナセルが孤立して存在した。アルミナセルの外
径は約300nm、細孔径は約150nm、高さは80
0nmであつた。Evaluation (Structural Observation) When the tip of the fine wire was observed by FE-SEM (field emission scanning electron microscope), only the alumina cell corresponding to the first pore starting point remained. Disappeared. That is, as shown in FIG. 1 (a), a single alumina cell was isolated at the tip of the aluminum fine wire. The outer diameter of the alumina cell is about 300 nm, the pore diameter is about 150 nm, and the height is 80.
It was 0 nm.
【0098】これにより、細孔開始点の形成条件である
イオンビームの電流値加の制御によって、基板上に孤立
したアルミナセルをパターニング形成できた。このよう
な単一アルミナセルは、細孔内に金属や誘電体を充填す
ることで、STMやSN0Mのプローブとして利用する
ことができる。Thus, by controlling the current value of the ion beam, which is a condition for forming the pore starting point, an isolated alumina cell could be formed on the substrate by patterning. Such a single alumina cell can be used as a probe for STM or SN0M by filling the pores with a metal or dielectric.
【0099】実施例4 本実施例においては、FIBによる細孔開始点形成手法
を用いて正方格子配列した陽極酸化アルミナを作成した
例である。Embodiment 4 This embodiment is an example in which anodized alumina having a square lattice array was formed by using a pore starting point forming technique by FIB.
【0100】(a)被加工物準備 被加工物として石英基板上に厚さ500nmのAl膜を
抵抗加熱法にて成膜したものを準備した。(A) Preparation of Workpiece A workpiece was prepared by forming an Al film having a thickness of 500 nm on a quartz substrate by a resistance heating method.
【0101】(b)細孔開始点の形成工程 Al膜に、集束イオンビームをスキャンし、75nm間
隔で平行なライン状の照射パターンを形成した。さら
に、この横ラインパターン形成に続いて、90度異なる
方向に、100nm間隔でライン状に照射することで、
縦ラインパターンを形成した。正方格子に配列した2つ
の縦横ラインの交点を細孔開始点として用いた。(B) Step of Forming Pore Start Point The focused ion beam was scanned on the Al film to form parallel linear irradiation patterns at intervals of 75 nm. Further, subsequent to the formation of the horizontal line pattern, by irradiating in a line shape at intervals of 100 nm in directions different by 90 degrees,
A vertical line pattern was formed. The intersection of two vertical and horizontal lines arranged in a square lattice was used as the pore starting point.
【0102】ここで集束イオンビームのイオン種はG
a,加速電圧は25kV、イオンビーム径30nm、イ
オン電流4pAとした。また縦ラインパターン形成時に
は、10行ごとに同一ラインの重ねスキャン回数を制御
した。すなわち、10行ごとに、1回スキャンの行と、
10回重ねスキャンの行を繰り返し形成した。Here, the ion species of the focused ion beam is G
a, The acceleration voltage was 25 kV, the ion beam diameter was 30 nm, and the ion current was 4 pA. In forming a vertical line pattern, the number of overlapping scans of the same line was controlled every 10 rows. That is, every ten rows, one scan row,
Rows of 10 scans were repeatedly formed.
【0103】(c)細孔の形成工程 実施例1と同様に陽極酸化、ポアワイド処理をおこなっ
た。ただし、酸電解液は0.3mol/l硫酸水溶液を
用い、恒温水槽により溶液を3℃に保持し、陽極酸化電
圧は25Vとした。(C) Step of forming pores Anodization and pore widening were performed in the same manner as in Example 1. However, a 0.3 mol / l sulfuric acid aqueous solution was used as the acid electrolyte, the solution was kept at 3 ° C. in a thermostatic water bath, and the anodic oxidation voltage was 25 V.
【0104】(d)領域形成工程 5wt%リン酸溶液中に40min間、陽極酸化アルミ
ナを部分的に溶出させ、領域形成した。(D) Region forming step Anodized alumina was partially eluted in a 5 wt% phosphoric acid solution for 40 minutes to form a region.
