JP2000254900A

JP2000254900A - 細孔を有する構造体の製造方法、該製造方法により製造された構造体

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Publication number: JP2000254900A
Application number: JP11353094A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Iwasaki; 達哉岩崎; Toru Den; 透田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2000-09-19
Anticipated expiration: 2019-12-13
Also published as: US6464853B1; JP4146978B2; US20030001150A1; US6790787B2; EP1020545A2; EP1020545A3

Abstract

(57)【要約】【課題】その構造を高度に制御した細孔を提供するこ
と。【解決手段】アルミニウムを主成分とする部材の上下
両面に、同一の材料からなる細孔配置規制部材を当接さ
せて配置する第１のステップと、前記アルミニウムを主
成分とする部材を陽極酸化することで、前記アルミニウ
ムを主成分とする部材を、前記細孔配置規制部材と前記
アルミニウムを主成分とする部材との界面に実質的に平
行な細孔を有するアルミナからなる細孔体へと変換する
第２のステップとを有する、細孔を有する構造体の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、細孔を具備する
ナノ構造体に関する。

【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１００ナノメータ（ｎ
ｍ）より微細な構造を有する材料（ナノ構造体）への関
心が高まっている。

【０００３】ナノ構造体の製造方法としては、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描画技術をはじめとする半導体加工
技術による作成が挙げられる。

【０００４】また、このような作成法のほかに、自然に
形成される規則的な構造、すなわち、自己規制的に形成
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、従来の方法を上回る微細で特殊
な構造を作成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。

【０００５】このような自己規制的手法として、ナノサ
イズの細孔を有するナノ構造体を容易に、制御よく作成
することができる陽極酸化が挙げられる。例えば、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
作成する陽極酸化アルミナが知られている。

【０００６】Ａｌ板を酸性電解質中で陽極酸化すると、
多孔質酸化皮膜が形成される（例えばR.C. Furneaux,
W.R. Rigby & A.P. Davidson NATURE Vol. 337 p147 (1
989)など参照）。この多孔質酸化皮膜の特徴は、図１０
に示すように、直径が数ｎｍ〜数百ｎｍの極めて微細な
円柱状細孔（ナノホール）１４が、数ｎｍ〜数百ｎｍの
間隔（セルサイズ）で平行に配列するという特異的な幾
何学的構造を有することにある。この円柱状の細孔１４
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。

【０００７】また、被膜の構造を、陽極酸化の条件によ
りある程度制御することが可能である。例えば、陽極酸
化電圧で細孔間隔を、時間で細孔の深さを、ポアワイド
処理で細孔径を、ある程度制御することが可能であるこ
とが知られている。さらには、細孔の配列を制御
した例として、益田らにより、適当な陽極酸化条件のも
とで陽極酸化をすることでハニカム状に配列した規則化
ナノホールを作成した例が報告されている（益田、固体
物理３１，４９３（１９９６））。

【０００８】ほかにも、絶縁体で挟まれたＡｌ膜を膜面
方向に陽極酸化し、細孔を列状に配列することを狙った
例が、益田らにより報告されている（Appl. Phys. Let
t. 63p.3155 (1993)。

【０００９】このような陽極酸化アルミナの特異的な幾
何学構造に着目した、様々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、応用例を列記してお
く。例えば、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、剥離した皮膜のフィルターへの
応用がある。さらには、ナノホール内に金属や半導体な
どを充填する技術や、ナノホールのレプリカ技術を用い
ることにより、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、をはじめとする様々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））

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】さきに述べた半導体加
工技術によるナノメートルスケールの構造体の作成は、
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成できる手法が望まれて
いる。

【００１１】このような観点から自己規則的手法、特に
アルミニウムの陽極酸化法は、ナノメートルスケールの
構造体を比較的容易に、制御よく作成することができ、
また、大面積に作成することが可能であることから望ま
しい。しかし、その構造制御性には限りがあったため、
その特異な構造を十分に生かした応用がなされているに
は至っていない。

【００１２】前述の規則化ナノホールにおいては、作成
し得る細孔の細孔間隔には制限があった。

【００１３】さらには、細孔の方向は、母材であるアル
ミニウムの形状に大きく左右されるという課題があっ
た。

【００１４】例えば、Ａｌが平板の形状においては、図
９ａ）に示すように細孔は表面に垂直方向に進行する
が、端部や曲面部においては図９ｂ）、ｃ）、ｄ）に示
すように細孔の進行とともに細孔の配列、方向が乱れて
しまう。特に、陽極酸化アルミナの各種デバイスへの応
用展開を考えると、基板上にパターニングして形成する
ことが望ましいが、パターン形成したＡｌ膜を陽極酸化
して陽極酸化アルミナを形成すると、Ａｌ膜の端部で図
８ａ）のように細孔配列が乱れてしまうという問題が生
じる。また、アルミニウム表面をマスク材で覆ってパタ
ーン形成した場合にも、図８ｂ）に示すように細孔配列
が乱れてしまう。

【００１５】本発明の目的はこれらの問題点に鑑み、よ
り高度にその構造を制御したナノ構造体を提供すること
である。

【００１６】すなわち本発明は、陽極酸化により作成さ
れる細孔を有する構造体における、細孔の配列、間隔、
位置、方向などを制御することを目的とするものであ
る。

【００１７】さらには、細孔の配列、間隔、位置、方向
などを制御することにより、新規なナノメートルスケー
ルの構造体、デバイスなどを得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明の
以下の製造方法により解決できる。

【００１９】すなわち、本発明の細孔を有する構造体の
製造方法は、アルミニウムを主成分とする部材の上下両
面に、同一の材料からなる細孔配置規制部材を当接させ
る第１のステップと、前記アルミニウムを主成分とする
部材を陽極酸化することで、細孔を形成する第２のステ
ップとを有することを特徴とするものである。

【００２０】また、本発明の別の態様は、基板上に、所
望のパターンを有するアルミニウムを主成分とする部材
と、前記アルミニウムを主成分とする部材のパターンの
外周に細孔配置規制部材を、当接させて配置する第１の
ステップと、前記アルミニウムを主成分とする部材を陽
極酸化することで、細孔を形成する第２のステップとを
有することを特徴とするものである。

【００２１】また、本発明の別の態様は、棒状のアルミ
ニウムを主成分とする部材の側面を細孔配置規制部材で
覆う第１のステップと、前記アルミニウムを主成分とす
る部材を陽極酸化することで、細孔を形成する第２のス
テップとを有することを特徴とするものである。

【００２２】あるいは、また、棒状の第１の細孔配置規
制部材の側面をアルミニウムを主成分とする部材で覆
い、さらに、前記アルミニウムを主成分とする部材を第
２の細孔配置規制部材で覆う第１のステップと、前記ア
ルミニウムを主成分とする部材を陽極酸化することによ
り、細孔を形成する第２のステップとを有することを特
徴とするものである。

【００２３】また、さらに、本発明の別の態様は、アル
ミニウムを主成分とする部材の上下両面に、第一および
第二の細孔配置規制部材を当接させる第１のステップ
と、前記アルミニウムを主成分とする部材を陽極酸化す
ることで、細孔を形成する第２のステップとを有し、こ
こで、少なくとも、前記第一あるいは第二の細孔配置規
制部材が導電性を有することを特徴とするものである。

【００２４】本発明の製造方法によれば、陽極酸化アル
ミナの細孔を、細孔配置規制部材とアルミニウム（最終
的には陽極酸化アルミナ）との界面に沿った方向に形成
することができる。さらには、基板上に所望のパターン
に形成したアルミニウム膜の周囲に接して細孔配置規制
部材を、適宜、配置しておくことで、方向が細孔配置規
制部材とアルミニウムの界面に沿った方向に制御された
細孔を有する陽極酸化アルミナをパターニングして形成
することができる。

