二元合金単結晶ナノ構造体及びその製造方法
【課題】触媒を使用しない気相合成法を用いて高品質かつ欠陥のないすぐれた形状の固相の二元合金単結晶ナノ構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】二元合金を構成する金属元素らの金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属、または二元合金物質を前駆物質とし、気相合成法を利用した二元合金単結晶ナノ構造体の製造方法及び二元合金単結晶ナノ構造体を提供する。より詳細には、反応炉の前端部に位置させた前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた基板を、不活性気体が流れる雰囲気下において熱処理して、前記基板上に二元合金単結晶ナノワイヤまたは二元合金単結晶ナノベルトを形成させる製造方法及びこの製造方法によって製造された二元合金単結晶ナノワイヤまたは二元合金単結晶ナノベルトを提供する。
【解決手段】二元合金を構成する金属元素らの金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属、または二元合金物質を前駆物質とし、気相合成法を利用した二元合金単結晶ナノ構造体の製造方法及び二元合金単結晶ナノ構造体を提供する。より詳細には、反応炉の前端部に位置させた前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた基板を、不活性気体が流れる雰囲気下において熱処理して、前記基板上に二元合金単結晶ナノワイヤまたは二元合金単結晶ナノベルトを形成させる製造方法及びこの製造方法によって製造された二元合金単結晶ナノワイヤまたは二元合金単結晶ナノベルトを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相合成法を利用した二元合金（Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙ）単結晶ナノ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノワイヤに代表される１次元ナノ構造物は、多様な応用可能性を有する物質として注目を浴びている。即ち、このようなナノ構造は、それらの減少されたサイズ、増加されたアスペクト比と、これに反して増加された体積対表面積の比、また、新しい構造に起因する新しい現象、またはバルク状態では観察されない独特な特性を示すことが期待されている。
【０００３】
殊に、異種合金ナノワイヤは、ガスセンサー、磁性素子及び磁性センサーとして多方面からの注目を受けている。しかし、多様で精密なガスセンサーの開発は、科学技術の発展とともに、高い精度が要求される作業において未だなお重大な課題として残されている。また、感知能力の優れたセンサーの開発は、国内はもちろん、先進各国においても低い段階の状態である。殊に、燃料電池の開発とともにこれを商用化する時に発生することが予想される水素の漏洩とこれを感知することのできる高感度燃料電池用水素ガスセンサーの開発は、次世代クリーンエネルギーとして使用される燃料電池の研究と並行しなければならない課題としても残されている。
【０００４】
なお、このような水素ガスセンサーの開発と同様に重要視されていることが、センサーの素材として使われる物質の開発である。その中でも、最も注目されている物質の１つがＰｄＡｕのナノワイヤである。水素に強い吸着力を示すＰｄＡｕを使用、ナノワイヤに合成して、高感度のセンサーとして応用することができる。さらに、ＰｄＡｕのナノワイヤは、０．１〜２％の水素濃度においてα→βの相転移（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が起らないので、水素センサーとして応用する時にセンサーの反応時間が向上されることが期待される。
【０００５】
また、ＣｏＡｇ合金ナノワイヤの場合は、磁気抵抗の特性及びスピングラスの特性などの磁性特性によって、テルル化銀ナノワイヤの場合は、イオンと電荷伝導が混在された典型的な物質であって、高い温度環境において超イオン伝導率（ｓｕｐｅｒｉｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を有し、バルクにおいてＡｇが豊富なテルル化銀及びＴｅが豊富なテルル化銀の場合は、巨大な量の磁気抵抗（ｌａｒｇｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ＭＲ）特性を有することによって、ナノサイズの磁気センサーまたは磁気素子として活用されることが期待されている。
【０００６】
ただ、ＣｏＡｇ合金の場合、ＣｏとＡｇとの異種系において混合エネルギーが陽の値を有するため、金属間化合物が存在することが難しいと知られている。このような理由によって、１９９０年以後からようやくＣｏＡｇ ａｌｌｏｙ関連論文などを確認することができる。なお、報告された形態は、非晶質または多結晶体からなる薄膜及びナノ粒子などである。ＣｏＡｇと同様にＰｄＡｕ及びテルル化銀ナノワイヤも単結晶形態のナノワイヤの製造が報告されたことがなく、異種合金ナノワイヤが無触媒の状態で気相合成法によって製造された場合も報告されたことがない。
【０００７】
現在、異種金属ナノワイヤでない単一の金属から構成されたナノワイヤの合成だけでも難しい実情であり、現在まで報告された論文の主な関心は、バルク状態の金属を利用してナノサイズを有する構造体に合成することにフォーカスを当てている実情である。１次元ナノ構造の合成のためには、大部分の研究グループにおいて最も容易な方法である陽極酸化アルミニウム・テンプレート法（Ａｎｏｄｉｃ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ）を利用している。この方法は、１次元ナノ構造を合成するために最も便利な方法であり、合成の条件によっては、ナノワイヤの直径を調節することができるという面（Ｄｉａｍｅｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ）において注目されているが、単結晶ナノワイヤの合成は難しいという問題がある。
【０００８】
前記単結晶ナノワイヤの合成は、その物質の電気的、かつ磁気的性質の向上の側面から見て非常に重要な要素である。ナノワイヤの電気的性質において最も考慮されるべき事項は電子伝導率の程度（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）である。単結晶ナノワイヤの場合は、ナノワイヤ自体が１つの大きな結晶粒界であるため、ナノワイヤの内部に電子伝導に対する何らの妨害物も存在しないが、多結晶ナノワイヤの場合は、数多い結晶粒及び結晶粒界からなっているため、電子がナノワイヤを沿って伝導される場合、多くの境界障壁（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｂａｒｒｉｅｒ）が電子の散乱を発生させることによって電子伝導性を低下させることになる。また、ナノワイヤの磁気的性質には、ナノワイヤに対して外部磁界（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｉｅｌｄ）を印加するとき、電子スピンの配列が非常に重要な因子である。前述のように、単結晶の場合は１つの結晶だけを有するため、外部磁界を印加する時に電子のスピンは全て一定の方向に配列をなすが、数多い結晶の集合体である多結晶ナノワイヤの場合は、外部磁界を印加するときに、それぞれの結晶が多様な方向に電子スピンの配列を形成することによって、結局、磁気的性質の程度を低める要因として作用することになる。
【０００９】