【0105】評価(構造観察) FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて細線の
先端を観察したところ、スキャン回数の少ない縦ライン
に対応するアルミナセルのみが残存した。これにより、
正方配列に配列した陽極酸化アルミナをアルミナセルを
単位として領域形成することができた。Evaluation (Structural Observation) When the tip of the fine wire was observed by FE-SEM (field emission scanning electron microscope), only the alumina cell corresponding to the vertical line with a small number of scans remained. This allows
Anodized alumina arranged in a square array could be formed as a region in units of alumina cells.
【0106】実施例5 本実施例は、細孔開始点間隔の異なる領域により、陽極
酸化アルミナの領域形成を行つた例である。Embodiment 5 This embodiment is an example in which regions of anodized alumina are formed by regions having different pore start point intervals.
【0107】(a)被加工物準備 実施例1に準じた。(A) Preparation of Workpiece According to the first embodiment.
【0108】(b)細孔開始点の形成工程 図5(b)に示すように、被加工物のアルミ表面にドッ
ト状に集束イオンビームを照射し、細孔開始点を形成し
た。細孔開始点の配列は、図7(a)に示すように間隔
100nmの六方格子配列とし、被加工物に集束イオン
ビームをドット状に照射することにより細孔開始点の形
成を行なった。また、集束イオンビームの照射パターン
の異なる2領域を形成した。第一の領域は開始点間隔を
100nm、第二の領域は開始点間隔を80nmとし
た。ここで集束イオンビーム加工のイオン種はGa,加
速電圧は30kV、イオンビーム径は30nm、イオン
電流は3pA、滞在時間を100msecとした。(B) Step of Forming Pore Start Point As shown in FIG. 5B, a focused ion beam was irradiated in a dot shape on the aluminum surface of the workpiece to form a pore start point. The arrangement of the pore start points was a hexagonal lattice arrangement with a spacing of 100 nm as shown in FIG. 7A, and the workpiece was irradiated with a focused ion beam in the form of dots to form the pore start points. In addition, two regions having different irradiation patterns of the focused ion beam were formed. The first region had a starting point interval of 100 nm, and the second region had a starting point interval of 80 nm. Here, the ion species for focused ion beam processing was Ga, the acceleration voltage was 30 kV, the ion beam diameter was 30 nm, the ion current was 3 pA, and the residence time was 100 msec.
【0109】(c)細孔の形成工程 図6の陽極酸化装置を用い被加工物に陽極酸化処理を施
し、陽極酸化アルミナを形成した。酸電解液は0.3m
ol/lシュウ酸水溶液を用い、恒温水槽により溶液を
3℃に保持し、陽極酸化電圧は40Vとした。陽極酸化
電流をモニタし、陽極酸化電流の減少により、アルミが
全膜厚にわたりアルミナに置換されたこと確認した。(C) Step of forming pores Anodizing treatment was performed on the workpiece using the anodizing apparatus shown in FIG. 6 to form anodized alumina. 0.3m for acid electrolyte
Using an ol / l oxalic acid aqueous solution, the solution was kept at 3 ° C. in a thermostatic water bath, and the anodizing voltage was 40 V. The anodic oxidation current was monitored, and it was confirmed that the aluminum was replaced by alumina over the entire film thickness due to the decrease in the anodic oxidation current.
【0110】(d)領域形成工程 次に、陽極酸化アルミナを部分的に溶出させることで、
領域形成した。5wt%リン酸溶液中に70min間浸
すことにより、第二の領域のアルミナセルをエッチング
した。この処理は、ポアワイド処理を兼ねており、第一
の開始点に対応した陽極酸化アルミナの領域の細孔径が
大きくなる。(D) Region forming step Next, anodized alumina is partially eluted to
An area was formed. The alumina cells in the second region were etched by immersing in a 5 wt% phosphoric acid solution for 70 minutes. This treatment also serves as a pore widening treatment, and the pore diameter in the region of anodized alumina corresponding to the first starting point increases.