【００２５】また、本発明において、細孔配置規制部材
として導電性材料を用いることで、細孔形成初期段階に
おける構造の制御性が高められ、最表面から深部まで形
状（細孔径など）の均一性に優れた細孔体を形成するこ
とができる。

【００２６】さらには、細孔配置規制部材の厚み、アル
ミニウムを主成分とする部材の厚み、陽極酸化電圧など
を適宜選択することで、細孔の配列ピッチや、細孔の直
径などを制御することができる。

【００２７】さらには、前記アルミニウムを主成分とす
る部材に細孔終端部材を配置することで、細孔を任意の
長さに均一性高く製造することができる。

【００２８】すなわち、本発明の製造方法によれば、ナ
ノサイズの直径を有する細孔の位置、長さ、ピッチ、方
向、パターンなどを制御することができる。

【００２９】さらには、上記製造方法により製造された
細孔に、金属、半導体などの機能材料を埋め込むことに
より形成した構造体は、新たな電子デバイスへと応用で
きる可能性がある。

【００３０】本発明は、陽極酸化アルミナを、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
クバンドをはじめとする光学素子、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、をはじめとする様々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。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１〜７及び図１０〜１３を用い
て、本発明の製造方法により製造される構造体の構成例
を示す。

【００３２】図１〜１３において、１１は基板、１２は
アルミニウム、１３は陽極酸化したアルミナ（細孔
体）、１４は陽極酸化アルミナ１３の一部に形成された
細孔（ナノホール）、１６は細孔配置規制部材である。

【００３３】ここで、本発明の陽極酸化アルミナ１３に
ついて説明しておく。この陽極酸化アルミナ１３は、Ａ
ｌとＯを主成分とし、図１０に示すように、多数の円柱
状の細孔（ナノホール）を有し、それぞれの細孔は互い
に実質的に平行かつほぼ等間隔に配置している。また、
各細孔は、図１ａ）に示すように三角格子状に配列する
傾向がある。細孔の直径２ｒは数ｎｍ〜数百ｎｍであ
り、隣り合う細孔の間隔（セルサイズ）２Ｒは数ｎｍ〜
数百ｎｍ程度、深さは１０ｎｍ以上である。細孔の間
隔、直径、深さは、陽極酸化に用いる電解液の濃度と温
度、及び、陽極酸化に用いる電圧の印加方法、電圧値、
時間、さらには、その後のポアワイド処理条件などのプ
ロセス諸条件である程度制御することができる。陽極酸
化アルミナ１３の厚さ、細孔の深さ（長さ）は、陽極酸
化時間、Ａｌの厚さなどで制御することができる。

【００３４】本発明の構造体としては、１）領域構成：細孔体の外周を細孔配置規制部材で囲う
ことで、細孔体の領域を規定する構成２）積層構成：細孔体及び細孔配置規制部材の膜を積層
した構成３）針状構成：針、棒の中心や周りに細孔体や細孔配置
規制部材を配置した構成、などが挙げられる。

【００３５】以下にそれぞれについて説明する。

【００３６】１）領域構成：領域構成とは、例えば図１
に示されるような構成が挙げられる。図１において、１
１は基板、１２はアルミニウム、１３は細孔体（陽極酸
化アルミナ）、１４は細孔（ナノホール）、１６は細孔
配置規制部材である。

【００３７】このような構造体は、例えば図１に示すよ
うに、基板上に配置された所望のパターンのアルミニウ
ムを主成分とする部材（Ａｌ膜）の外周（膜厚に相当す
る側面）を囲むように細孔配置規制部材を配置した基体
を陽極酸化することで作成できる。基体としてこのよう
な構成を採用することで、図１に示されるように細孔の
成長方向（長軸方向）は細孔配置規制部材と細孔体の界
面に平行な方向（膜厚方向）を有して配することができ
る。

【００３８】この方法によれば、パターン形成したアル
ミニウムを主成分とする部材を、単に、陽極酸化する
と、さきに述べたようにアルミニウムを主成分とする部
材の端部（外周部あるいは側面）で図８ａ）のように細
孔１４の配列が乱れてしまうが、本発明によれば、図８
ｃ）に示すように、基板上にパターニングされたアルミ
ニウムの側面（外周部）に細孔配置規制部材１６を配置
することで、パターン全域にわたり細孔の方向（長軸方
向）を、細孔配置規制部材とアルミニウムを主成分とす
る部材（最終的にはアルミナ）との界面に実質的に平行
に、換言すると、基板表面（主面）に対して実質的に垂
直に、配することができる。このような領域構
成は、細孔内へ金属、半導体、有機材料などの機能材料
の埋め込み技術を適用するなどして、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、電子放出素子などへの
応用が期待できる。

【００３９】２）積層構成：積層構成とは、例えば図２
に示されるような構成であり、基板表面（主面）上に、
細孔配置規制部材１６と細孔体（陽極酸化アルミナ１
３）の積層構造を有してなる。

【００４０】この構造体の製造方法の一例は、まず、基
板表面（主面）上にアルミニウムを主成分とする部材
（Ａｌ膜）と細孔配置規制部材を交互に積層すること
で、アルミニウムを主成分とする部材の表面を細孔配置
規制部材により被覆する。そして、その積層体の断面
（積層方向とは実質的に垂直方向の面あるいは厚み方向
の面）を陽極酸化する。前記陽極酸化によって、細孔１
４を、基板表面および、あるいは細孔配置規制部材とア
ルミニウムを主成分とする部材（最終的にはアルミナ）
との界面に対して実質的に平行な方向に、すなわち基板
表面（主面）に対して実質的に平行に、形成することが
できる。

【００４１】つまり、パターニングされたアルミニウム
を主成分とする部材の外周（表面）を細孔配置規制部材
によって覆い、細孔配置規制部材が覆っていない（露出
している）アルミニウムを主成分とする部材の面を陽極
酸化することで、細孔配置規制部材とアルミニウムを主
成分とする部材（最終的にはアルミナ）との界面に対し
て実質的に平行な方向に細孔を成長させるものである。
このため、形成された細孔は、パターニングされたアル
ミニウムを主成分とする部材の外形（最終的にはアルミ
ナ）に沿って、あるいは外周に実質的に平行な方向に、
配置することができる。

【００４２】尚、本構成においては、アルミニウムを主
成分とする部材（Ａｌ膜）の上下に細孔配置規制部材を
当接して配置する事になる。この時、上下に配置する細
孔配置規制部材は、同一の材料を用いることが好まし
い。なぜなら、上下に異なる材料の細孔配置規制部材を
配置する場合、その材料の種類によっては、陽極酸化時
におけるアルミニウム表面に生じる電界分布に非対称性
が生じる。そのため、作製される細孔の形状が、膜厚方
向において非対称なものとなってしまう場合が有るから
である。このため、本構成の細孔を有する構造体を形成
する場合は、例えば、基板上にまず、細孔配置規制部材
を配置し、その上に、Al膜、さらに、基板上に形成した
細孔配置規制部材と同一材料の細孔配置規制部材を上記
Al膜上に積層するのが好ましい。また、基板材料と、細
孔配置規制部材とを同一の材料としても良い。この場合
には、基板表面上に、Al膜を積層し、さらに、基板材料
と同一材料の細孔配置規制部材を上記Al膜上に積層する
のが好ましい。

【００４３】また、本形態によれば、アルミニウムを主
成分とする部材の陽極酸化される表面領域がアルミニウ
ムを主成分とする部材の膜厚で制御することができる。
そのため、陽極酸化アルミナの細孔周期に対応した数１
０〜数１００ｎｍのサイズの表面領域を膜厚制御により
比較的容易に作製できるという利点がある。

【００４４】また、細孔の成長方向も、基板上に形成す
るアルミニウムを主成分とする膜（最終的にはアルミナ
膜）のパターンに沿って形成することができるため、多
様な細孔の構造を作ることができる。