本出願人は、このような問題を解決するために、鋭意検討を繰り返した結果、二元合金を構成する金属元素の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属、または二元合金物質を前駆物質にして気相合成法によって、単結晶の完璧な構造である二元合金ナノ構造体を合成することができた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した問題を解決するための本発明の目的は、触媒を使用しない気相輸送法を用いて高品質、固相の二元合金単結晶ナノ構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の二元合金ナノ構造体の製造方法は、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの前記二元合金を構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または、前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、前記第１物質及び第３物質から選択された２つの物質、または、前記選択された２つの物質の混合物を前駆物質に用いて、反応炉の前端部に位置させた前記前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた半導体または不導体の単結晶基板を、不活性気体が流れる雰囲気下で熱処理し、前記単結晶基板上に二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを形成することを特徴とする。前記前駆物質は、第１物質と第２物質との混合物、第１物質と第３物質との混合物、または、第３物質であり、前記第１物質または第２物質のハロゲン化金属は、フッ化金属（ｍｅｔａｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化金属（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、臭化金属（ｍｅｔａｌ ｂｒｏｍｉｄｅ）またはヨウ化金属（ｍｅｔａｌ ｉｏｄｉｄｅ）から選択されることを特徴とする。
【００１２】
本発明による前記単結晶ナノワイヤを形成する場合の前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に１０〜６００ｓｃｃｍ流されるとともに、前記熱処理は２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で実施されることを特徴とする。また、前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、７００〜１１００℃に保持することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による前記単結晶ナノベルトを形成する場合の前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に１０〜６００ｓｃｃｍ流されるとともに、前記熱処理は、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で実施されることを特徴とする。また、前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、１００〜２００℃に保持することを特徴とする。
【００１４】
前記前駆物質としてハロゲン化金属が使用される場合、即ち、前記前駆物質が前記第１物質のハロゲン化金属及び前記第２物質である場合、前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質とを物理的に分離して前記反応炉の前端部に位置させることが好ましい。このとき、前記第１物質のハロゲン化金属は、５００〜８００℃に保持され、前記第２物質は８００〜１２００℃に保持され、前記単結晶基板は７００〜１１００℃に保持されることが好ましい。
【００１５】
好ましくは、前記第１物質または第２物質としての金属酸化物は、酸化銀、酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルであり、前記第１物質または第２物質としての金属物質は、銀、金、コバルト、パラジウムまたはテルルであり、前記第１物質または第２物質としてのハロゲン化金属は、ハロゲン化銀、ハロゲン化金、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化パラジウムまたはハロゲン化テルルであり、前記第３物質としての二元合金物質は、ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、ＡｇとＴｅの合金、またはＢｉとＴｅの合金である。
【００１６】
また、前記単結晶基板上に形成される二元合金単結晶ナノワイヤは、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤまたはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトである。
【００１７】
本発明の二元合金ナノ構造体は、前記前駆物質を利用して触媒条件下での気相合成法によって製造された金属及び半金属から選択される２つの元素の単結晶体の固溶体、または単結晶体の化合物であることを特徴としている。このとき、前記前駆物質は、前記二元合金ナノワイヤまたは、ナノベルトを構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、前記第１物質乃至第３物質から選択された２つの物質、または前記選択された２つの物質の混合物である。前記前駆物質が５００〜１２００℃に保持され、二元合金単結晶ナノワイヤが形成される基板が、７００〜１１００℃に保持され、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で前記前駆物質から前記基板の方に不活性気体を１０〜６００ｓｃｃｍ流す熱処理によって本発明の二元合金ナノワイヤが製造される。
【００１８】
前記二元合金ナノ構造体は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤであり、または、Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトである。また、前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは、面心立方構造（ＦＣＣ；Ｆａｃｅ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）の特徴を有し、前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは固溶体である。また、前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは面心立方構造の特徴を有し、前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは、固溶体である。また、前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは、単純単斜晶構造（Ｓｉｍｐｌｅ ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）の特徴を有し、前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは化合物の特徴を有する。また、前記Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトは、六方晶系（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）構造の特徴を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法は、触媒を使用しない気相輸送法を利用して二元合金ナノワイヤを製造することができるため、その工程が簡単で再現性があり、製造されたナノワイヤが欠陥の無い完璧な単結晶状態の高品質二元合金ナノワイヤまたはナノベルトのメリットを有し、単結晶の基板上に凝集されていない均一なサイズの二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを大量生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の二元合金ナノ構造体の製造方法は、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの前記二元合金を構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を包含する第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を包含する第２物質、または、前記二元合金の二元合金物質を包含する第３物質において、前記第１物質乃至第３物質から選択された２つの物質、または前記選択された２つの物質の混合物を前駆物質として利用し、反応炉の前端部に位置させた前記前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた半導体または不導体の単結晶基板を、不活性気体が流れる雰囲気下で熱処理して前記単結晶基板上に二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを形成することを特徴とする。