【0111】評価(構造観察) FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて観察し
たところ、第二の領域に対応したアルミナセルは消失
し、第一の領域のアルミナセルのみが残存した。すなわ
ち、細孔開始点のパターンを反映し、六方配列で規則的
に配列した陽極酸化アルミナを領域形成することができ
た。細孔間隔は100nm、細孔径約60nm、高さは
500nmであつた。Evaluation (Structural Observation) Observation with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) revealed that the alumina cells corresponding to the second region disappeared and only the alumina cells in the first region remained. That is, it was possible to form regions of anodized alumina regularly arranged in a hexagonal arrangement, reflecting the pattern of pore starting points. The pore spacing was 100 nm, the pore diameter was about 60 nm, and the height was 500 nm.
【0112】また、第一の領域に対応して残存した陽極
酸化アルミナの端面は、アルミナセルの中央付近と一致
していた。これにより、細孔開始点パターン(配列)を
制御して、すなわち細孔開始点の形状を制御することに
よりアルミナセルの有無を制御し、陽極酸化アルミナを
アルミナセルを単位として領域形成できる事が分かる。Further, the end face of the anodized alumina remaining corresponding to the first region coincided with the vicinity of the center of the alumina cell. This makes it possible to control the presence / absence of alumina cells by controlling the pore start point pattern (arrangement), that is, by controlling the shape of the pore start points, and to form anodized alumina as a region in units of alumina cells. I understand.
【0113】実施例6 本実施例は、細孔内に磁性体を充填したナノ構造体を作
製した例である。実施例1の(a)〜(d)工程と同様
にして領域形成された陽極酸化アルミナを準備した。但
し、実施例1で記した細孔開始点の照射量の制御によ
り、陽極酸化アルミナは、細孔の数が10000個にな
るような領域とした。Embodiment 6 This embodiment is an example in which a nanostructure in which a magnetic material is filled in pores is manufactured. Anodized alumina in which regions were formed in the same manner as in the steps (a) to (d) of Example 1 was prepared. However, by controlling the irradiation amount at the pore starting point described in Example 1, the anodized alumina was set to a region where the number of pores was 10,000.
【0114】(e)細孔内への金属充填工程 次にNi金属電着を行うことにより、細孔内に充填材6
を充填した(図3(e)参照)。Ni充填は、0.14
mol/lNiSO4 、0.5mol/lH3BO3 か
らなる電解液中で、Niの対向電極と共に浸して電着す
ることでナノホール内にNiを析出させた。(E) Step of filling metal into pores Next, Ni metal electrodeposition is performed to fill the pores with the filler 6.
(See FIG. 3 (e)). Ni filling is 0.14
In an electrolytic solution consisting of mol / l NiSO 4 and 0.5 mol / l H 3 BO 3 , Ni was immersed together with a Ni counter electrode and electrodeposited to deposit Ni in the nanoholes.
【0115】評価 FE−SEMにて観察したところ、領域内すべての細孔
はNiで充填されており、太さ50nmのNiからなる
磁性ナノ細線が形成されていた。さらに、陽極酸化アル
ミナは所望のパターン、すなわち所望のアルミナセル数
で領域形成されていた。また、各ホール内の電着物は上
部にまで達し、互いに接続していた。Evaluation Observation by FE-SEM revealed that all pores in the region were filled with Ni, and magnetic nanowires of 50 nm in thickness formed of Ni were formed. Furthermore, the anodized alumina was formed in a desired pattern, that is, in a desired number of alumina cells. The electrodeposits in each hole reached the upper part and were connected to each other.
【0116】また、本実施例においては、細孔体底部に
電極(導電性膜)を有し、電極と充填物が電気的に接続
されている。そこで、ホール上まであふれて互いに接続
した電着物と、下地導電性膜を電極として、液体ヘリウ
ム温度において、磁気抵抗を測定したところ、磁場の強
さと方向に対して、磁気抵抗の変化が見られた。Further, in this embodiment, an electrode (conductive film) is provided at the bottom of the porous body, and the electrode and the filler are electrically connected. Then, when the magnetoresistance was measured at the liquid helium temperature using the electrodeposits connected to each other overflowing above the holes and the underlying conductive film as electrodes, a change in the magnetoresistance was observed with respect to the strength and direction of the magnetic field. Was.