【００４５】細孔の間隔、直径、深さ（長さ）は、陽極
酸化に用いる電解液の濃度と温度、及び、陽極酸化電圧
印加方法、電圧値、時間、さらには、その後のポアワイ
ド処理条件などのプロセス諸条件である程度制御するこ
とができる。

【００４６】Ａｌ膜及び細孔配置規制部材の厚さは、そ
れぞれ数ｎｍ〜数μｍの間で適宜設定可能である。細孔
配置規制部材の厚さにより、それぞれの細孔体間の距離
を設定することができる。すなわち、図２ｂ）、ｃ）の
ように細孔配置規制部材の厚さにより細孔体の長周期構
造を、陽極酸化条件により細孔の短周期構造（細孔間
隔）を制御することができる。このような制御により、
構造体の光学的な性質を制御することができる。

【００４７】また、細孔体は、Ａｌ膜厚及び陽極酸化電
圧を適宜設定することで、細孔体における細孔の列数、
細孔の間隔の制御が可能である。すなわち、陽極酸化ア
ルミナのセルサイズは電圧に依存して決めることができ
るため、このセルサイズに対応したＡｌ膜厚を設定する
ことが好ましい。例えば４０Ｖの陽極酸化の場合にはセ
ルサイズが１００ｎｍ程度であるので、Ａｌ膜を１００
ｎｍとすることで図２ａ）のようにほぼ一列に、Ａｌ膜
を１８０ｎｍ程度とすることで図２ｅ）に示すように２
列の細孔を有する細孔体を配することができる。このよ
うに、陽極酸化電圧とＡｌ膜厚を適当に設定すると、細
孔の配列をより規則的なものとすることができる。ほか
にも、図２ｄ）やｆ）のように、Ａｌにパターニングを
施し、複数の細孔体を配置することができる。

【００４８】このような積層構成は、細孔内へ金属、半
導体、有機材料などの機能材料の埋め込み技術を適用す
るなどして、量子細線、ＭＩＭ素子、光学素子などへの
応用が期待できる。

【００４９】３）針状構成（棒状構成）：針状構成と
は、例えば図３に示されるような構成であり、針状や棒
状などの所謂柱状の基体を用い、その断面を陽極酸化す
ることで作成され、細孔は針状（棒状）の基体の長軸方
向に成長した構成とすることができる。アルミニウムの
針（棒）の長手方向の外周（側面）を細孔配置規制部材
で覆った基体を用いた例（図３ａ）、ｂ））や、細孔配
置規制部材の針（棒）の長手方向の外周をアルミニウム
を主成分とする部材で覆い、さらに、該アルミニウムを
主成分とする部材の長手方向の外周（側面）を細孔配置
規制部材で覆った基体を用いた例（図３ｃ）などが挙げ
られる。また、このような棒状の基体の複数個を束ね、
エポキシなどで固めることによって基体とすることもで
きる。

【００５０】この構成は、細孔内へ金属、半導体、有機
材料などの機能材料の埋め込み技術を適用するなどし
て、量子細線、電気化学用微小電極、トンネリングマイ
クロスコープ用プローブ、分子センサー、電子放出素
子、などへの応用が期待できる。

【００５１】さらには、先に述べたように、アルミニウ
ムに接して細孔配置規制部材を配置すると細孔は細孔配
置規制部材に沿って成長する性質を利用し、細孔配置規
制部材を任意の形状に配置することで、細孔の成長する
方向（細孔の長軸方向）を例えば曲線状や矩形状など任
意の形状に、制御することができる。具体的には、たと
えば図１３に示す様に、Ａｌ膜（アルミニウムを主成分
とする部材）をパターニングし、Ａｌ膜の表面を細孔配
置規制部材で覆うことで、細孔の方向を制御し、図１３
ａ）、ｃ）、ｄ）に示すように、細孔の方向が非直線的
な構成（曲線状）とすることや、図１３ｂ）のように細
孔を分岐や融合させることができる。

【００５２】上記した本発明の細孔配置規制部材の材料
としては、絶縁体、半導体、導電体などを用いることが
でき、特に制限されるものではない。

【００５３】また、本発明に好ましく用いることのでき
る絶縁体としては、電気化学的に安定な無機物であるＳ
ｉＯ₂、Ａｌ₂０₃、ＳｉＮ、ＡｌＮや、エポキシ、ポリ
イミドなどの有機高分子が挙げられる。しかしながら、
細孔配置規制部材として絶縁体を用いた場合には、陽極
酸化初期に、該絶縁体表面の電位が不安定なためにアル
ミニウム表面で電位分布が乱れ、細孔の初期形成過程に
不安定要因を生む場合があった。

【００５４】そこで、細孔の成長をより安定に、より制
御性よくするためには、細孔配置規制部材としては、導
電性材料を用いることが好ましい。導電性を有する細孔
配置規制部材を用いることで、陽極酸化工程途中、細孔
配置規制部材を介して、細孔側面により安定な電位を保
持することができる。そのため、細孔の進行方向を所望
のもの、例えば直線性を良好なものとすることができ
る。これにより、再現性よく、細孔を細孔配置規制部材
とアルミニウムを主成分とする部材（最終的にはアルミ
ナ）との界面に沿って配列することができる。

【００５５】しかしながら、上記細孔配置規制部材に貴
金属、鉄族などの金属を採用すると、陽極酸化工程にお
いて、電解液（水、酸など）の電気分解や細孔終端部材
の溶解に伴う大きな電流が流れてしまい、これに起因し
て構造体の損傷が生じる場合がある。

【００５６】そこで、本発明により好ましく用いること
のできる導電性の細孔配置規制部材としては、電気陰性
度が1.5〜1.8の範囲の元素を主成分とする導電性材料か
らなることが好ましく、その中でも、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗを主とする金属が好ましい。
さらには、この中でも、特に、酸化膜形成速度や、酸化
膜の絶縁性の観点からＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏを主成分とする
ことが望ましい。

【００５７】また、本発明に好ましく用いることのでき
る半導体の細孔配置規制部材としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ
をはじめとするｎ型半導体を適用すると、再現性よく細
孔を形成することができる。

【００５８】さらには、細孔配置規制部材として導電性
を有する材料を用いれば、新たな金属と細孔体をハイブ
リッドした構造体の実現が可能となり、材料選択の幅が
広がる。

【００５９】また、細孔配置規制部材として導電性を有
する材料を用いた場合には、図４に示すように、細孔配
置規制部材と陽極酸化アルミナの界面においては、細孔
配置規制部材が酸化される場合がある。そのため、細孔
配置規制部材の厚さを制御することによって、細孔配置
規制部材を全て酸化物へ変換させることや、界面の酸化
のみにとどめるなど、適宜その酸化の度合いを制御する
ことができる。特に、細孔配置規制部材を酸化物に変換
するには、材料にも依存するが、細孔配置規制部材の厚
さを陽極酸化アルミナのセルサイズよりも小さくするこ
とが好ましい。陽極酸化アルミナのセルサイズは陽極酸
化電圧に依存するため、陽極酸化電圧により、細孔配置
規制部材の酸化の程度を、ある程度制御することができ
る。

【００６０】このようにして、細孔体と、上記した絶縁
体、金属あるいは半導体との積層構造や、細孔体と上記
金属酸化物の積層構造、さらには細孔体と導電性材料と
絶縁性材料との積層構造などが適宜実現できる。

【００６１】また、図２に示した積層構成においては、
細孔体を隔てる細孔配置規制部材の厚さ、すなわち細孔
体間の距離（図２においてＤで示した）を１００ｎｍ以
下、好ましくは５０nm以下、さらに好ましくは２０nm以
下とすると、この部材で隔てられた細孔体の間で、細孔
の位置に相関を有し、互いに細孔位置を揃える傾向が生
じることから好ましい。細孔体間の距離をより狭めるこ
とにより、上層の細孔と下層の細孔とが半ピッチずれた
形態とすることができる。