【００２１】
本発明の製造方法は、触媒の使用なしに、ただ二元合金物質または二元合金を構成する２つの金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を前駆物質として使用し、基板上に二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを形成させる方法であって、触媒の使用なしに気相の物質移動経路を通じて二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを製造するため、その工程が簡単でかつ再現性があり、二元合金を構成する２つの金属以外の不純物が包含されない高純度のナノ構造体を製造することができる。
【００２２】
また、前記反応炉の前端部及び後端部の温度をそれぞれ調節し、また前記不活性気体の流れの程度と前記熱処理のときに利用される熱処理管内の圧力とを調節して、最終的に基板上部において二元合金の核生成駆動力、成長駆動力、核生成速度及び成長速度を調節する方法であることから、二元合金単結晶ナノ構造体のサイズ及び基板上の密度などの制御が可能であり、また再現性があるとともに欠陥のない結晶性の優れた高品質の二元合金単結晶ナノ構造体を製造することができる。
【００２３】
前記熱処理の温度条件、不活性気体の流れの条件（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）及び熱処理時の圧力条件は、それぞれ独立的に変化されることができるが、前記３つの条件をそれぞれ他の条件の状態に従って従属的に変化されるようにすることにより、好ましい品質及び形状の二元合金単結晶ナノワイヤを得ることができる。
【００２４】
したがって、前記３つの条件の数値的限定は独立的な意味を有することよりも、３つの条件を整合させた状態から最も望ましい二元合金単結晶ナノワイヤの製造方法となるのである。
【００２５】
また、前記反応炉の前端部及び後端部におけるそれぞれの温度は、前駆物質の溶融点、気化点、気化エネルギーなどの物理的性質、及び不活性気体の流れの条件及び熱処理時の圧力条件に従って最適化されなければならない。好ましくは、前記前駆物質は５００〜１２００℃に保持されるとともに、ナノワイヤの場合、前記基板は７００〜１１００℃に保持され、ナノベルトの場合、前記基板は１００〜２００℃に保持されることが好ましい。
【００２６】
前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から該反応炉の後端部の方に向けて１０〜６００ｓｃｃｍの流れにすることが好ましく、前記前駆物質がハロゲン化金属を包含する場合、前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から該反応炉の後端部の方に向けて３００〜６００ｓｃｃｍの流れにすることが好ましく、さらに４５０〜５５０ｓｃｃｍの流れにすることがより好ましい。また、前記前駆物質がハロゲン化金属を包含しない場合、前記不活性気体の前記反応炉の前端部から該反応炉の後端部への流れを１０〜３００ｓｃｃｍにすることが好ましい。
【００２７】
前記熱処理のときの圧力は、常圧より低い圧力を有することが好ましく、２〜３０ｔｏｒｒの圧力がさらに好ましく、５〜１５ｔｏｒｒの圧力が最も好ましい。しかし、前駆物質がハロゲン化金属を包含する場合は、熱処理の圧力を常圧にしても構わない。
【００２８】
また、前記反応炉の前・後端におけるそれぞれの温度条件、不活性気体の流れの条件及び熱処理のときの圧力条件は、前駆物質の気化程度、時間当たり単結晶基板に伝達される気化された前駆物質の量、単結晶基板上における二元合金物質の核生成及び成長速度、単結晶基板上に生成された二元合金物質（ナノワイヤまたはナノベルト）の表面エネルギー、単結晶基板上に生成された二元合金物質（ナノワイヤまたはナノベルト）の凝集程度、単結晶基板上に生成された二元合金物質の形状（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）に影響を及ぼすことになる。
【００２９】
したがって、前記の温度条件、不活性気体の流れ及び熱処理時の圧力条件などの整合に基づいて、本発明の前駆物質を用いて気相輸送法を適用することによって、最も好ましい品質と形状の二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを製造することができる。もし、前記条件の適正範囲を外れる場合には、二元合金形態のナノワイヤを得ることが難しく、製造されたナノワイヤまたはナノベルトの凝集や形状の変化と欠陥が生じる品質上の問題が発生することがあり、ナノワイヤまたはナノベルトの形態ではなく、粒子或はロッドなどの金属体になるなどの問題がある。
【００３０】
熱処理の時間も前記の温度条件、不活性気体の流れ及び熱処理時の圧力条件などの整合に基づいて最適化するところ、好ましくは１０分〜１時間の熱処理が好ましい。前記の熱処理時間の間、不活性気体によって気化された前駆物質が単結晶基板に移動して、核生成及び成長に作用するようになるが、これと同時に単結晶基板に既に形成された二元合金物質の間で気相及び基板表面を介する二元合金物質の移動（原子またはクラスター（ｃｌｕｓｔｅｒ）単位の物質移動）が発生してオストワルド塾生（Ｏｓｔｗａｌｄ ｒｉｐｅｎｉｎｇ）が生じることになる。
【００３１】
したがって、前記熱処理の後、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトが形成された単結晶基板の前駆物質を除去した状態で、さらに熱処理することにより二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの密度、またはサイズなどを調節することができる。
【００３２】
上述のように本発明の製造方法においては、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを構成する２つの元素の金属酸化物、金属物質、またはハロゲン化金属を前駆物質として利用するか、前記２つの元素の二元合金物質を前駆物質として利用するという点と、前記前駆物質を利用して二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを製造するとき、気相輸送法を利用することができるため、この方法によって全ての二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを製造することができる。ただ、単結晶基板上に形成される二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトが、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤ、またはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトであることが好ましい。
【００３３】