【0117】本実施例の手法により、アルミナセルさら
には磁性細線の数や配列を厳密に制御できたため、所望
の感度、抵抗値を有する磁気抵抗素子として用いること
ができる。Since the number and arrangement of the alumina cells and the magnetic thin wires could be strictly controlled by the method of the present embodiment, it can be used as a magnetoresistive element having desired sensitivity and resistance.
【0118】実施例7 本実施例は、細孔内に誘電体としてPMMAを充填して
ナノ構造体を作製した例である。Example 7 This example is an example in which PMMA was filled as a dielectric in pores to produce a nanostructure.
【0119】本実施例においては、実施例1と同様な作
製方法により、100μm周期で陽極酸化アルミナが領
域形成されたナノ構造体を作製した。細孔配列は、30
0nm間隔の六方配列であり、陽極酸化アルミナの厚さ
は4μmとした。陽極酸化の条件は、電解質は0.3m
ol/lのリン酸溶液とし、電圧は120Vに設定し
た。In this example, a nanostructure having anodically oxidized alumina regions formed at a period of 100 μm was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1. The pore array is 30
Hexagonal arrangement at 0 nm intervals, and the thickness of anodized alumina was 4 μm. The condition of the anodization is 0.3 m for the electrolyte.
ol / l phosphoric acid solution, and the voltage was set to 120V.
【0120】引き続き、陽極酸化アルミナの細孔内及び
領域形成された陽極酸化アルミナの間隙にメタクリル酸
モノマーを導入し、60℃で焼成、重合することで、細
孔内にPMMAを充填した。Subsequently, a methacrylic acid monomer was introduced into the pores of the anodized alumina and into the gaps between the formed anodized aluminas, and calcined and polymerized at 60 ° C., thereby filling the pores with PMMA.
【0121】試料を断面方向に厚さ約50μm程度まで
薄片化し、透過スペクトルを測定したところ、陽極酸化
アルミナが消失した部分では可視域で十分な透過率を有
する一方で、陽極酸化アルミナが領域形成されている部
分では500〜600nmの波長付近に透過率の減少が
見られ、フォトニック結晶としての性質を示しているこ
とがわかつた。これにより、本発明が導波路や光記録媒
体を始めとする光デバイスに利用可能なことが分かる。When the sample was sliced in the cross-sectional direction to a thickness of about 50 μm and the transmission spectrum was measured, the portion where the anodized alumina had disappeared had a sufficient transmittance in the visible region, while the region where the anodized alumina formed In the portion where the wavelength is 500 nm to 600 nm, a decrease in the transmittance was observed, indicating that the portion exhibited properties as a photonic crystal. This indicates that the present invention can be used for optical devices such as waveguides and optical recording media.
【0122】実施例8 本実施例においては、ナノホール内に発光体の充填を行
つた例である。本実施例のナノ構造体は、実施例1と同
様な手法で作製した。Embodiment 8 This embodiment is an example in which a nanohole is filled with a luminous body. The nanostructure of the present example was manufactured in the same manner as in Example 1.
【0123】細孔配列は、250nm間隔の六方配列で
あり、10μm□に領域形成を行つた。また、下地導電
性膜にはCuを用いた。陽極酸化の条件としては、電解
質は0.3mol/lのリン酸溶液とし、電圧は100
Vに設定した。The pore arrangement was a hexagonal arrangement at 250 nm intervals, and regions were formed at 10 μm square. Cu was used for the underlying conductive film. The conditions for the anodization were as follows: the electrolyte was a 0.3 mol / l phosphoric acid solution;
V was set.
【0124】細孔形成工程を終えた試料を、60℃に保
持した硝酸亜鉛0.1mol/lの水溶液中で、白金の
対向電極と共に浸してAg/AgCl標準電極に対して
−0.8Vの電圧を印加することでナノホール内にZn
Oを堆積させた。The sample after the pore forming step was immersed together with a platinum counter electrode in an aqueous solution of 0.1 mol / l zinc nitrate kept at 60 ° C. to a voltage of −0.8 V with respect to the Ag / AgCl standard electrode. By applying a voltage, Zn
O was deposited.
