JP2012222019A - ナノワイヤの配列方法、及び分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の長さのナノワイヤを所定の向きに、所定の位置に配列させる方法、並びに所定の長さのナノワイヤを分離抽出する方法を提供する。
【解決手段】基板上の所定の位置にナノワイヤを配置するためのナノワイヤの配列方法であって、前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程とを順次行うことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナノワイヤの配列方法及び分離方法に関する。より詳細には、所定の長さのナノワイヤを所定の向きに、所定の位置に配列させる方法、並びに所定の長さのナノワイヤを分離抽出する方法に関する。

半導体加工技術の進展に伴い、従来の平面型スケーリングでは所定の特性を実現することが困難になっている。また設計寸法の縮小に伴い短チャネル効果等の要因も顕在化しつつあるため、単純な設計寸法縮小以外のブレークスルーが必要になっている。その中で、半導体のナノワイヤは、伝達特性の良いトランジスタを得られる可能性などから注目を集めている。加えて、非常に大きな表面体積比を有するという特徴から、センサへの応用面からも注目されている。ナノワイヤの作製技術としては、リソグラフィーとエッチングを用いて作製するトップダウン法と、ＶＬＳ（気相−液相−固相）法に代表されるボトムアップ法が挙げられる。ボトムアップ法を用いることによって、例えば、直径が５００ｎｍサイズ以下の円形の断面を有する単結晶半導体で、結晶欠陥密度の低いナノワイヤが得られる。これらはトップダウンによって作製されるナノワイヤでは得ることの困難な特性である。しかし、ボトムアップ手法は、その成長方位や位置制御の困難性から未だ半導体デバイスとしての実用化には至っていないのが実情である。デバイス化の手法として、成長させたナノワイヤを溶液中で超音波などの刺激によって基板から遊離させ、回収した後、別の基板上に塗布し、水平に配置した後両端に電極を形成するという手法が提案されている。この製法では、ナノワイヤは基板表面にランダムにレイアウトされるため、特性再現性良くデバイスを作製するのは困難である。これに対し、カーボンナノチューブ構造体の両端に官能基を修飾し、この官能基と選択的に結合する部位を基板上に設けることによって両端を固定化する技術が特許文献１に提案されている。

特開２００５−１０１３６３号公報

Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ ７５，０４５３３５、２００７ Ｌｉｅｂｅｒ．ｅｔ．ａｌ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００１、２６、ｐ６３０−６３３ Ｙ．Ｃｕｉ ｅｔ．ａｌ, Ｓｃｉｅｎｃｅ２９３、１２８９，２００１ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ９、ｎｏ１２、ｃ１８５、２００６

しかしながら、特許文献１に記載の従来の配列方法においては、固定する前に所定の長さのカーボンナノチューブを予め分画する必要がある。

本発明は、ナノワイヤを構成要素として用いる素子の作製歩留まりや特性の改善のため、所定の長さのワイヤを精査して抽出し、配列する方法を提案することを目的とする。

本発明の第１の発明は、
基板上の所定位置にナノワイヤを配置するためのナノワイヤの配列方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの配列方法である。

本発明の第２の発明は、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
前記対となる固定化部位の中間に、前記ナノワイヤと前記基板とを固定する中間固定部位を形成する工程と、
前記ナノワイヤの結合部位の少なくとも一部を除去する工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの分離方法である。

本発明のナノワイヤの配列方法を用いることで、所定の長さのナノワイヤを所定位置に制御良く配列させることが可能となる。また、所定の長さ以外のナノワイヤを効率的に除去できる。従って、ナノワイヤを構成要素として用いる素子の作製歩留まりや特性が改善される。

本発明で用いられるナノワイヤを模式的に示した図である。 第１の実施形態に係るナノワイヤの配列工程を説明する図である。 第１の実施例に係るナノワイヤＦＥＴの作製工程を説明する図である。 第１の実施例に係るナノワイヤＦＥＴの作製工程を説明する図である。 第１の実施例に係る両末端に結合部位を有するナノワイヤ作製工程を説明する図である。