また、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを製造するために供する前駆物質が混合物の状態、または二元合金を構成する２つの金属を包含するが、混合状態ではなく分離されている２つの物質を使用することができる。前記の混合物を使用する場合、前駆物質として第１物質と第２物質との混合物、または第１物質と第３物質との混合物を使用することができ、単独で二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを構成する２つの金属の合金（第３物質）を使用することもできる。前記第１物質と第２物質との混合物は、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属物質と第２物質の金属酸化物、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属物質、第１物質の金属物質と第２物質の金属物質、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属物質、第１物質の金属酸化物と第２物質のハロゲン化金属、第１物質の金属物質と第２物質のハロゲン化金属、または、第１物質のハロゲン化金属と第２物質のハロゲン化金属を混合した混合物であることもできる。本実施形態においては、好ましくは、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属物質と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属物質、または、第１物質の金属物質と第２物質の金属物質とを混合した混合物を使用する。
【００３４】
また、第１物質と第３物質との混合物は、第１物質の金属酸化物と第３物質の二元合金物質、第１物質の金属物質と第３物質の二元合金物質、または第１物質のハロゲン化金属と第３物質の二元合金物質を混合した混合物であることもできる。ただ、好ましくは、第１物質の金属酸化物と第３物質の二元合金物質または第１物質の金属物質と第３物質の二元合金物質を使用する。
【００３５】
また、前記前駆物質として第３物質の二元合金物質を単独で使用することもできる。
【００３６】
前記混合物の混合状態は、粒子形態を有する第１物質及び第２物質が互に混合されていることだけの意味ではなく、反応炉上において前記２つの物質が隣接する位置（同じ温度が保持される位置）に置かれることを包含する意味である。
【００３７】
殊に、ハロゲン化金属を前駆物質として利用する場合、前記第１物質のハロゲン化金属及び前記第２物質を使用するとき、前記両物質が物理的に分離された状態で前記反応炉の前端部に位置させることが好ましい。ここで、前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質とが物理的に分離された状態で反応炉の前端部にそれぞれ位置させる理由は、第１物質のハロゲン化金属と第２物質とがそれぞれ異なるるつぼに収納されて互に異なる温度を保持しながら、ナノワイヤまたはナノベルトの合成にそれぞれ作用することになるためである。これは、ハロゲン化金属の揮発性が、金属、異種金属及び金属酸化物に比べて大きい値を有するため、前記不活性ガスの流れに従って、前記基板上に移動するハロゲン化金属の気体の量を調節するためである。この場合、前駆物質として、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属酸化物、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属物質、または、第１物質のハロゲン化金属と第２物質のハロゲン化金属が使用されるが、好ましくは、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属酸化物、または第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属物質を使用する。また、第１物質のハロゲン化金属と第３物質の二元合金物質を使用することもできる。前記のように反応炉の前端部に物理的に分離された状態で位置させた前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質（または第３物質）において、前記第１物質のハロゲン化金属は、５００〜８００℃に保持され、前記第２物質（または第３物質）は８００〜１２００℃に保持されることが好ましく、ナノワイヤの場合では、前記基板が７００〜１１００℃に保持され、ナノベルトの場合では、前記基板が１００〜２００℃に保持されることが好ましい。このとき、反応炉を構成する温度調節装置が単一である場合は、管内のユニフォームゾーン（ｕｎｉｆｏｒｍ ｚｏｎｅ）に前駆物質を位置させ、前記前駆物質と前記ユニフォームゾーンとの距離を調節して他の物質または基板を位置させることにより温度を調節することができる。また、個別的に加熱体と温度調節装置を設ける場合は、保持しようとする温度をそれぞれ温度調節装置と加熱体とを利用して調節することができる。
【００３８】
前記第１物質または第２物質のハロゲン化金属は、フッ化金属、塩化金属、臭化金属またはヨウ化金属から選択されたものであり、好ましくは、ハロゲン化銀、ハロゲン化金、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化パラジウムまたはハロゲン化テルルである。前記ハロゲン化銀は、フッ化銀、塩化銀、臭化銀またはヨウ化銀から選択されたものであり、前記ハロゲン化金は、フッ化金、塩化金、臭化金またはヨウ化金から選択されたものであり、前記ハロゲン化コバルトは、フッ化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルトまたはヨウ化コバルトから選択されたものであり、前記ハロゲン化パラジウムは、フッ化パラジウム、塩化パラジウム、臭化パラジウムまたはヨウ化パラジウムから選択されたものであり、前記ハロゲン化テルルは、フッ化テルル、塩化テルル、臭化テルルまたはヨウ化テルルから選択されたものである。
【００３９】
前記第１物質または第２物質の金属酸化物は、好ましくは、酸化銀、酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルである。このとき、前記酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルは、常温常圧下で、熱力学的に安定した量論比を有する酸化物であることがあり、金属による点欠陥または酸素による点欠陥に起因する前記の安定した量論比を有していないこともある。
【００４０】
前記第１物質または第２物質の金属物質は、好ましくは、銀、金、コバルト、パラジウムまたはテルルである。
【００４１】
前記第３物質の二元合金物質は、好ましくは、ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、ＡｇとＴｅの合金、またはＢｉとＴｅの合金であり、前記ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、またはＡｇとＴｅの合金は金属間化合物、化合物、固溶体であることができる。また、前記合金の組成は、製造しようとするナノワイヤまたはナノベルトの組成と類似することが好ましいが、製造しょうとするナノワイヤまたはナノベルトの組成と異なっても構わない。
【００４２】
また、前記半導体または不導体の単結晶基板は、前記の熱処理条件において、化学的／熱的に安定した半導体または不導体であれば、全てが使用可能とするが、好ましくは、シリコン単結晶、ゲルマニウム単結晶、または、シリコンゲルマニウム単結晶から選択された４族単結晶、ガリウム砒素単結晶、インジウムリン単結晶、または、ガリウムリン単結晶から選択された３−５族単結晶、２−６族単結晶、４−６族単結晶、サファイア単結晶または二酸化ケイ素単結晶から選択された単結晶基板を使用することが好ましい。
【００４３】
しかし、前記基板は、単純に基板上部においてナノワイヤまたはナノベルトが形成される空間を提供する役割を行うだけであるため、必要によって上述した単結晶基板物質の多結晶体を使用しても良い。
【００４４】
