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公開番号2025116514
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-08
出願番号2024010984
出願日2024-01-29
発明の名称金属ナノワイヤ製造方法および金属ナノワイヤデバイス
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人
主分類C30B 29/62 20060101AFI20250801BHJP(結晶成長)
要約【課題】高密度の金属ナノワイヤを製造する方法を提供する。
【解決手段】金属ナノワイヤの製造方法は、アルミニウムまたは金にアルミナおよびSiO₂の少なくとも一方を添加した薄膜を基板上に生成するステップS1と、薄膜を加熱するステップS3と、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
金属ナノワイヤの製造方法であって、
アルミニウムまたは金にアルミナおよびＳｉＯ
２
の少なくとも一方を添加した薄膜を基板上に生成するステップと、
と、
前記薄膜を加熱するステップと、を含むことを特徴とする方法。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記薄膜内に内部から表層に向かって粒径が増大する粒径の勾配を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粒径の勾配を形成するステップは、前記薄膜の表層にＦＩＢを照射するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記薄膜は、アルミニウムにアルミナを添加した薄膜であり、
前記アルミニウムの粒径は１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
前記薄膜の厚さは１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＦＩＢを照射するステップにおける注入ドーズ量は０．０５ｎＣ／μｍ
２
以上０．５ｎＣ／μｍ
２
以下であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱するステップにおける加熱温度は３００℃であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記加熱するステップでは、前記薄膜を室温から３００℃まで１５分かけて加熱し、その後温度３００℃を３時間維持し、その後室温になるまで自然冷却することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
基板と、
前記基板の上に生成された、アルミニウムまたは金にアルミナおよびＳｉＯ
２
の少なくとも一方を添加した薄膜と、
前記薄膜の表層から成長した金属ナノワイヤと、を含み、
前記薄膜の表層側には粒径の大きい粗粒層が形成され、前記薄膜の基板側に粒径の小さい細粒層が形成されていることを特徴とする金属ナノワイヤデバイス。
【請求項９】
アルミニウムまたは金にアルミナおよびＳｉＯ
２
の少なくとも一方を添加した薄膜を基板上に生成するステップと、
前記薄膜を加熱するステップと、を含む方法により作成されたことを特徴とする請求項８に記載の金属ナノワイヤデバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属ナノワイヤ製造方法および金属ナノワイヤデバイスに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
１次元ナノ材料の一種であるナノワイヤ（ＮＷ）は、基板表面からその外側に向けて結晶が髭状に成長したものである。半導体を材料とする半導体ナノワイヤの製造方法については、ＶＬＳ成長法などを利用したものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、アルミニウムなどの純金属を材料とする金属ナノワイヤは、電気伝導性と熱伝導性にすぐれる、接着能力が高い、展延性・焼結性に富む、体積強度比・環境負荷が少なくリサイクル性・補修性に優れる、といった顕著な特徴を持つことから、ナノテクノロジーにおける有望な材料の１つとして期待されている。しかしこうした金属ナノワイヤは、半導体ナノワイヤとは対照的に、材料を気相状態で与えながら１次元的な結晶成長を制御することが難しいことから、製造に成功した報告例は限られている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Zhang Guoqiang、俵毅彦、日比野浩樹、後藤秀樹、「自己触媒ＶＬＳ成長法によるＩｎＰ／ＩｎＡｓナノワイヤヘテロ構造」、日本結晶成長学会誌、Vol. 46, No. 2 (2019).
Blech, I.A., Petroff, P.M., Tai, K.L., Kumar, V.: "Whisker growth in Al thin films" Journal of Crystal Growth 32, 161.169 (1975).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献２に開示された技術は、応力誘起マイグレーションを用いてアルミニウムナノワイヤを垂直方向に成長させるものである。しかしこの技術で実現できるナノワイヤの面密度は高々２×１０
５
／ｃｍ
２
程度であり、実用的な１次元ナノ材料としては十分な密度とはいえない。
【０００６】
本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的は、高密度の金属ナノワイヤを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の方法は、金属ナノワイヤの製造方法であって、アルミニウムまたは金にアルミナおよびＳｉＯ
２
の少なくとも一方を添加した薄膜を基板上に生成するステップと、薄膜を加熱するステップと、を含む。
【０００８】
ある実施の形態では、本方法は、薄膜内に内部から表層に向かって粒径が増大する粒径の勾配を形成するステップをさらに含んでもよい。
【０００９】
ある実施の形態では、薄膜内に内部から表層に向かって粒径が増大する粒径の勾配を形成するステップは、薄膜の表層にＦＩＢを照射するステップを含んでもよい。
【００１０】
ある実施の形態では、薄膜は、アルミニウムにアルミナを添加した薄膜であってもよい。このとき、アルミニウムの粒径は１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、薄膜の厚さは１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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