本発明の好ましい実施形態について、詳細に説明する。

まず、本発明における配列方法、分離方法について述べた後に、各構成要素の形態について詳細に説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。

＜配列方法＞
（第１の実施形態）
本発明による配列方法の第１の実施形態は、基板上の所定位置にナノワイヤを配置するための配列方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの配列方法である。

図２の（ａ）−（ｆ）は、本発明における配列方法の第１の実施形態を最も良く表す図である。

図２（ａ）は、固定化部位１０２が対となっている固定化部位対１０３が基板１０１上の所定位置に配置されている工程を示した図である。固定化部位は、ナノワイヤ端部に設けられる結合部位と選択的に結合する材料で構成される。結合反応としてはビオチン−アビジン結合、金−チオール結合等が適用可能である。固定化部位はリソグラフィ等で容易にパターニング可能である。

本発明における固定化部位対１０３を構成する固定化部位１０２同士の間隔は、ナノワイヤの所定の長さに合わせて配置することができる。配置する方法として、例えば、後述するように、電子線リソグラフィーを用いて、所定の位置に、所定の形状で電極を配置することができる。

隣接する固定化部位対との干渉を避けるために、特定の固定化部位対１０３と隣接する他の固定化部位対１０３との間隔は、
条件Ａ：固定化部位対１０３を構成する固定化部位１０２同士の間隔よりも大きく設計されることが好ましい。

更には、
条件Ｂ：想定されるナノワイヤばらつき範囲における最大値よりも大きく設計されることが好ましい。

条件Ａ、Ｂを同時に満たす様レイアウト設計することで、隣接の固定化部位対１０３を跨ぐようにナノワイヤが固定化されることを防止できる。

尚、固定化部位対１０３を構成する固定化部位１０２同士の間隔は、基板上で同一である必然性はなく、前述の条件Ａ、条件Ｂを満たす限り複数の間隔を設けることが可能である。それにより、所定の位置に所定の長さのナノワイヤをレイアウトすることも可能である。

一方で、本発明に用いられるナノワイヤは、図１に示すように両末端に結合部位を有する必要がある。例えば、基板上で金触媒を介してＶＬＳ（ｖａｐｏｒ−ｌｉｑｕｉｄ−ｓｏｌｉｄ）法によりナノワイヤを成長する。次に、この基板を無電解金メッキ溶液に浸漬し超音波を照射して、ナノワイヤを基板から取り外し、触媒Ａｕと逆の末端にＳｉを露出させ、金を析出させる。この結果、両末端にＡｕを有するナノワイヤを得ることができる。

次に、作製したナノワイヤを分散させた溶液を作製する。ナノワイヤを分散させた溶液を調製することで、配列時におけるナノワイヤの凝集を防止し、ナノワイヤ各々を所定位置に配列することが可能となる。調製には、超音波等を用いて効率的に分散させることができる。また、溶液中に塩を加えたり、緩衝液を用いて溶液のｐＨを調整することで、ナノワイヤの凝集を防ぐことも可能である。

また、配列されたナノワイヤを電界効果型トランジスタ等のチャネルとして用いる場合、分散溶媒には純水、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、有機塩を含む溶媒を用いることが好ましい。これは、ナノワイヤ内へのアルカリ金属混入によるデバイス性能の低下を防止するためである。このようにして調製した分散溶液を図２（ｂ）に示すように基板１０１上に滴下する。その後、ナノワイヤ１０４〜１０６の端部結合部位がいずれかの固定化部位対１０２に結合され、図２（ｃ）の状態となるまでワイヤを分散させる。両者を効率的に結合させるために、アジテーターやスターラーを用いて分散液を攪拌する等の手法を用いることがより好適である。