本発明の製造方法の優秀性を実験を通じて立証するために、本発明の製造方法に従って、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤ及びＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトをそれぞれ製造（実施例１、２、３及び４）した。
【００４５】
下記の実施例１は、ハロゲン化前駆物質を使用せずに、二元合金ナノワイヤを製造する代表的な実施例であり、同実施例２は、ハロゲン化前駆物質を使用して二元合金ナノワイヤを製造する代表的な実施例であり、同実施例３は、製造しようとする二元合金ナノワイヤの二元合金物質を使用して二元合金ナノワイヤを製造する代表的な実施例であり、同実施例４は、製造しようとする二元合金ナノベルトの二元合金物質を使用して二元合金ナノベルトを製造する代表的な実施例である。
【００４６】
上述の後記する実施例３においては、前駆物質として二元合金物質（Ａｇ2Ｔｅ）のみを使用しているが、二元合金物質（Ａｇ2Ｔｅ）と金属（Ａｇ）または二元合金物質と金属酸化物（Ａｇ2Ｏ3）とを混合して使用することができる。また、後記する実施例４においては、前駆物質として二元合金物質（Ｂｉ1Ｔｅ1）のみを使用しているが、二元合金物質（Ｂｉ1Ｔｅ1）と金属（Ｂｉ）または二元合金物質と金属酸化物（Ｂｉ2Ｏ3）とを混合して使用することができる。
【００４７】
（実施例１）
反応炉において、気相輸送法によりＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤを合成した。
【００４８】
前記反応炉は、前端部と後端部に区別されるとともに、個別的に加熱体と温度調節装置を設けて構成されている。反応炉内の管は、直径１インチ、長さ６０ｃｍサイズの石英材質のものを使用した。
【００４９】
反応炉の前端部の中に、前駆物質であるＡｕ2Ｏ3（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、３３４０５７製品）０．０３ｇとＰｄＯ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、２０３９７１製品）０．０３ｇとを混合させた混合物を収納した高純度アルミナ材質のボート型容器を位置させた。また、反応炉の後端部の中には、サファイア単結晶基板（表面０００１）を位置させた。アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。なお、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、該真空ポンプを利用して石英管内の圧力を５ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を利用して１５０ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。
【００５０】
反応炉の前端部（前駆物質が収納されたアルミナボート）の温度は、１１００℃に保持し、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、９５０℃に保持した状態で３０分間の熱処理によって、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤを製造した。
【００５１】
（実施例２）
反応炉において、気相輸送法により、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤを合成した。
【００５２】
前記実施例１と同様に構成されている反応炉を使用した。
【００５３】
前駆物質としてＣｏＣｌ2（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、４４９７７６製品）０．０１ｇとＡｇ2Ｏ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、２２１６３製品）０．３ｇを使用し、前記 ＣｏＣｌ2とＡｇ2Ｏをそれぞれ高純度アルミナ材質のボート型容器に収納して反応炉の前端部に位置させた。また、反応炉の後端部の中には、Ｓｉ単結晶基板（表面１００）を位置させた。また、前記反応炉の前端部の中にＡｕ2Ｏ3が収納されたアルミナるつぼを位置させた。
【００５４】
アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。また、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、該真空ポンプを利用して石英管内の圧力を１５ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣを利用して５００ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。
【００５５】
反応炉の前端部（反応炉の中の位置）の温度は、１０００℃に保持して前記Ａｇ2Ｏが収納されたアルミナるつぼが１０００℃に保持されるようにし、前記Ａｇ2Ｏが収納されたアルミナるつぼの位置を基準にして４ｃｍの間隔をおいて、前記ＣｏＣｌ2が収納されたアルミナるつぼを位置させて、前記ＣｏＣｌ2が収納されたアルミナるつぼが６５０℃の温度を保持するようにするとともに、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、８００℃を保持した状態で３０分間の熱処理によってＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤを製造した。本実施例の理解のために、実施例２の前駆物質及び基板における熱処理の構成を図１に示した。
【００５６】
（実施例３）
反応炉において気相輸送法によりＡｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤを合成した。
【００５７】
前記実施例１と同様に構成されている反応炉を使用した。
【００５８】
反応炉の前端部の中に、前駆物質であるＡｇ2Ｔｅ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、４００６４５製品）０．０５ｇが収納された高純度アルミナ材質のボート型容器を位置させた。また反応炉の後端部の中には、シリコン単結晶基板（表面１００）を位置させた。アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。また、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、前記真空ポンプを利用して石英管内の圧力を１０ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣを利用して２００ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。
【００５９】
反応炉の前端部（前駆物質が収納されたアルミナボート）の温度は、１０００℃に保持し、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、８００℃に保持した状態で３０分間の熱処理によって、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤを製造した。
【００６０】
（実施例４）
反応炉において、気相輸送法によりＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトを合成した。
【００６１】
前記実施例１と同様に構成されている反応炉を使用した。
【００６２】