【0125】そしてFE−SEMでこの試料の表面を観
察したところ、陽極酸化アルミナナノホールは規則的に
配列しており、陽極酸化アルミナナノホール内にはZn
Oが堆積していることが分つた。When the surface of this sample was observed by FE-SEM, the anodized alumina nanoholes were regularly arranged, and Zn was contained in the anodized alumina nanoholes.
It was found that O was deposited.
【0126】比較例として、ナノホールの存在しないC
u上に同様の条件でZnOを堆積した。本実施例のナノ
構造体をHe−Cdレーザー(波長325nm)を照射
したところ、比較例に比べて波長400nm付近に、強
度が大きく、スペクトル幅の狭い発光が観測された。本
実施例の結果より、細孔内に発光材料を充填することで
発光デバイスに利用可能なことが分かる。As a comparative example, C containing no nanoholes was used.
ZnO was deposited on u under the same conditions. When the nanostructure of this example was irradiated with a He-Cd laser (wavelength: 325 nm), light emission with a large intensity and a narrow spectrum width was observed near a wavelength of 400 nm as compared with the comparative example. From the results of this example, it can be seen that filling the light emitting material into the pores enables the light emitting device to be used.
【0127】[0127]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明には以下のよ
うな効果がある。 (1)本発明により、細孔開始点を制御して形成する手
法により、基体上にアルミナセルを単位として、アルミ
ナセルの有無をアルミナセル毎に独立に制御することが
できるため、任意のアルミナセル配列を領域形成するこ
とができる。 (2)本発明の領域形成は、リソグラフィー技術による
にレジスト塗布、パターン形成などを必要とせずに領域
形成可能である。さらに、陽極酸化前の細孔開始点形成
の段階で直描でアルミナセルの有無をパターニング潜像
をするため、リソグラフィーで必要なパターンとアルミ
ナセルの位置あわせをする必要がない。As described above, the present invention has the following effects. (1) According to the present invention, the presence / absence of an alumina cell can be independently controlled for each alumina cell in units of alumina cells on the substrate by a method of forming by controlling the pore starting point. A cell array can be formed in a region. (2) In the region formation of the present invention, the region can be formed without the necessity of resist coating, pattern formation, and the like by lithography technology. Furthermore, since a latent image is formed by patterning the presence or absence of an alumina cell directly at the stage of forming a pore starting point before anodization, there is no need to align the alumina cell with a pattern required by lithography.
【0128】(3)本発明の領域形成は、アルミナセル
を単位としてパターニングするため、パターン境界をア
ルミナセル側面に一致した構造を容易に作製できる。 (4)本発明のナノ構造体の細孔に誘電率の異なる材料
を充填することで光学材料として応用することができ
る。特に、細孔開始点の形状に記憶情報を対応させるこ
とで、光記録媒体として用いることができる。(3) In the region formation according to the present invention, patterning is performed in units of alumina cells, so that a structure in which the pattern boundaries coincide with the side surfaces of the alumina cells can be easily manufactured. (4) By filling the pores of the nanostructure of the present invention with materials having different dielectric constants, the nanostructure can be applied as an optical material. In particular, by associating the stored information with the shape of the pore starting point, it can be used as an optical recording medium.
【0129】(5)本発明のナノ構造体の細孔に、磁性
材料を充填することで磁性細線、磁場センサ、磁気記録
媒体などとして応用することができる。 (6)本発明のナノ構造体の細孔に、発光材料を充填す
ることで発光スペクトル幅の小さい発光素子、さらには
閾値の小さいレーザー素子などが実現できる。(5) By filling the pores of the nanostructure of the present invention with a magnetic material, the nanostructure can be applied as a magnetic wire, a magnetic field sensor, a magnetic recording medium and the like. (6) By filling the pores of the nanostructure of the present invention with a light-emitting material, a light-emitting element with a small emission spectrum width, a laser element with a small threshold, and the like can be realized.
【0130】また本発明は、陽極酸化アルミナの細孔体
をさまざまな形態で応用することを可能とするものであ
り、その応用範囲を著しく広げるものである。本発明の
ナノ構造体は、それ自体機能材料として使用可能である
が、さらなる新規なナノ構造体の母材、鋳型などとして
用いることもできる。Further, the present invention enables the porous body of anodized alumina to be applied in various forms, and greatly expands the range of application. The nanostructure of the present invention can be used as a functional material by itself, but can also be used as a base material, a template, and the like for further novel nanostructures.