この工程で、所定の長さよりも長いナノワイヤ１０４と、所定の長さよりも短いナノワイヤ１０６は、それぞれの一端のみが固定化部位１０２上に固定化され、所定の長さのナノワイヤ１０５が両末端固定される。

非特許文献１ に示されるように、ナノワイヤ成長速度は触媒径に依存する。

また、ナノワイヤを均一なサイズの長さＬの片持はりと近似し、超音波によって均一な圧力ｐが横方向から加わったと仮定した場合、根元からの距離ｘに対する曲げストレスＭ（ｘ）は

として表される。よって、曲げストレスは根元が最も強くなる。このことから、ナノワイヤも根元から破断する確率が高いと推測される。
よって、分散液中のナノワイヤの長さは成長直後のナノワイヤの長さと略等しく、成長速度に相関関係があると考えられる。

上記を総合して考えると、超音波で破断した分散液中のナノワイヤから、長さの類似したナノワイヤを選択することによって径も同様のナノワイヤが選択されると考えられる。

続いて、図２（ｄ）の、図中の矢印が示すように固定化部位対の相対する方向に対して略垂直に流体を流す。

本発明における流体とは、固定化部位対１０２の固定化部位同士が相対する方向に対して略垂直に流れる溶液、溶媒を意味する。本発明における流体を流す工程は、基板上に流路を設け、送液ポンプを用いて溶媒を流す方法や、基板を液相から気相へ取り出すことによって、任意の方向に溶媒を流す方法などを利用できる。本発明で用いられる流路は、リソグラフィーを用いて流路型を作製し、その型にポリマー材料を流し込み、硬化させることでも作製可能である。流路を構成する材料は、基板に対して接着性の高く、成形が容易な材料が好ましく、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などが挙げられる。流路上にインレット部とアウトレット部の穴を設け、これらにシリコンチューブを取り付け、送液ポンプにつなぐことで流路内に流体を流すことが可能となる。流路幅は、ナノワイヤが流路内で詰まることの無い、十分に広い幅であることが望ましい。例えば、０．１〜５．０ｍｍ幅の流路を用いることができる。例えば、非特許文献２に記載の方法を用いることで、ナノワイヤの向きを流体の流れる方向に揃えることが可能である。

本工程では、所定の長さよりも長いナノワイヤ１０４、及び短いナノワイヤ１０６は、流体の流れる方向に向きが揃えられる。一方で所定の長さのナノワイヤ１０５は両末端が固定されているため向きが変わらない。

本発明において、流路を用いて流体を流す場合は、流体として、揮発性が低く、且つ脱気された溶媒を用いることが望ましい。これにより、流路中での気泡の発生が防止され、流体を効率良くナノワイヤに接触させることができる。その結果、ナノワイヤの向きは再現良く揃う。脱気された溶媒は、溶媒を所定時間窒素バブリングすることによって調製される。

ナノワイヤの向きが揃うための流速は、上述の非特許文献２に記載の値を参考にできる。１μｍ以下の直径と１μｍ以上の長さのナノワイヤを流体によって向きを揃える場合、０．０１ｍ/ｓｅｃ以上の流速で流体を流すことによって、ナノワイヤの向きは流体の流れる方向に揃う。

以上の工程により、固定化部位の配列や間隔、及び流体の流れる向きを制御することで、所定の長さのナノワイヤのみ所定の位置、方向に固定化することができる。

更に、デバイス化する上では所定の長さ以外のナノワイヤは除去されることがより好ましい。そのために、図２（ｅ）に示すように、相対する固定化部位対１０２の中間にナノワイヤを基板と結合ならしめる中間結合部位１０７を形成する。この結合は物理的な結合力に因るものでも良いし、化学的な結合力に因るものであっても良い。