反応炉の前端部の中に、前駆物質であるＢｉ2Ｔｅ3（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ社、４４０７７製品）０．０５ｇが収納された高純度アルミナ材質のボート型容器を位置させた。また、反応炉の後端部の中には、シリコン単結晶基板（表面１００）を位置させた。アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。また、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、前記真空ポンプを利用して石英管内の圧力を１０ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣを利用して２００ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。反応炉の前端部（前駆物質が収納されたアルミナボート）の温度は、６００℃に保持し、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、１５０℃に保持した状態で３０分間の熱処理によって、Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトを製造した。
【００６３】
以上、前記実施例１〜４によって製造された二元合金単結晶ナノワイヤ及びナノベルトを分析して、本発明の製造方法によって製造された二元合金単結晶ナノ構造体の品質、形状及び純度などを調査・分析した。
【００６４】
先ず、図２〜図５は、実施例１を通じて製造されたＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤを分析・測定した結果である。
【００６５】
図２は、サファイア単結晶基板上にて製造されたＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）ナノワイヤのＳＥＭ写真である。図２から分るように、多量のナノワイヤの直径が５０〜１５０ｎｍ程度であり、３０ｕｍ以上（３０〜５０ｕｍ）の長さを有する均一なサイズでサファイア単結晶基板と分離されて製造されていることを分る。また、ナノワイヤの長手軸方向に真直ぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤ同士の固まりがなく個別的に分離可能のナノワイヤが製造されるとともに、ナノワイヤの長手軸が基板の表面に対して略垂直状の配向性を有していることを分る。
【００６６】
図３は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）ナノワイヤのＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）による結果を示している。前記図３の回折結果は、Ｐｄ金属ともＡｕ金属とも一致しない結晶性を有していることを分る。図４のＴＥＭ装備に装着されたＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を利用したナノワイヤの成分分析結果である。ここで分るように、グリッドのような測定装備の特性上、付随的に測定された物質を除外すれば、製造されたナノワイヤがＰｄとＡｇだけでなっていることを確認することができる。また、本発明の製造方法によって製造された多数のナノワイヤをＴＥＭ装備に装着されたＥＤＳによる分析の結果、ＰｄxＡｕ1-xのナノワイヤが製造され、前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９の組成を有していることを分る。
【００６７】
図５は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）ナノワイヤのＴＥＭ分析結果であり、図５（ａ）はナノワイヤの暗視野像（ｄａｒｋ ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｅ）であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるナノワイヤの高倍率ＴＥＭ写真であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のナノワイヤのＳＡＥＤ（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンである。図５（ａ）及び図５（ｂ）を通じて、滑らかな表面を有し、均一の太さのナノワイヤが形成されていることを確認することができ、図５（ｃ）を通じては、製造されたナノワイヤが面心立方構造を有することと、［１００］方向の成長方向を有する単結晶体であることを確認することができる。
【００６８】
前記図２〜図５の結果を通じて、ＰｄとＡｕが固溶体をなした面心立方構造の特徴を有する単結晶体としての高品質かつ欠陥のない完璧な形状のナノワイヤが製造されていることを確認することができる。
【００６９】
図６〜図８は、実施例２によって製造されたＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤを分析・測定した結果である。
【００７０】
図６は、シリコン単結晶基板上に製造されたＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤのＳＥＭ写真である。図６から分るように、ナノワイヤとプレートが同時に製造され、図６の左側上部に図示した高倍率ＳＥＭ写真から分るように、直径が２００〜３００ｎｍ程度であり、数ｕｍ以上の長さを有する均一なサイズのナノワイヤがサファイア単結晶基板と分離されて多量に製造されていることを確認することができる。長手軸方向に真直ぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤ同士の固まりがなく個別的に分離可能のナノワイヤが製造されていることを確認することができる。図７のＸＲＤ回折結果から分るように、製造されたナノワイヤが面心立方構造（ＦＣＣ）を有し、バルクＡｇの回折結果と一致していることを分る。
【００７１】
図８は、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）ナノワイヤの暗視野像であり、図８の左側下部に図示された挿入図面は、図８のナノワイヤのＳＡＥＤパターンである。図８の結果から分るように、ナノワイヤが面心立方構造（ＦＣＣ）の［０１−１］成長方向を有する単結晶体であることを分る。
【００７２】
図９は、ＴＥＭ装備に装着されたＥＤＳを利用したナノワイヤの成分分析結果であり、図９の（ａ）は図９のナノワイヤのＡｇ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果であり、図９の（ｂ）は図９のナノワイヤのＣｏ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果である。図９の（ｃ）は図９のナノワイヤの上部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果であり、図９の（ｄ）は同じく下部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果である。図９の（ａ）〜（ｄ）から分るように、グリッドのような測定装備の特性上、付随的に測定された物質を除外すれば、製造されたナノワイヤがＣｏとＡｇだけで構成され、ＣｏとＡｇがナノワイヤ全体に亘って均一に分布されていることを分る。また、本発明の製造方法によって製造された多数のナノワイヤのＥＤＳによる分析結果、ＣｏyＡｇ1-yのナノワイヤが製造され、前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５の組成を有していることを分る。
【００７３】
図６〜図９の結果を通じてＣｏとＡｇが固溶体をなした面心立方構造を有する単結晶体としての高品質かつ完璧な形状のナノワイヤが製造される。
【００７４】
図１０〜図１３は、実施例２を通じて製造されたＡｇ2Ｔｅナノワイヤに対する測定結果である。
【００７５】
図１０は、サファイア単結晶基板上に製造されたＡｇ2ＴｅナノワイヤのＳＥＭ写真であり、図１０から分るように多量のナノワイヤの直径が１５０〜２００ｎｍ程度であり、数ｕｍ以上の長さを有する均一なサイズでサファイア単結晶基板と分離されて製造されていることを分る。また、ナノワイヤの長手軸方向に真直ぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤ同士の固まりがなく個別的に分離可能のナノワイヤが製造されている。図１１のＸＲＤによる結果を通じてバルクのＡｇ2Ｔｅと同一の構造を有する単純な単斜晶構造の化合物であるＡｇ2Ｔｅナノワイヤが製造されていることを分る。