【００６２】このように、陽極酸化条件により細孔の短
周期構造（細孔周期）を、細孔配置規制部材の厚さによ
り細孔体間隔、すなわち長周期構造を制御することがで
きる（図２ｂ）、ｃ）、e)参照）。そして、このような
構造制御によりナノ構造体の光学的な性質を制御するこ
とができる。特に、細孔体と絶縁部材を複数層積層する
ことや、細孔体周期を等間隔に配置すること、あるいは
細孔体周期を細孔径もしくは細孔周期の整数倍にするこ
とにより、光学的な性質が顕著に表われるため好まし
い。図２には細孔径、細孔周期、細孔体周期を記した。

【００６３】また、本発明においては、上記した構成に
加えてさらに、細孔の終端部を規定するために、図５に
示すように、細孔の成長を最終的に止めたい部位に細孔
終端部材１８を配置することができる。図５ａ）は領域
型、図５ｂ）は積層型の例である。この形態によれば、
陽極酸化の時間により制御することなしに、細孔の長さ
（深さ）を所望のものに揃えることができる。また、
細孔１４が細孔終端部材１８まで到達したことは、陽極
酸化時の電流プロファイルから判断することもできる。

【００６４】さらに、この形態によれば、細孔内に金
属、半導体などの材料を充填する場合において、充填材
料と細孔終端部材の電気的接続を良好なものとすること
ができる。

【００６５】そして、細孔終端部材１８の材料として
は、細孔内に金属、半導体などを充填することを考える
と、充填材と電気的な接続をとり、電極の役割を果たす
導電性を有する材料であることが好ましい。

【００６６】ところが、細孔終端部材１８として貴金属
や鉄族の金属を採用しようとすると、陽極酸化進行に伴
い細孔の底部のバリアー層（図１０参照）が細孔終端部
材１８に到達し、さらにバリアー層が溶解して細孔終端
部材１８が電解液と接触した際に、電解液（水、酸な
ど）の電気分解や細孔終端部材１８の溶解に伴う大きな
電流が流れてしまい、これに起因したナノ構造体の損傷
が生じてしまう場合がある。

【００６７】一方、細孔終端部材１８としてＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ金属や、ｎ型半導体などを
用いた場合には、安定してナノ構造体を作成できるため
好ましい。さらには、このような終端材料を配置する
と、細孔内の充填材料と細孔終端部材との間の良好な電
気的接続をとることができる。

【００６８】細孔終端部材１８と陽極酸化アルミナの界
面においては、細孔終端部材１８の一部が酸化されてい
る場合もある。

【００６９】以下、図６を用いて、前述した領域構成の
構造体を例に挙げて本発明の製造方法の一例について説
明する。

【００７０】図６ａ）〜ｃ）の順に追って説明する。以
下の工程ａ）〜ｃ）は、図６のａ）〜ｃ）にそれぞれ対
応している。

【００７１】ａ）基体作成：基板上に、Ａｌを主成分と
する膜１２及びＡｌを主成分とする膜１２の外周部に接
する細孔配置規制部材１６を適宜、パターン形成するこ
とで基体４１を作成する。また、必要であれば細孔終端
部材もパターン形成する。

【００７２】基板１１としては石英ガラスをはじめとす
るガラス基板やシリコン基板などの任意の基板が適用可
能である。Ａｌ膜及び細孔配置規制部材、細孔終端部材
の膜の成膜は、抵抗加熱蒸着、ＥＢ蒸着、スパッタ、Ｃ
ＶＤ、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。各Ａｌ膜、細孔配置規制部材のパターニングに
は、フォトリソグラフィーやＥＢ露光などの技術を用い
ることができる。

【００７３】ｂ）陽極酸化工程：上記基体４１に陽極酸
化処理を行うことで、アルミニウムを主成分とする膜１
２を酸化すると共に、細孔を形成する。

【００７４】本工程に用いる陽極酸化装置の概略を図１
２に示す。

【００７５】図１２中４０は恒温槽であり、４１は基
体、４３は電解液、４４は反応容器、４２はＰｔ板のカ
ソード、４６は陽極酸化電圧を印加する電源、４７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。

【００７６】基体４１及びカソード４２は、恒温水槽に
より温度を一定に保たれた電解液中配置され、電源より
試料、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。

【００７７】陽極酸化に用いる電解液は、例えば、シュ
ウ酸、りん酸、硫酸、クロム酸溶液などが挙げられる。
陽極酸化電圧、温度などの諸条件は、作成するナノ構造
体に応じて、適宜設定することができる。

【００７８】ｃ）ポアワイドニング処理：上記の陽極酸
化処理を行った基体を酸溶液（例えばリン酸溶液）中に
浸す本処理により、適宜、細孔径を広げることができ
る。酸濃度、処理時間、温度、により所望の細孔径を有
する構造体とすることができる。

【００７９】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体
的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定
されるものではない。

【００８０】（実施例１、２及び３並びに比較例１）ａ）基体作成：図１１ａ）に示すように、純度９９．９
９％のＡｌ板（１５×４０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）１２の表
面及び裏面に、細孔配置規制部材として、Ｔｉ（実施例
１）、Ａｕ（実施例２）及びＳｉＯ₂（実施例３）を、
それぞれ厚さ１μｍ蒸着して基体とした。比較例１とし
て蒸着を行わない試料を用意した。

【００８１】ｂ）陽極酸化：図１２の陽極酸化装置を用
い陽極酸化処理を施し、図１１ｂ）に示すように細孔体
を形成した。本実施例及び比較例においては、酸電解液
は０．３Ｍ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。

【００８２】本実施例においては、基体の側面部、すな
わち、Ａｌ板の厚み方向における側面から陽極酸化し、
細孔形成を行った。

【００８３】ｃ）ポアワイドニング処理：続いて、陽極
酸化処理後に５ｗｔ％リン酸溶液中に３０ｍｉｎ間浸す
本処理により、細孔（ナノホール）の径を広げた。

【００８４】評価（構造観察）：取り出したサンプルの
側面、断面をＦＥ−ＳＥＭ（Field Emission-ScanningE
lectron Microscope：電界放出走査型電子顕微鏡）にて
観察した。

【００８５】結果：実施例２においては、陽極酸化時に
Ａｕ部において、水分解とともに大きな電流が流れるた
めに、アルミニウムへの電圧印加が不十分となり、再現
よく陽極酸化処理を施すことができなかった。

【００８６】比較例１においては、アルミニウム板１２
の中央部においては板面に垂直な細孔が形成されてい
た。また、板の端部において図９ｂ）に示すように細孔
配列が乱れ、かつ細孔の直線性が悪かった。

【００８７】実施例１、３においては、図８ｃ）に示す
ように、板側面の中央部から板端部にわたり、アルミニ
ウム板の側面に実質的に垂直で、直線的な細孔が形成さ
れていた。細孔径はおよそ５０ｎｍ、細孔間隔は１００
ｎｍであった。特に実施例１においては、細孔の直線性
がより優れたものであった。

【００８８】（実施例４−１０及び比較例２−３）本実
施例は基板上にパターニングにより領域構成の構造体を
作成した例である。

【００８９】ａ）基体作成：石英基板上にＡｌ膜１２、
細孔配置規制部材１６としてのＮｂ膜が隣接したものを
図１４ａ）のように配置した。各Ａｌ膜、Ｎｂ膜はフォ
トリソグラフィーの技術を用いパターニングすることで
作成した。例えば、全面にＡｌ膜成膜後、レジストをパ
ターニングし、ドライエッチングでＡｌを部分的に除去
した後、Ｎｂを堆積し、引き続きレジストを剥離しＮｂ
をリフトオフすることで作成した。