形成方法としては、例えば中間結合部位に該当する部位にナノワイヤを被覆しかつ基板に接続されるような膜を物理堆積させる方法等が適用できる。ＰＭＭＡ等のポリマーのコーティングも適用可能である。前述の通り、所定のナノワイヤ以外のナノワイヤが一端を固定された状態で基板上に残留しているため、中間固定部位形成はスピンコーティング等の手法を用いない工程であることが好ましい。具体的にはディスペンサーによる部分的ポリマー塗布や、ハードマスクを用いた絶縁膜、金属等のスパッタ、蒸着などが適用できる。また、ナノワイヤ表面と基板表面を光架橋する部位を形成しておき、中間固定部位のみ架橋反応の生じる光を照射する方法等も適用できる。この工程において、所定の長さより長いナノワイヤ１０４や所定の長さより短いナノワイヤ１０６は、対となっている固定化部位対１０２の相対する方向とは異なる向きに揃えられているため、中間固定部位の形成によって基板に固定化されない。

その後、図２（ｆ）に示すように、ナノワイヤの端部の結合部位の少なくとも一部を除去する。例えばナノワイヤ端面にＡｕが形成されている場合、ヨウ化カリウム液に浸漬することによってＡｕのみが選択的に溶解され、除去できる。この工程において、所定の長さのナノワイヤ１０５は中間固定部位で基板に固定されているが、所定の長さより長いナノワイヤ１０４や所定の長さより短いナノワイヤ１０６は基板との接続部位を消失する。引き続いて溶液、溶媒を基板上で流し置換することによって所定の長さより長いナノワイヤ１０４や所定の長さより短いナノワイヤ１０６が除去され、所定の長さのナノワイヤ１０５のみ所定の位置、方向に配列され、基板上に固定化される。

＜分離方法＞
（第２の実施形態）
本発明による第２の実施形態は、
所定の長さを有するナノワイヤを分離する方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
前記対となる固定化部位の中間に、前記ナノワイヤと前記基板とを固定する中間固定部位を形成する工程と、
前記ナノワイヤの結合部位の少なくとも一部を除去する工程と、
を順次行うことを特徴とするナノワイヤの分離方法である。

第２の実施形態においては、第１の実施形態に記載の方法と同様の方法により、所定の長さのナノワイヤ１０５のみ所定の位置、方向に配列した後に、引き続き中間固定部位を除去する。これにより所定のナノワイヤ１０５基板から分離される。例えば中間固定部位がＰＭＭＡ等のポリマーであった場合にはアセトンなどの有機溶剤でナノワイヤや基板にダメージを与えることなく中間固定部位を除去可能である。このようにして所定の長さのナノワイヤを分離抽出することができる。

＜基板＞
本発明で用いられる基板は、電極を設置可能な材料である限り、形状、構成等は特に限定されないが、配列されたナノワイヤを有する基板を電界効果型トランジスタ等のデバイスとして用いる場合、基板絶縁体からなる材料を用いることが望ましい。例えば、絶縁体として、ガラス、酸化物、炭化物、窒化物、高分子材料からなるプラスチック類などを用いることができる。また、基板が導電体や半導体であっても、その表面に前述のような絶縁体を成膜することによって適用可能である。

＜ナノワイヤ＞
本発明で用いられるナノワイヤとは、例えば材質は半導体、金属、誘電体、もしくはそれらの複合体からなる。半導体の材料としては、シリコン、ゲルマニウム等のIV属半導体、ＧａＡｓ等のIII−Ｖ属化合物半導体、ＩｎＰ等のII−VI属化合物半導体、ＳｉＣ等を用いることができる。金属の材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ等を用いることができる。誘電体としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いることができる。

ナノワイヤは、例えばＶＬＳ法を用いて形成可能である。
ＶＬＳ法には、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇなどから選択される少なくとも一種の材料であって、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃなどの後述するナノワイヤとなる半導体と共晶を形成する材料が適用できる。