【００７６】
図１２は、Ａｇ2ＴｅナノワイヤのＴＥＭ分析結果であり、図１２（ａ）はナノワイヤの暗視野像及びＳＡＥＤパターンであり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のナノワイヤのＨＲＴＥＭ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真であり、図１２（ｂ）の右側上部に挿入されたパターンは、図１２（ｂ）の高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）パターンである。図１２（ａ）を通じて滑らかな表面を有し、均一なサイズのナノワイヤが形成され、製造されたナノワイヤが［−３０２］成長方向を有する単純単斜晶構造の単結晶体であることを確認することができる。図１２（ｂ）のＨＲＴＥＭ写真を通じて製造されたナノワイヤが欠陥のない高品質の単結晶体であり、ナノワイヤの（０１０）面間距離がバルクのＡｇ2Ｔｅ（０１０）面間距離と同一の４．４６Aであることを確認することができる。図１３のＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用したナノワイヤの成分分析結果を通じて分るように、グリッドのように測定装備の特性上、付随的に測定された物質を除外すると、製造されたナノワイヤがＡｇとＴｅだけで構成され、ＡｇとＴｅの組成比が２：１であることを確認することができる。
【００７７】
図１０〜図１３の結果によって、ＡｇとＴｅが２：１の組成比を有する単純単斜晶構造の化合物であり、完璧な形状と高品質の単結晶体としてのＡｇ2Ｔｅナノワイヤが製造されていることを分る。
【００７８】
図１４はＢｉ1Ｔｅ1ナノベルトのＴＥＭ分析結果であり、（ａ）はナノベルトの暗視野像とＳＡＥＤパターンである。
【００７９】
図１４の（ａ）を通じて滑らかな表面を有し、均一な太さのナノベルトが形成されていることを確認することができる。また、前記図１４の（ｂ）はナノベルトの高倍率ＴＥＭ写真であり、挿入されたイメージは高速フーリエ変換のパターンである。
【００８０】
図１４の（ａ）及び（ｂ）によって合成されたナノベルトが六方晶系の構造を有し、[１１０]方向の成長方向を有する単結晶体であることを確認することができる。
【００８１】
図１５は、本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用するナノベルトの成分分析結果である。
【００８２】
図１６は、本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＸＲＤの結果を示したグラフ図である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施例２の前駆物質及び基板の熱処理構成の模式図である。
【図２】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＳＥＭ写真図である。
【図３】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＸＲＤ結果図である。
【図４】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳによる結果図である。
【図５】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤの暗視野像であり、（ｂ）は（ａ）のナノワイヤの高倍率ＴＥＭ写真図であり、（ｃ）は（ａ）のナノワイヤのＳＡＥＤパターンを示した図面である。
【図６】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤのＳＥＭ写真図である。
【図７】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤのＸＲＤの結果図である。
【図８】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤの暗視野像であって、図面左側の下部に挿入された図面はナノワイヤのＳＡＥＤパターンを示した図面である。
【図９】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用したナノワイヤの成分分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤのＡｇ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果図であり、（ｂ）はナノワイヤのＣｏ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果図であり、（ｃ）はナノワイヤの上部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果図であり、（ｄ）は下部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果図である。
【図１０】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＳＥＭ写真図である。
【図１１】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＸＲＤ結果図である。
【図１２】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤの暗視野像及びＳＡＥＤパターンを示した図面であり、（ｂ）は（ａ）のナノワイヤのＨＲＴＥＭ写真図であり、（ｂ）の右側上部に挿入されたパターンは、（ｂ）の高速フーリエ変換のパターンを示した図面である。
【図１３】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳによる結果図である。
【図１４】Ｂｉ1Ｔｅ1ナノベルトのＴＥＭ分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤの暗視野像とＳＡＥＤパターンを示した図面である。
【図１５】本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用するナノベルトの成分分析結果図である。
【図１６】本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＸＲＤの結果を示すグラフ図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相合成法を利用した二元合金（Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙ）単結晶ナノ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノワイヤに代表される１次元ナノ構造物は、多様な応用可能性を有する物質として注目を浴びている。即ち、このようなナノ構造は、それらの減少されたサイズ、増加されたアスペクト比と、これに反して増加された体積対表面積の比、また、新しい構造に起因する新しい現象、またはバルク状態では観察されない独特な特性を示すことが期待されている。
【０００３】
殊に、異種合金ナノワイヤは、ガスセンサー、磁性素子及び磁性センサーとして多方面からの注目を受けている。しかし、多様で精密なガスセンサーの開発は、科学技術の発展とともに、高い精度が要求される作業において未だなお重大な課題として残されている。また、感知能力の優れたセンサーの開発は、国内はもちろん、先進各国においても低い段階の状態である。殊に、燃料電池の開発とともにこれを商用化する時に発生することが予想される水素の漏洩とこれを感知することのできる高感度燃料電池用水素ガスセンサーの開発は、次世代クリーンエネルギーとして使用される燃料電池の研究と並行しなければならない課題としても残されている。
【０００４】