【００９０】本実施例におけるＡｌ膜のパターニング形
状は１０ミクロン幅のライン状の形状である。Ａｌ膜の
膜厚は５００ｎｍとした。

【００９１】比較例２として、図１４ｂ）に示すよう
に、１０ミクロン幅のライン状にＡｌ膜のみを形成し、
細孔配置規制部材を配置しない基体を作成した。

【００９２】比較例３として、図１４ｃ）に示すよう
に、Ａｌ膜上に厚さ１００ｎｍのＳｉＯ₂マスク１６を
成膜し、開口部が１０ミクロン幅のライン状にパターニ
ングした基体を作成した。

【００９３】実施例５としては、細孔配置規制部材１６
としてＮｂの代わりに、Ｎｉを用いた。

【００９４】実施例６〜９として上記細孔配置規制部材
１６としてＮｂの代わりにＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ及びＭｏを
それぞれ用いた。

【００９５】さらに、実施例１０として、上記細孔配置
規制部材１６としてＮｂの代わりにＳｉＯ₂を用いた。

【００９６】ｂ）陽極酸化：図１２の陽極酸化装置を用
い陽極酸化処理を施した。

【００９７】本実施例においては、酸電解液は０．３シ
ュウ酸水溶液とし、恒温水槽により溶液を３℃に保持
し、陽極酸化電圧は４０Ｖを検討した。

【００９８】ｃ）ポアワイドニング処理：陽極酸化処理
後に５ｗｔ％リン酸溶液中に３０ｍｉｎ間浸す本処理に
より、ナノホールの径を広げた。

【００９９】結果：比較例２，３においては、それぞれ
図８ａ），８ｂ）に示すように、パターン端部において
細孔配列が乱れ、細孔の直線性が悪かった。

【０１００】実施例５においては、陽極酸化時にＮｉ部
において水分解と溶出に伴う大きな電流が流れるため
に、アルミニウムへの電圧印加が不十分となり、所望の
ナノ構造体を作成できなかった。

【０１０１】一方、実施例４においては、図６ｃ）に示
すように、パターン端部まで細孔が等間隔に配列し、細
孔の直線性も良好であった。細孔径はおよそ５０ｎｍ、
細孔間隔は１００ｎｍであった。細孔体側部とＮｂの界
面においてＮｂの一部が酸化されていた。

【０１０２】細孔配置規制部材としてＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ
及びＭｏをそれぞれ用いた実施例６〜９の場合には、実
施例４と同様に、図６ｃ）に示すように、パターン端部
まで細孔が等間隔に配列し、細孔の直線性も良好であっ
た。

【０１０３】また、実施例１０の細孔配置規制部材とし
てＳｉＯ２を用いたものについても、図６（ｃ）に示し
たように、細孔配置規制部材に沿って細孔が直線的に形
成されていたが、細孔の開端部（初期に形成される部
分）で若干の位置バラツキおよび形状の乱れが見られ
た。

【０１０４】（実施例１１−２６）本実施例は、積層構
造のナノ構造体を作成した例である。

【０１０５】ａ）基体作成：本実施例においては、基体
としてシリコン基板上にＡｌ膜と、Ａｌ膜上に細孔配置
規制部材としてＴｉ膜を交互に３層づつ積層配置した。
さらに、その上に、保護膜としてＳｉＯ₂を１００ｎｍ
堆積した（図１６参照）。Ａｌの膜厚はすべて１００ｎ
ｍとした。Ｔｉの膜厚は、それぞれ５ｎｍ（実施例１
１）、２０ｎｍ（実施例１２）、１００ｎｍ（実施例１
３）、２００ｎｍ（実施例１４）及び５００ｎｍ（実施
例１５）のものを作成し、実施例１１〜１５とした。次
に基板を切断することにより、積層膜の断面を形成した
（図１６）。

【０１０６】さらに、実施例１６〜２０においては、実
施例１３の膜厚１００ｎｍのＴｉに代えて、細孔配置規
制部材として、それぞれ厚さ１００ｎｍのＮｂ（実施例
１６）、Ｈｆ（実施例１７）、Ｔａ（実施例１８）、Ｍ
ｏ（実施例１９）及びＷ（実施例２０）を適用し、同様
な方法で積層膜の断面を形成した。

【０１０７】さらに、実施例２１においては、実施例１
３の膜厚１００ｎｍのＴｉに代えて、細孔配置規制部材
の代りに厚さ１００ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜を適用した。

【０１０８】また、実施例２２〜２６においては、実施
例１１から１５で用いたＴｉに代えてＳｉＯ₂を用い
た。ＳｉＯ₂の膜厚は、それぞれ５ｎｍ（実施例２
２）、２０ｎｍ（実施例２３）、１００ｎｍ（実施例２
４）、２００ｎｍ（実施例２５）及び５００ｎｍ（実施
例２６）である。

【０１０９】ｂ）陽極酸化：図１２の陽極酸化装置を用
い実施例１１から２６の基体を陽極酸化処理を施した。

【０１１０】本実施例においては、酸電解液は０．３Ｍ
シュウ酸水溶液とし、恒温水槽により溶液を３℃に保持
し、陽極酸化電圧は２０Ｖ及び４０Ｖを検討した。

【０１１１】ｃ）ポアワイドニング処理陽極酸化処理後に５ｗｔ％リン酸溶液中に２０ｍｉｎ間
浸す本処理により、ナノホールの径を広げた。

【０１１２】結果：積層膜断面をＦＥ−ＳＥＭ観察した
ところ、図１７に示すように、細孔が積層面に実質的に
平行に、かつ互いに実質的に平行に配列した細孔体を有
するナノ構造体を実現できた（図において、実際に形成
された細孔の数および配列形状は異なる）。

【０１１３】陽極酸化電圧が２０Ｖのときは、それぞれ
の細孔体（陽極酸化アルミナ）において、図２ｅ）のよ
うに細孔径３０ｎｍ程度の細孔がほぼ２列に配列してい
た。一方で、陽極酸化電圧が４０Ｖのときは、図２ａ）
〜ｃ）のように細孔径３０ｎｍ程度の細孔が１列に配列
していた。

【０１１４】細孔体の間隔（細孔体周期）は細孔配置規
制部材の膜厚により制御することができた。また、陽極
酸化電圧が２０Ｖ及び４０Ｖにおいて、細孔配置規制部
材であるＴｉ膜の厚さがそれぞれ２０ｎｍ以下、１００
ｎｍ以下の試料においては、Ｔｉはほぼ酸化チタンに変
換されており、Ｔｉ膜の厚さがそれ以上の厚さを有する
試料は、図４に示すように、細孔との界面においてＴｉ
の酸化物が形成されていることを確認した。さらに細孔
配置規制部材の膜厚が１００ｎｍ以下の試料において
は、隔てられた細孔体の間で、細孔の位置に相関が見ら
れ、互いに揃う傾向が見られた。

【０１１５】それぞれの試料の光学測定を行ったとこ
ろ、反射率の波長異存性に構造が見られ、その構造は細
孔配置規制部材の膜厚、陽極酸化電圧により変化した。
また、細孔配置規制部材としてＳｉＯ₂を用いた実施例
２２から２６については、細孔体周期が細孔径もしくは
細孔周期の整数倍の試料においては、波長依存性の構造
が顕著であった。

【０１１６】これにより、本実施例のナノ構造体は光学
材料として用いることができる可能性が示された。

【０１１７】細孔配置規制部材としてＮｂ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷをそれぞれ適用した実施例１６〜
２０に対しても、同様にナノ構造体を作成できた。特
に、Ｔｉ、Ｎｂ及びＭｏにおいては、細孔の配列が他に
比べて良好であった。

【０１１８】細孔配置規制部材としてＡｌ₂Ｏ₃を適用し
た実施例２１においては、細孔の初期形成部において細
孔形状が乱れている部分が見られた。しかし、細孔配置
規制部材に実質的に平行に細孔を形成できた。