触媒は、リフトオフ法や通常のリソグラフィーによるパターニングで形成できる。更には、金属微粒子を含む溶液（例えば、Ａｕコロイド含有溶液）を基板上に滴下することによっても形成可能である。触媒が溶融し液滴となった場合の粒径は２００ｎｍ以下であることが好ましい。後述のナノワイヤのＶＬＳ成長における過飽和がより好適に起こりうるためである。薄膜触媒を用いる場合には初期の膜厚とナノワイヤとなる半導体原料の供給前のアニール条件により、粒径は制御可能である。一方、コロイドを用いる場合には初期コロイド粒径と略等しい径のナノワイヤが得られる。

次に、触媒と共晶を作りうるナノワイヤの原料を供給し、触媒とナノワイヤとなる半導体が共晶状態を取りうる温度に基板を加温する。例えば触媒Ａｕによるシリコンナノワイヤ成長では３６３℃の共晶温度よりも高い温度とする。半導体原料には、ＳｉＨ_４、ＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＧｅＨ_４、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６などのナノワイヤを構成する原子を含むガスを用いることができる。また、ＰＬＤやスパッタなどの手法を用いて、蒸着源やターゲットであるところの固体の半導体原料からの気相による供給も適用可能である。半導体原料の供給により半導体種が触媒に溶け込み、共晶状態の溶融液滴となる。そして、半導体原料を供給し続けることによって溶融液滴は半導体種の組成比が過飽和に達し、半導体が結晶成長する。これが、いわゆるＶＬＳ成長法であり、この方法によりナノワイヤが得られる。

また、本発明で用いられるナノワイヤは、その直径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、更には５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。また長さは１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

＜流体＞
本発明で用いられる流体としては、揮発性が低く、且つ脱気された溶媒を用いることが望ましい。このような溶媒を用いることで、流路内における酸素の発生や気泡の発生が防止され、流体を効率良くナノワイヤに接触させることができる。例えば、本発明で用いられる流体としては、純水、金属塩緩衝水溶液、酢酸トリエチルアンモニウム塩などのカルボン酸誘導体とアンモニウム誘導体との塩を含む有機塩緩衝水溶液や、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオンなどの陽イオンとテトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオンなどの陰イオンから成るイオン液体、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、Ｎ−メチルピロリドンなど低揮発性有機溶媒などを用いることができる。脱気された溶媒は、溶媒を所定時間窒素バブリングすることによって調製される。

＜配列方法＞
（実施例１）
本実施例では、図３の（ａ）−（ｊ）を用いて、ナノワイヤの両末端に結合部位を有するナノワイヤを作製し、基板上に設置された固定化部位に、所定の長さを有するナノワイヤを配置させる手法を用いた電界効果型トランジスタセンサの作製について説明する。

（１−１）固定化部位を設置した基板の作製
図３（ａ）に示すように、酸化膜が形成されたシリコン基板２０１上に、公知のリソグラフィー工程を用いて基板上の所定の位置に所定の距離を離間させた固定化部位対２０２を形成する。具体的にはフォトレジスト（住友化学社製）でパターニングし、所定の形状、位置に開口部を形成する。その後、ＡＰＴＥＳ（Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）をエタノールで１０％希釈した溶液に浸漬した後、レジストをアセトンで除去することで固定化部位２０３が形成される。サブミクロン以下の幅にパターニングする場合は、電子線を用いてパターニングする（電子線リソグラフィー）。本実施例では固定化部位対の間隔を４０μｍとし、各々５００ｎｍの円形のＡＰＴＥＳパターン対を形成するものとする。併せて、隣接する固定化部位間を跨いで接続されることを防止するために、隣接固定化部位間の間隔は８０μｍ以上と設定する。