【図1】本発明のナノ構造体の例を示す斜視図であり、
(a)は孤立アルミナセル、(b)はライン状アルミナ
セルを示す。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a nanostructure of the present invention;
(A) shows an isolated alumina cell, and (b) shows a linear alumina cell.
【図2】本発明のナノ構造体の例を示す斜視図であり、
(c)は分散孤立アルミナセル、(d)は領域形成陽極
酸化アルミナを示す。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a nanostructure of the present invention;
(C) shows a dispersed and isolated alumina cell, and (d) shows a region-formed anodized alumina.
【図3】本発明のナノ構造体の作製方法の一例を示す断
面図であり、(a)は被加工物準備、(b)は細孔開始
点形成、(c)は細孔形成、(d)は領域形成、(e)
は充填物充填を示す。3A to 3C are cross-sectional views illustrating an example of a method for producing a nanostructure of the present invention, in which (a) prepares a workpiece, (b) forms pore starting points, (c) forms pores, d) area formation, (e)
Indicates packing filling.
【図4】本発明のアルミナセル及び細孔の2次元配列を
示す図であり、(a)は正方配列、(b)は六方配列を
示す。FIG. 4 is a diagram showing a two-dimensional array of alumina cells and pores of the present invention, wherein (a) shows a square array and (b) shows a hexagonal array.
【図5】本発明の集束イオンビーム照射による細孔開始
点の形成の一例を示す図であり、(a)はドット状形
成、(b)はライン交差による形成を示す。5A and 5B are diagrams illustrating an example of formation of a pore starting point by irradiation of a focused ion beam according to the present invention, wherein FIG. 5A illustrates dot formation and FIG.
【図6】陽極酸化装置を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing an anodizing apparatus.
【図7】本発明の細孔開始点配列と陽極酸化アルミナの
領域形成を示す図であり、(a)は細孔開始点配列、
(a’)はアルミナセル配列を示す。FIG. 7 is a diagram showing a pore starting point array and the formation of regions of anodized alumina according to the present invention.
(A ') shows an alumina cell arrangement.
【図8】本発明の細孔開始点配列と陽極酸化アルミナの
領域形成を示す図であり、(b)は細孔開始点配列、
(b’)はアルミナセル配列を示す。FIG. 8 is a diagram showing a pore starting point arrangement and the formation of regions of anodized alumina according to the present invention;
(B ') shows an alumina cell array.
【図9】本発明の細孔開始点配列と陽極酸化アルミナの
領域形成を示す図であり、(c)は細孔開始点配列、
(c’)はアルミナセル配列を示す。FIG. 9 is a diagram showing a pore starting point array and the formation of regions of anodized alumina according to the present invention.
(C ') shows an alumina cell arrangement.
【図10】本発明の細孔開始点配列と陽極酸化アルミナ
の領域形成を示す図であり、(d)は細孔開始点配列、
(d’)はアルミナセル配列を示す。FIG. 10 is a view showing a pore starting point array and the formation of regions of anodized alumina according to the present invention;
(D ') shows an alumina cell arrangement.
【図11】陽極酸化アルミナの領域形成を示す図であ
り、(a)は本発明の領域形成、(b)はソグラフィー
による領域形成を示す。11A and 11B are diagrams showing the formation of regions of anodized alumina, wherein FIG. 11A shows the formation of regions according to the present invention, and FIG. 11B shows the formation of regions by lithography.
【図12】本発明の陽極酸化アルミナの下地材料に細孔
底部を示す断面図であり、(a)バリア層からなる細孔
底部、(b)は導電パスを有する細孔底部、(c)は貫
通した細孔底部を示す。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a pore bottom in a base material of the anodized alumina of the present invention, in which (a) a pore bottom formed of a barrier layer, (b) is a pore bottom having a conductive path, and (c). Indicates the bottom of the penetrated pore.