【０１１９】また、細孔配置規制部材としてＳｉＯ₂を
用いた実施例２２から２６については、細孔配置規制部
材に沿って、細孔が直線的に形成されていたが、細孔の
開端部（細孔形成が初期に形成される部分）で若干の位
置バラツキおよび形状の乱れが見られた。

【０１２０】（実施例２７−２９）本実施例は、針状構
成のナノ構造体を作成した例である。

【０１２１】ａ）基体作成：実施例２７においては、Ｍ
ｏ線（太さ５０ミクロン）に厚さ６０ｎｍのＡｌ膜、さ
らに厚さ１００ｎｍのＴｉ膜を積層後、エポキシ樹脂を
用いてガラス管内に封入し、断面を研磨することで基体
とした。

【０１２２】実施例２８においては、１０本の太さ２５
ミクロンのアルミニウム線を束ね、エポキシ樹脂を用い
てガラス管内に封入し、断面を研磨することで基体とし
た。

【０１２３】実施例２９においては、Ａｌ線（太さ２５
ミクロン）に厚さ２００ｎｍのＮｂ膜を積層後、レジス
ト材で被覆した。該棒の先端を研磨することで断面を形
成し基体とした。

【０１２４】ｂ）陽極酸化：図１２の陽極酸化装置を用
い陽極酸化処理を施した。

【０１２５】本実施例においては、酸電解液は０．３Ｍ
硫酸水溶液とし、恒温水槽により溶液を３℃に保持し、
陽極酸化電圧は２５Ｖを検討した。

【０１２６】ｃ）ポアワイドニング処理：陽極酸化処理
後に５ｗｔ％リン酸溶液中に１５ｍｉｎ間浸す本処理に
より、ナノホールの径を広げた。

【０１２７】結果：実施例２７においては、図３ｃ）に
示すように、Ｔｉ棒の周りに陽極酸化アルミナの細孔が
ほぼ一列に配列しており、細孔は棒の長軸方向に延びて
形成することができた。

【０１２８】実施例２８及び２９においては、図３ｂ）
に示すように、棒の中心に細孔が配列しており、細孔は
棒の長軸方向に延びて形成することができた。実施例２
８では、さらに、図３ｂ）に示した細孔の集合体が、１
０本のアルミニウム線に対応して１０の領域に分散して
配置していた。

【０１２９】（実施例３０）本実施例は、細孔終端部材
を配置し、さらに細孔内に金属を充填した例である。

【０１３０】本実施例においては図７ａ）に断面図を示
すように、Ａｌ膜１２、細孔配置規制部材１６、細孔終
端部材１８を配置して基体とした。シリコン基板上にＡ
ｌ膜と、細孔配置規制部材としてのＴｉ膜の積層膜を作
成し、さらに保護膜としてＳｉＯ₂（不図示）を１００
ｎｍ堆積した。Ａｌの膜厚は１００ｎｍとし、Ｔｉの膜
厚は１００ｎｍとした。膜断面部は、プラズマエッチン
グにより作成した。細孔終端部材には厚さ５００ｎｍの
Ｔｉ膜を用いた。

【０１３１】実施例１０と同様に陽極酸化、ポアワイド
ニング処理を行った（図７ｂ）。陽極酸化時、電流の減
少により陽極酸化が細孔終端部材まで到達したことを確
認することができた。

【０１３２】さらにＮｉ金属電着を行うことにより、細
孔内に金属を充填した（図７ｃ）。

【０１３３】Ｎｉ充填は、０．１４ＭＮｉＳＯ₄と
０．５ＭＨ₃BO₃からなる電解液中で、ニッケルの対向
電極とともに細孔を形成した基体を浸して電着すること
で細孔内にＮｉを析出させた。

【０１３４】Ｎｉ充填前の試料のＦＥ−ＳＥＭ観察によ
り、細孔が細孔終端部材まで到達していることを確認し
た。すなわち、細孔終端部材を配置することで、細孔の
長さを制御することができた。Ｎｉ充填後のＦＥ−ＳＥ
Ｍ観察により、細孔はＮｉで充填されており、太さ〜４
０ｎｍのＮｉからなる量子細線が形成されていた。

【０１３５】（実施例３１）本実施例は、細孔配置規制
部材としてｎ型半導体を用いて実施例１１と同様に積層
構造のナノ構造体を作成した例である。尚、本例におい
ては、アルミニウム膜は１層であり、その表面を、基板
とNb膜で被覆した構成である。

【０１３６】ａ）基体作成：本実施例においては、抵抗
率１Ωｃｍのｎ型シリコン基板上にＡｌ膜を１層形成
し、さらにその上にＮｂ膜を形成し基体とした。Ａｌの
膜厚は１００ｎｍ、Ｎｂの膜厚は１００ｎｍとした。次
に、基板を切断することにより、積層膜の断面を形成し
た。

【０１３７】ｂ）陽極酸化：図１２の陽極酸化装置を用
い陽極酸化処理を施した。本実施例においては、酸電解
液は０．３Ｍシュウ酸水溶液とし、恒温水槽により溶液
を３℃に保持し、陽極酸化電圧は４０Ｖを検討した。

【０１３８】ｃ）ポアワイドニング処理：陽極酸化処理
後に５ｗｔ％リン酸溶液中に２０ｍｉｎ間浸す本処理に
より、ナノホールの径を広げた。

【０１３９】結果：断面をＦＥ−ＳＥＭ観察したとこ
ろ、細孔がシリコン基板表面とアルミニウム膜との界面
に沿って平行に一列に配列した細孔を複数有するナノ構
造体を実現できた。

【０１４０】（実施例３２）本実施例は、非直線的な細
孔を有するナノ構造体を作成した例である。

【０１４１】本実施例においては、Ａｌ膜は扇状を有し
てパターニングされ、そのＡｌ膜を覆うように細孔配置
規制部材１６としてＡｌ₂０₃膜を配置することで基体と
した。Ａｌ膜の厚さは１００ｎｍ、Ａｌ₂０₃膜の厚さは
５００ｎｍである．陽極酸化、ポアワイドニング処理
は、実施例１１と同様の条件で行った。作成されたナノ
構造体は、図１３ａ）に示すように、もとのＡｌの扇状
のパターンに併せて、すなわちＡｌ₂０₃膜との接触面に
沿った扇形状で、非直線的な細孔１４を、一列に配列し
た細孔体を有していた。

【０１４２】（実施例３３及び３４）本実施例は、図１
３ｃ）のように屈曲した細孔１４と細孔終端部材１８を
配置したナノ構造体を作成し、さらにその細孔内に金属
を充填した例である。

【０１４３】本実施例においては図１５ａ）に断面図を
示すように、Ａｌ膜１２、細孔配置規制部材１６、細孔
終端部材１８を配置して基体とした。細孔終端部材１８
には厚さ１００ｎｍのＮｂ膜、細孔配置規制部材１６に
は厚さ５００ｎｍのＳｉＯ₂膜（実施例３３）を用いた
ものと、厚さ５００ｎｍのＮｂ膜（実施例３４）を用い
たものを用意した。尚、Ａｌ膜１２の厚さは共に、１０
０ｎｍとした。

【０１４４】断面からみるとＡｌ膜１２は図１５ａ）の
ように屈曲部を有する。

【０１４５】陽極酸化、ポアワイドニング処理を実施例
１１と同様の条件で行った（図１５ｂ）。陽極酸化時、
電流の滅少により陽極酸化が細孔終端部材まで到達した
ことを確認することができた。

【０１４６】さらにＮｉ金属電着を行うことにより、細
孔１４内に金属を充填した（図１５ｃ）。Ｎｉ充填は、
０．１４ＭＮｉＳ０₄と０．５ＭＨ₃Ｂ０₃からなる電
解液中で、ニッケルの対向電極と共に浸して電着するこ
とで細孔１４内にＮｉを析出させた。