（１−２）ナノワイヤの固定化と配列
図３（ｂ）に示すように、両末端がＡｕで終端されたシリコンナノワイヤ２０４、２０５、２０６を含む分散液中に、（１−１）で形成した基板を浸漬する。ここで、ナノワイヤの長さは前述した触媒径のばらつきによって長さが異なるものとする。所定の長さより短いナノワイヤを２０６、所定の長さのナノワイヤを２０５、所定の長さより長いナノワイヤを２０４とする。両末端がＡｕで終端されたシリコンナノワイヤの形成手法は（１−ａ）で説明する。その後図３（ｃ）の様に、ナノワイヤの端部結合部位が基板上固定化部位に結合されるよう攪拌する。
その後、基板をナノワイヤを配置させる固定化部位の相対する方向と垂直方向に溶液中から引き上げることで図３（ｄ）の矢印に示すように液が基板上を流れ、所定の長さよりも長いナノワイヤ２０４及び所定の長さより短いナノワイヤ２０６は流れの方向に向きがそろえられる。一方で、所定の長さのナノワイヤ２０５は両端が固定されているため方向は変わらない。その後自然乾燥させることで、所定のナノワイヤのみが配列される。

（１−３）中間固定部形成
図３（ｅ）に示すように、（１−２）で作製された基板において、対となる固定化部位の概ね中間を被覆するような場所に中間固定化部位２０７を形成する。本工程では所定の長さより長いワイヤもしくは短いワイヤは基板上に一端のみ固定されている状況であるので、スピナーコーティング等の流体を流す手法を用いずに選択的に成膜できるプロセスが好ましい。本実施例ではディスペンサー（ＮａｎｏＭａｓｔｅｒ ＳＭＰ−III 武蔵エンジニアリング製）を用い、ポジ型フォトレジストｍａ−Ｐ１２７５（ＯＳＴＥＣＨ社製）を固定化部位の中間に２０μｍ径でコーティングする。引き続いて１００℃５分ベーキングでＰＭＭＡは固化される。レジストの密着性やディスペンス後の広がり低減のために、事前に基板はＵＶＯ３処理を施していることが望ましい。例えばＵＶ−３００Ｈ（ＳＵＭＣＯ社製）で１分程度処理すればよい。所定の長さのナノワイヤ２０５は相対する固定化部位を跨ぐように両末端が結合されているので、基板上にフォトレジストによって固定される。所定の長さ以外のナノワイヤの方向は固定化部位対の相対する方向と略垂直に揃えられているため、中間固定化部位形成には影響を受けない。

（１−４）結合部位除去
続いて、基板を金エッチング液ＡＵＲＵＭ−３０２（関東化学）に１分浸漬する。これによってナノワイヤ両末端のＡｕがエッチングされる。図３（ｆ）に示すように、（１−３）の固定において所定の長さのナノワイヤ２０５は中間固定部位２０７で基板に固定されているため基板からは遊離しないが、所定の長さよりも長いナノワイヤ２０４及び所定の長さより短いナノワイヤ２０６は基板との結合部位が消失するために、基板から遊離する。エッチング後エタノールでリンスすることによって、所定の長さより長いナノワイヤ２０４及び短いナノワイヤ２０６は基板上から除去される。

（１−５）配線、電極形成
続いて、図３（ｇ）に示すように、ナノワイヤ両端を被覆するように電極２０８を形成する。公知のリソグラフィ技術で両端を露出させ、５％希釈フッ酸に１分浸漬しナノワイヤ表面の自然酸化膜を除去する。続いてＴｉ５ｎｍとＡｕ１００ｎｍをこの順に蒸着し、アセトンに１０分浸漬することでナノワイヤの両末端のシリコン露出部位に電極を形成できる。後述の溶液セルと干渉しないように電位を供給するために、電極をチップ端部まで延伸し形成するのが好ましい。
前述のアセトン浸漬によって、図３（ｈ）に示すように中間固定部位２０７を形成していたフォトレジストが同時に除去される。所定の長さのナノワイヤ２０５は両端が電極２０８で固定されているため、基板からは遊離しない。