1 アルミ 2 細孔開始点 3 細孔 4 バリア層 5 アルミナセル 6 充填物 7 被加工物 8 基体 9 陽極酸化アルミナ 10 集束イオンビーム 11 アルミナセルの端面 12 Al膜 13 基体 14 開始点間隔 15 下地材料 18 導電パス 33 単位ベクトル 34 第一の細孔開始点 35 第二の細孔開始点 41 恒温槽 42 カソード 43 電解液 44 反応容器 45 電源 46 電流計 61 アルミナセルの非存在領域 62 リソグラフィーにより作製した陽極酸化アルミナ
非存在領域 63 陽極酸化アルミナ領域の端面DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum 2 Starting point of pore 3 Pores 4 Barrier layer 5 Alumina cell 6 Filling 7 Workpiece 8 Substrate 9 Anodized alumina 10 Focused ion beam 11 End face of alumina cell 12 Al film 13 Substrate 14 Starting point interval 15 Base material Reference Signs List 18 conductive path 33 unit vector 34 first pore start point 35 second pore start point 41 constant temperature bath 42 cathode 43 electrolyte 44 reaction vessel 45 power supply 46 ammeter 61 non-existent area of alumina cell 62 prepared by lithography Anodized alumina non-existing area 63 End face of anodized alumina area
Claims (20)
る細孔体を具備するナノ構造体において、該領域形成さ
れたアルミナからなる細孔体は、細孔を有するアルミナ
セルを単位構造とした構造を有し、該アルミナセルを単
位として該基体上に領域形成されていることを特徴とす
るナノ構造体。1. A nanostructure having a porous body made of alumina formed in a region on a substrate, wherein the porous body made of alumina formed in the region has an alumina cell having pores as a unit structure. A nanostructure having a structure, wherein a region is formed on the substrate in a unit of the alumina cell.
ナを具備するナノ構造体において、該領域形成された陽
極酸化アルミナは細孔を有するアルミナセルを単位構造
とした構造を有し、該アルミナセルを単位として該基体
上に領域形成されていることを特徴とするナノ構造体。2. A nanostructure comprising an anodized alumina region formed on a substrate, wherein the anodized alumina region has a structure having an alumina cell having pores as a unit structure. A nanostructure characterized in that a region is formed on the substrate in units of cells.
域端面がアルミナセルの端面に―致することを特徴とす
る請求項2に記載のナノ構造体。3. The nanostructure according to claim 2, wherein an end face of the region of the anodized alumina formed in the area contacts an end face of the alumina cell.
非存在領域が、該アルミナセルを単位格子とした2次元
格子座標で指定できることを特徴とする請求項2に記載
のナノ構造体。4. The nanostructure according to claim 2, wherein the existence region or the non-existence region of the anodized alumina can be designated by two-dimensional lattice coordinates using the alumina cell as a unit lattice.
非存在領域が、該アルミナセルを単位格子とした2次元
六方格子座標で指定できることを特徴とする請求項2に
記載のナノ構造体。5. The nanostructure according to claim 2, wherein the existence region or the non-existence region of the anodized alumina can be designated by two-dimensional hexagonal lattice coordinates using the alumina cell as a unit cell.
る領域形成された陽極酸化アルミナを具備することを特
徴とする請求項2に記載のナノ構造体。6. The nanostructure according to claim 2, further comprising anodized alumina having a region formed of an isolated alumina cell on the substrate.
らなる領域形成された陽極酸化アルミナを具備すること
を特徴とする請求項2に記載のナノ構造体。7. The nanostructure according to claim 2, further comprising anodized alumina formed in a region formed of a row of alumina cells on the substrate.
する請求項2に記載のナノ構造体。8. The nanostructure according to claim 2, wherein the nanostructure has a filler in the pore.
と電気的に接続された電極を具備することを特徴とする
請求項2または8に記載のナノ構造体。9. The nanostructure according to claim 2, further comprising an electrode at the bottom of the alumina cell, the electrode being electrically connected to the filler in the pore.
ノ構造体の細孔内に充填物を有し、該充填物が発光機能
を有することを特徴とする発光デバイス。10. A light emitting device having a filler in pores of the nanostructure according to claim 1, wherein the filler has a light emitting function.