【０１４７】Ｎｉ充填前のＦＥ−ＳＥＭ観察により、細
孔１４が細孔終端部材１８まで到達していることを確認
した。また、細孔配置規制部材とＡｌ膜との界面に沿っ
て実質的に平行に細孔が形成されていた。細孔配置規制
部材としてＳｉＯ２を用いた実施例３３については、実
施例３４に比べて、細孔の初期形成部（細孔形成が開始
される部分）で若干の位置バラツキおよび形状の乱れが
見られた。

【０１４８】本実施例によれば、細孔終端部材１８を配
置することで、すなわち細孔１４の長さを制御すること
ができた。また、途中で細孔配置規制部材１６の形状に
応じて細孔１４が屈曲させることができる。

【０１４９】Ｎｉ充填後のＦＥ−ＳＥＭ観察により、細
孔はＮｉで充填されており、太さ４０ｎｍ以下のＮｉか
らなる屈曲した量子細線が形成されていた。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明した、本発明には以下のような
効果がある。

【０１５１】１）パターニングされた全域にわたり直線
性に優れた細孔を有する細孔体（陽極酸化アルミナ）を
形成することができた。

【０１５２】２）陽極酸化において形成される細孔の配
列、間隔、位置、方向などを任意に制御することができ
た。

【０１５３】３）細孔体と金属、及び、細孔体と金属酸
化物の積層構造を有する新規なナノ構造体を実現でき
た。

【０１５４】４）細孔の終端を規定することで、細孔の
長さ（深さ）を制御できた。

【０１５５】これらは、陽極酸化アルミナの細孔体を様
々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。

【０１５６】本発明の構造体は、それ自体機能材料とし
て使用可能であるが、さらなる新規な構造体の母材、鋳
型、などとして用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のナノ構造体（領域構成）を示す概念図
で、ａ）上方視図、ｂ）断面図である。

【図２】本発明のナノ構造体（積層構成）を示す概念図
で、ａ）、ｄ）、f)は斜視図、ｂ）、ｃ）、ｅ）は断面
図である。

【図３】本発明のナノ構造体（針構成）を示す概念図
（斜視図）である。

【図４】細孔体と細孔配置規制部材の界面を示す概念図
（断面図）である。

【図５】細孔端部に細孔終端部材を配したａ）、ｂ）二
つの場合のナノ構造体の概念図（断面図）である。

【図６】本発明のナノ構造体の製造プロセスの一例を示
す概念断面図で、ａ）基体を作成した図、ｂ）基体を陽
極酸化し、陽極酸化アルミナを形成した断面図、ｃ）ポ
アワイド処理により細孔径を広げた断面図である。

【図７】本発明のナノ構造体の製造プロセスの一例を示
す概念断面図で、ａ）基体を作成した図、ｂ）基体を陽
極酸化し、陽極酸化アルミナを形成した断面図、ｃ）細
孔内にＮｉを充填した断面図である。

【図８】パターニングしたアルミニウムを陽極酸化した
際のナノホール細孔配列を示す概念図で、ａ）パターニ
ングしたアルミニウムを陽極酸化した場合、ｂ）アルミ
ニウム表面をマスク材で覆ってパターン形成した場合、
ｃ）アルミニウムの側部に細孔配置規制部材を配置した
本発明の場合である。

【図９】アルミニウムの形状とナノホールの細孔の方向
との関係を示す概念図である。

【図１０】陽極酸化アルミナの概念図（斜視図）であ
る。

【図１１】実施例１の基本構成の概略図で、ａ）は基体
を、ｂ）は細孔体を形成したところを示す。

【図１２】陽極酸化装置の概略図である。

【図１３】本発明の非直線的な細孔を有するナノ構造体
を示すａ）、ｂ）、ｃ）、d)、４つの場合を示す図であ
る。

【図１４】実施例２、比較例２−１、２−２の基体構成
を示す概念図で、ａ）は実施例２、ｂ）は比較例２−
１、ｃ）は比較例２−２の場合である。

【図１５】本発明のナノ構造体の製造プロセスの一例を
示す概念断面図で、ａ）基体を作成した図、ｂ）基体を
陽極酸化し、陽極酸化アルミナを形成した断面図、ｃ）
細孔内に金属を充填した断面図である。