（１−６）絶縁膜形成
続いて、電極と後述の溶液セルに充填する測定対象を含有した溶液を電気的に分離するために、センサとなるナノワイヤ２０５の領域のみ露出し、かつ溶液セルの形成領域の電極２０８を被覆するよう、図３（ｉ）に示すように絶縁膜２０９で被覆する。通常のリソグラフィーとスパッタによるシリコン酸化膜形成、リフトオフによって容易に達成可能である。

（１−７）流路形成
続いて、検出対象を含有した溶液を溜めるための溶液セル２１０を、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を用いて以下の手順で作製する。ガラス基板上にＰＤＭＳ（アルドリッチ社製）と硬化剤（アルドリッチ社製）を１０：１で混ぜたものを流し、ベークして硬化させる。その後、図３（ｉ）に示すナノワイヤ２０５が露出した部分と、電極２０８の絶縁膜２０９で被覆されていない部分をそれぞれ除去する。除去は、ＰＤＭＳを切断できるような工具で容易に加工可能である。
もしくは、前述の様な形状のＰＤＭＳを形成ならしめるような型を形成し、その型内にＰＤＭＳ（アルドリッチ社製）と硬化剤（アルドリッチ社製）を１０：１で混ぜたものを流し、ベークして硬化させることでも溶液セル２１０は形成可能である。
その後、硬化したＰＤＭＳを剥がしとり、これを上記で作製した基板２０１上の絶縁膜２０９上に貼り付ける。硬化したＰＤＭＳは、フラットな表面に対して自己接着性を有し、容易に貼り付けることができる。図３（ｊ）に、貼り付け後のデバイス概念図を示す。

以上の工程によって、非特許文献３に報告されたようなナノワイヤＦＥＴセンサを、所定の位置に所定の長さ、径を有するナノワイヤを選択的に用いて作製可能である。

（１−ａ）両端がＡｕで終端されたシリコンナノワイヤを含む分散液の作製方法
以下、ナノワイヤの作製と両端の結合部位形成方法について図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示す基板３０１には面方位（１１１）のシリコン基板を用いる。この基板３０１はＲＣＡ洗浄で有機物除去され、更に希釈ＨＦ溶液で自然酸化膜除去され、続いてＡｕが蒸着される。その後基板をＣＶＤ成長装置に搬送し、真空チャンバー内で不活性ガスでアニールした後、シランを導入する。その結果、上述のＶＬＳ過程によりシリコンナノワイヤ３０２がシリコン基板上に成長される。Ａｕの厚さ、アニール温度、アニール時間、成長温度、成長時間、反応ガス圧力によってナノワイヤ径や長さは調整可能であり、本実施例では想定される長さばらつきの最大値が４０μｍ以上で最小値が４０μｍ以下となるようにパラメータを制御する。更には、隣接の固定化対間隔８０μｍよりもばらつきの最大値が小さくなるように制御する。これによって所定の長さよりも長いワイヤが隣接固定化部位と干渉することが防止される。例えば、Ａｕ厚を３ｎｍ、温度を５５０度で、３０分間、Ｈｅガス２Ｔｏｒｒ中でアニールし、続いてＨｅによって１０％希釈されたシランガスを同温度条件で導入し、６０分成長させることによって、径４０ｎｍ、長さ４０μｍを中心値としたナノワイヤが得られるであろう。尚、図４（ａ）に示すようにＶＬＳ法を用いるため、成長後のナノワイヤの突端には触媒のＡｕ３０３が残留している。

次に、ナノワイヤのもう一端に結合部位を形成する。
図４（ｂ）に示すように、成長後十分に大気もしくは酸素雰囲気に暴露しナノワイヤ表面に自然酸化膜３０４を形成する。その後図４（ｃ）に示すように、ナノワイヤ成長基板を、テトラクロロ金(III)酸ナトリウム(二水和物)（三津和化学薬品株式会社）をエタノールで１ｍＭに希釈した溶液３０５中に浸漬させ、図４（ｄ）に示すようにナノワイヤが基板から剥離を開始する様に超音波を加える。その後超音波を停止し、３０分間前記溶液中に保持することで、図４（ｅ）に示すようにシリコンが露出したナノワイヤ端面にのみ析出Ａｕ３０６が形成される（非特許文献４）。
この様にして両端がＡｕで終端されたシリコンナノワイヤ、及びそのナノワイヤを含有した分散液が得られる。