ノ構造体の細孔内に充填物を有し、該充填物が細孔体と
異なる誘電率を有することを特徴とする光学デバイス。11. An optical device having a filler in the pores of the nanostructure according to claim 1, wherein the filler has a dielectric constant different from that of the pores. .
ノ構造体の細孔内に充填物を有し、該充填物が磁性体で
あることを特徴とする磁性デバイス。12. A magnetic device having a filler in pores of the nanostructure according to claim 1, wherein the filler is a magnetic material.
ミナを具備するナノ構造体の製造方法であって、基体上
のアルミニウムを主とする部位に少なくとも2種類以上
の細孔開始点を形成する第一の工程と、該アルミニウム
を主とする部位を陽極酸化して陽極酸化アルミナを形成
する第二の工程と、該細孔開始点の種類に応じて陽極酸
化アルミナの一部を消失せしめることにより領域形成を
行う第三の工程を有することを特徴とするナノ構造体の
製造方法。13. A method for producing a nanostructure comprising anodically oxidized alumina regionally formed on a substrate, wherein at least two or more types of pore starting points are formed at a site mainly composed of aluminum on the substrate. A first step, a second step of anodizing the aluminum-based portion to form anodized alumina, and eliminating a part of the anodized alumina depending on the type of the pore starting point. A method for producing a nanostructure, comprising a third step of forming a region by using the method.
を有し、該細孔開始点を形成する第一の工程は該凹み形
状の異なる少なくとも2種類以上の細孔開始点を形成す
る工程であることを特徴とする請求項13に記載のナノ
構造体の製造方法。14. The pore starting point has a concave shape as compared with the surroundings, and the first step of forming the pore starting point forms at least two or more types of pore starting points having different concave shapes. The method for producing a nanostructure according to claim 13, wherein the step is performed.
は、該凹み形状の深さの異なる少なくとも2種類以上の
細孔開始点を形成する工程であることを特徴とする請求
項13または14に記載のナノ構造体の製造方法。15. The method according to claim 13, wherein the first step of forming the pore starting point is a step of forming at least two or more kinds of pore starting points having different depths of the concave shape. 15. A method for producing a nanostructure according to item 14.
射により作製されることを特徴とする請求項13乃至1
5のいずれかの項に記載のナノ構造体の製造方法。16. The method according to claim 13, wherein the pore starting point is formed by irradiating a Seito ion beam.
6. The method for producing a nanostructure according to any one of the above items 5.
ミナを具備するナノ構造体の製造方法であって、基体上
のアルミニウムを主とする部位に少なくとも2種類以上
の細孔開始点配列の異なる領域を形成する工程と、該ア
ルミニウムを主とする部位を陽極酸化して陽極酸化アル
ミナを形成する第二の工程と、該細孔開始点配列の異な
る領域に応じて陽極酸化アルミナの一部を消失せしめる
ことにより領域形成を行う第三の工程を有することを特
徴とするナノ構造体の製造方法。17. A method for producing a nanostructure comprising anodized alumina formed regionally on a substrate, wherein at least two or more types of pore starting point arrangements are different in a region mainly composed of aluminum on the substrate. A step of forming a region, a second step of forming anodized alumina by anodizing a portion mainly containing the aluminum, and a part of the anodized alumina according to a region having a different pore starting point arrangement. A method for producing a nanostructure, comprising a third step of forming a region by causing the region to disappear.
の細孔開始点間隔の異なる領域を形成する工程であり、
該第三の工程は該細孔開始点間隔の異なる領域に応じて
陽極酸化アルミナの一部を消失せしめる工程であること
を特徴とする請求項17に記載のナノ構造体の製造方
法。18. The first step is a step of forming at least two or more kinds of regions having different pore start point intervals.
18. The method for producing a nanostructure according to claim 17, wherein the third step is a step of eliminating a part of the anodized alumina according to the regions having different pore start point intervals.
射により作製されることを特徴とする請求項17または
18に記載のナノ構造体の製造方法。19. The method for producing a nanostructure according to claim 17, wherein the pore starting point is produced by irradiating a Seito ion beam.
の製造方法により作成されたことを特徴とするナノ構造
体。20. A nanostructure produced by the production method according to claim 13. Description:
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