【図１６】本発明の製造プロセスの途中段階を示す模式
図である。

【図１７】実施例で作成した構造体の模式図である。

【符号の説明】

１１基板１２Ａｌを主成分とする膜１３陽極酸化アルミナ１４細孔１５充填材１６細孔配置規制部材１７界面酸化部１８細孔終端部材３１Ａｌ膜（板）３２バリア層３３セル４０恒温槽４１基体４２カソード４３電解液４４反応容器４６電源４７電流計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムを主成分とする部材の上下
両面に、同一の材料からなる細孔配置規制部材を当接さ
せる第１のステップと、前記アルミニウムを主成分とす
る部材を陽極酸化することで、細孔を形成する第２のス
テップとを有することを特徴とする細孔を有する構造体
の製造方法。
【請求項２】前記第２のステップが、前記アルミニウ
ムを主成分とする部材を、前記細孔配置規制部材と前記
アルミニウムを主成分とする部材との界面に実質的に平
行な細孔を有するアルミナからなる細孔体へと変換する
ステップであることを特徴とする、請求項１に記載の構
造体の製造方法。
【請求項３】前記第１のステップが、前記細孔配置規
制部材と前記アルミニウムを主成分とする部材とを交互
に複数層積層するステップであることを特徴とする、請
求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項４】前記細孔配置規制部材が、絶縁体である
ことを特徴とする、請求項１に記載の構造体の製造方
法。
【請求項５】前記細孔配置規制部材が、SiO₂、Al
₂O₃、SiN、AlN、エポキシ、ポリイミドの中から選択さ
れる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項４
に記載の構造体の製造方法。
【請求項６】前記細孔配置規制部材が、金属であるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項７】前記細孔配置規制部材が、Ti、Zr、Hf、
Nb、Ta、Mo、Wを主とする材料の中から選択される少な
くとも１種であることを特徴とする、請求項６に記載の
構造体の製造方法。
【請求項８】前記細孔配置規制部材が、半導体である
ことを特徴とする、請求項１に記載の構造体の製造方
法。
【請求項９】前記細孔配置規制部材が、ｎ型半導体で
あることを特徴とする、請求項８に記載の構造体の製造
方法。
【請求項１０】前記細孔配置規制部材が、n-Si、n-Ga
Asのいずれかであることを特徴とする、請求項９に記載
の構造体の製造方法。
【請求項１１】前記細孔配置規制部材の厚みが１００
nm以下であることを特徴とする、請求項１に記載の構造
体の製造方法。
【請求項１２】前記細孔配置規制部材の膜厚が５０nm
以下であることを特徴とする、請求項１１に記載の構造
体の製造方法。
【請求項１３】前記細孔配置規制部材の膜厚が２０nm
以下であることを特徴とする、請求項１１に記載の構造
体の製造方法。
【請求項１４】前記第１のステップが、さらに、前記
アルミニウムを主成分とする部材および前記細孔配置規
制部材の側面に、金属、もしくは半導体からなる細孔終
端部材を当接するステップを有することを特徴とする、
請求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項１５】前記細孔終端部材が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏを主とする金属、もしくはｎ型半
導体の中から選択された少なくとも１種の材料からなる
ことを特徴とする、請求項１４に記載の構造体の製造方
法。
【請求項１６】請求項１乃至１５のいずれか１項に記
載の製造方法により製造されたことを特徴とする構造
体。
【請求項１７】前記細孔体が、細孔の直径もしくは細
孔間隔の整数倍での間隔で複数層積層されていることを
特徴とする、請求項１６に記載の構造体。
【請求項１８】請求項１７に記載の構造体の細孔内
に、金属もしくは半導体材料を有することを特徴とする
構造体。
【請求項１９】基板上に、所望のパターンを有するア
ルミニウムを主成分とする部材と、前記アルミニウムを
主成分とする部材のパターンの外周に細孔配置規制部材
を、当接させて配置する第１のステップと、前記アルミ
ニウムを主成分とする部材を陽極酸化することで、細孔
を形成する第２のステップとを有することを特徴とする
細孔を有する構造体の製造方法。
【請求項２０】前記第2のステップが、前記アルミニ
ウムを主成分とする部材を、前記細孔配置規制部材と前
記アルミニウムを主成分とする部材との界面に実質的に
平行な細孔を有するアルミナからなる細孔体へと変換す
るステップであることを特徴とする、請求項１９に記載
の構造体の製造方法。
【請求項２１】前記細孔が、前記基板表面に対して実
質的に垂直に形成されることを特徴とする、請求項１９
に記載の構造体の製造方法。
【請求項２２】前記細孔配置規制部材が絶縁体である
ことを特徴とする、請求項１９に記載の構造体の製造方
法。
【請求項２３】前記前記細孔配置規制部材が、SiO₂、
Al₂O₃、SiN、AlN、エポキシ、ポリイミドの中から選択
される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項
２２に記載の構造体の製造方法。
【請求項２４】前記細孔配置規制部材が金属であるこ
とを特徴とする、請求項１９に記載の構造体の製造方
法。
【請求項２５】前記細孔配置規制部材が、Ti、Zr、H
f、Nb、Ta、Mo、Wを主とする材料の中から選択される少
なくとも１種であることを特徴とする、請求項２４に記
載の構造体の製造方法。
【請求項２６】前記細孔配置規制部材が半導体である
ことを特徴とする、請求項１９に記載の構造体の製造方
法。
【請求項２７】前記細孔配置規制部材がｎ型半導体で
あることを特徴とする、請求項２６に記載の構造体の製
造方法。
【請求項２８】前記細孔配置規制部材が、n-Si、n-Ga
Asのいずれかであることを特徴とする、請求項２７に記
載の構造体の製造方法。
【請求項２９】前記第１のステップが、さらに、前記
基板と前記アルミニウムを主成分とする部材との間に、
金属、もしくは半導体からなる細孔終端部材を配置する
ステップを有することを特徴とする、請求項１９に記載
の構造体の製造方法。
【請求項３０】前記細孔終端部材が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏを主とする金属、もしくはｎ型半
導体の中から選択された少なくとも１種の材料からなる
ことを特徴とする、請求項２９に記載の構造体の製造方
法。
【請求項３１】請求項１９乃至３０のいずれか１項に
記載の製造方法により製造されたことを特徴とする構造
体。
【請求項３２】請求項３１に記載の構造体の細孔内
に、金属もしくは半導体材料を有することを特徴とする
構造体。
【請求項３３】棒状のアルミニウムを主成分とする部
材の側面を細孔配置規制部材で覆う第１のステップと、
前記アルミニウムを主成分とする部材を陽極酸化するこ
とで、細孔を形成する第２のステップとを有することを
特徴とする細孔を有する構造体の製造方法。
【請求項３４】棒状の第１の細孔配置規制部材の側面
をアルミニウムを主成分とする部材で覆い、さらに、前
記アルミニウムを主成分とする部材を第２の細孔配置規
制部材で覆う第１のステップと、前記アルミニウムを主
成分とする部材を陽極酸化することにより、細孔を形成
する第２のステップとを有することを特徴とする細孔を
有する構造体の製造方法。
【請求項３５】前記第２のステップが、前記アルミニ
ウムを主成分とする部材を、前記細孔配置規制部材と前
記アルミニウムを主成分とする部材との界面に実質的に
平行な細孔を有するアルミナからなる細孔体へと変換す
るステップであることを特徴とする、請求項３３または
３４に記載の構造体の製造方法。
【請求項３６】前記細孔配置規制部材が絶縁体である
ことを特徴とする、請求項３３または３４に記載の構造
体の製造方法。
【請求項３７】前記前記細孔配置規制部材が、SiO₂、
Al₂O₃、SiN、AlN、エポキシ、ポリイミドの中から選択
される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項
３６に記載の構造体の製造方法。
【請求項３８】前記細孔配置規制部材が金属であるこ
とを特徴とする、請求項３３または３４に記載の構造体
の製造方法。
【請求項３９】前記細孔配置規制部材が、Ti、Zr、H
f、Nb、Ta、Mo、Wを主とする材料の中から選択される少
なくとも１種であることを特徴とする、請求項３８に記
載の構造体の製造方法。
【請求項４０】前記細孔配置規制部材が半導体である
ことを特徴とする、請求項３３または３４に記載の構造
体の製造方法。
【請求項４１】前記細孔配置規制部材がｎ型半導体で
あることを特徴とする、請求項４０に記載の構造体の製
造方法。
【請求項４２】前記細孔配置規制部材が、n-Si、n-Ga
Asのいずれかであることを特徴とする、請求項４１に記
載の構造体の製造方法。
【請求項４３】請求項３３または３４に記載の製造方
法により製造されたことを特徴とする構造体。
【請求項４４】請求項４３に記載の構造体の細孔内
に、金属もしくは半導体材料を有することを特徴とする
構造体。
【請求項４５】アルミニウムを主成分とする部材の上
下両面に、第一および第二の細孔配置規制部材を当接さ
せる第１のステップと、前記アルミニウムを主成分とす
る部材を陽極酸化することで、細孔を形成する第２のス
テップとを有し、ここで、少なくとも、前記第一あるい
は第二の細孔配置規制部材が導電性を有することを特徴
とする細孔を有する構造体の製造方法。
【請求項４６】前記第２のステップが、前記アルミニ
ウムを主成分とする部材を、前記導電性の細孔配置規制
部材と前記アルミニウムを主成分とする部材との界面に
実質的に平行な細孔を有するアルミナからなる細孔体へ
と変換するステップである、ことを特徴とする、請求項
４５に記載の構造体の製造方法。
【請求項４７】前記導電性の細孔配置規制部材が金属
であることを特徴とする、請求項４５に記載の構造体の
製造方法。
【請求項４８】前記導電性の細孔配置規制部材が、T
i、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Wを主とする材料の中から選択
される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項
４７に記載の構造体の製造方法。
【請求項４９】前記導電性の細孔配置規制部材が半導
体であることを特徴とする、請求項４５に記載の構造体
の製造方法。
【請求項５０】前記導電性の細孔配置規制部材がｎ型
半導体であることを特徴とする、請求項４９に記載の構
造体の製造方法。
【請求項５１】前記導電性の細孔配置規制部材が、n-
Si、n-GaAsのいずれかであることを特徴とする、請求項
４６に記載の構造体の製造方法。
【請求項５２】請求項４５乃至５１のいずれか１項に
記載の製造方法により製造されたことを特徴とする構造
体。
【請求項５３】請求項５２に記載の構造体の細孔内
に、金属もしくは半導体材料を有することを特徴とする
構造体。
【請求項５４】基板上に、細孔配置規制部材とアルミ
ニウムを主成分とする部材とを、交互に複数積層するス
テップ、前記アルミニウムを主成分とする部材を陽極酸
化することで、細孔を形成する第２のステップ、を有す
ることを特徴とする構造体の製造方法。
【請求項５５】前記第２のステップが、前記アルミニ
ウムを主成分とする部材を、前記細孔配置規制部材と前
記アルミニウムを主成分とする部材との界面に実質的に
平行な細孔を有するアルミナからなる細孔体へと変換す
るステップであることを特徴とする、請求項５４に記載
の構造体の製造方法。
【請求項５６】請求項５４乃至５５のいずれかに記載
の製造方法により製造されたことを特徴とする構造体。
【請求項５７】請求項５６に記載の細孔体の細孔内に
金属もしくは半導体材料を有することを特徴とする構造
体。