（実施例２）
本実施例では、ナノワイヤの両末端に結合部位を有するナノワイヤを作製し、基板上に設置された固定化部位に、所定の長さを有するナノワイヤを配置させる手法を用いたＭＯＳＦＥＴの作製について説明する。

実施例１に記載の（１−１）固定化部位を設置した基板の作製 から、（１−２）ナノワイヤの固定化と配列まで同様に行う。その後、中間固定化部位を電気伝導性の材料で形成する。後述の結合部位除去工程を考慮しＡｕ以外の材料を成膜する。本実施例ではＡｇペースト（アルバックマテリアル製 微細配線用 ナノペースト）を固定化部位対間に２０μｍの幅に塗布し、２５０℃で焼成する。その後、（１−４）結合部位除去、（１−５）電極形成を実施例１と同様に行うことで、ＭＯＳＦＥＴ構造が形成される。

（実施例３）
本実施例では、ナノワイヤの両末端に結合部位を有するナノワイヤを作製し、基板上に設置された固定化部位に、所定の長さを有するナノワイヤを配置させる手法を用いたＭＯＳＦＥＴの作製について説明する。

実施例１に記載の（１−１）固定化部位を設置した基板の作製 から（１−５）電極形成を実施例１と同様に行う。その後、基板をアセトン溶液に浸漬することで、中間結合部位が除去される。その後、公知のリソグラフィー技術を用いて、固定化部位対間にナノワイヤを被覆するように所定のゲートでゲート電極を形成することでＭＯＳＦＥＴ構造が形成される。

＜分離方法＞
（実施例４）
本実施例では、所定の長さを有するナノワイヤのみを分離し回収する技術について説明する。
実施例１に記載の（１−１）固定化部位を設置した基板の作製 から（１−４）結合部位除去 まで同様に行う。その後、アセトン溶液中に基板を浸漬することで、ＰＭＭＡが溶解し、溶液中に所定の長さのナノワイヤのみが回収される。
回収されたナノワイヤは、その後実施例１の手法を用いてセンサの作製に使用可能であり、また実施例２や３の手法を用いてＭＯＳＦＥＴの作製に使用することも可能である。

１１ ナノワイヤ
１２ 結合部位
１０１ 基板
１０２ 固定化部位
１０３ 固定化部位対
１０４ 所定の長さに対して長いナノワイヤ
１０５ 所定の長さのナノワイヤ
１０６ 所定の長さに対して短いナノワイヤ
１０７ 中間結合部位
２０１ 基板
２０２ 固定化部位対
２０３ 固定化部位
２０４ 所定の長さに対して長いナノワイヤ
２０５ 所定の長さのナノワイヤ
２０６ 所定の長さに対して短いナノワイヤ
２０７ 中間固定化部位
２０８ 電極
２０９ 絶縁膜
２１０ 溶液セル
３０１ 基板
３０２ シリコンナノワイヤ
３０３ 触媒Ａｕ
３０４ 自然酸化膜
３０５ 溶液
３０６ 析出Ａｕ

Claims (2)

1. 基板上の所定位置にナノワイヤを配置するためのナノワイヤの配列方法であって、
   前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
   両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
   前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
   前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
   を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの配列方法。
2. 所定の長さを有するナノワイヤを分離する方法であって、
   前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
   両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
   前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
   前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
   前記対となる固定化部位の中間に、前記ナノワイヤと前記基板とを固定する中間固定部位を形成する工程と、
   前記ナノワイヤの結合部位の少なくとも一部を除去する工程と、
   を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの分離方法。

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