なお、このような水素ガスセンサーの開発と同様に重要視されていることが、センサーの素材として使われる物質の開発である。その中でも、最も注目されている物質の１つがＰｄＡｕのナノワイヤである。水素に強い吸着力を示すＰｄＡｕを使用、ナノワイヤに合成して、高感度のセンサーとして応用することができる。さらに、ＰｄＡｕのナノワイヤは、０．１〜２％の水素濃度においてα→βの相転移（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が起らないので、水素センサーとして応用する時にセンサーの反応時間が向上されることが期待される。
【０００５】
また、ＣｏＡｇ合金ナノワイヤの場合は、磁気抵抗の特性及びスピングラスの特性などの磁性特性によって、テルル化銀ナノワイヤの場合は、イオンと電荷伝導が混在された典型的な物質であって、高い温度環境において超イオン伝導率（ｓｕｐｅｒｉｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を有し、バルクにおいてＡｇが豊富なテルル化銀及びＴｅが豊富なテルル化銀の場合は、巨大な量の磁気抵抗（ｌａｒｇｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ＭＲ）特性を有することによって、ナノサイズの磁気センサーまたは磁気素子として活用されることが期待されている。
【０００６】
ただ、ＣｏＡｇ合金の場合、ＣｏとＡｇとの異種系において混合エネルギーが陽の値を有するため、金属間化合物が存在することが難しいと知られている。このような理由によって、１９９０年以後からようやくＣｏＡｇ ａｌｌｏｙ関連論文などを確認することができる。なお、報告された形態は、非晶質または多結晶体からなる薄膜及びナノ粒子などである。ＣｏＡｇと同様にＰｄＡｕ及びテルル化銀ナノワイヤも単結晶形態のナノワイヤの製造が報告されたことがなく、異種合金ナノワイヤが無触媒の状態で気相合成法によって製造された場合も報告されたことがない。
【０００７】
現在、異種金属ナノワイヤでない単一の金属から構成されたナノワイヤの合成だけでも難しい実情であり、現在まで報告された論文の主な関心は、バルク状態の金属を利用してナノサイズを有する構造体に合成することにフォーカスを当てている実情である。１次元ナノ構造の合成のためには、大部分の研究グループにおいて最も容易な方法である陽極酸化アルミニウム・テンプレート法（Ａｎｏｄｉｃ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ）を利用している。この方法は、１次元ナノ構造を合成するために最も便利な方法であり、合成の条件によっては、ナノワイヤの直径を調節することができるという面（Ｄｉａｍｅｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ）において注目されているが、単結晶ナノワイヤの合成は難しいという問題がある。
【０００８】
前記単結晶ナノワイヤの合成は、その物質の電気的、かつ磁気的性質の向上の側面から見て非常に重要な要素である。ナノワイヤの電気的性質において最も考慮されるべき事項は電子伝導率の程度（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）である。単結晶ナノワイヤの場合は、ナノワイヤ自体が１つの大きな結晶粒界であるため、ナノワイヤの内部に電子伝導に対する何らの妨害物も存在しないが、多結晶ナノワイヤの場合は、数多い結晶粒及び結晶粒界からなっているため、電子がナノワイヤを沿って伝導される場合、多くの境界障壁（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｂａｒｒｉｅｒ）が電子の散乱を発生させることによって電子伝導性を低下させることになる。また、ナノワイヤの磁気的性質には、ナノワイヤに対して外部磁界（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｉｅｌｄ）を印加するとき、電子スピンの配列が非常に重要な因子である。前述のように、単結晶の場合は１つの結晶だけを有するため、外部磁界を印加する時に電子のスピンは全て一定の方向に配列をなすが、数多い結晶の集合体である多結晶ナノワイヤの場合は、外部磁界を印加するときに、それぞれの結晶が多様な方向に電子スピンの配列を形成することによって、結局、磁気的性質の程度を低める要因として作用することになる。
【０００９】
本出願人は、このような問題を解決するために、鋭意検討を繰り返した結果、二元合金を構成する金属元素の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属、または二元合金物質を前駆物質にして気相合成法によって、単結晶の完璧な構造である二元合金ナノ構造体を合成することができた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した問題を解決するための本発明の目的は、触媒を使用しない気相輸送法を用いて高品質、固相の二元合金単結晶ナノ構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の二元合金ナノ構造体の製造方法は、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの前記二元合金を構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または、前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、前記第１物質及び第３物質から選択された２つの物質、または、前記選択された２つの物質の混合物を前駆物質に用いて、反応炉の前端部に位置させた前記前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた半導体または不導体の単結晶基板を、不活性気体が流れる雰囲気下で熱処理し、前記単結晶基板上に二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを形成することを特徴とする。前記前駆物質は、第１物質と第２物質との混合物、第１物質と第３物質との混合物、または、第３物質であり、前記第１物質または第２物質のハロゲン化金属は、フッ化金属（ｍｅｔａｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化金属（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、臭化金属（ｍｅｔａｌ ｂｒｏｍｉｄｅ）またはヨウ化金属（ｍｅｔａｌ ｉｏｄｉｄｅ）から選択されることを特徴とする。
【００１２】
本発明による前記単結晶ナノワイヤを形成する場合の前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に１０〜６００ｓｃｃｍ流されるとともに、前記熱処理は２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で実施されることを特徴とする。また、前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、７００〜１１００℃に保持することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による前記単結晶ナノベルトを形成する場合の前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に１０〜６００ｓｃｃｍ流されるとともに、前記熱処理は、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で実施されることを特徴とする。また、前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、１００〜２００℃に保持することを特徴とする。
【００１４】
前記前駆物質としてハロゲン化金属が使用される場合、即ち、前記前駆物質が前記第１物質のハロゲン化金属及び前記第２物質である場合、前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質とを物理的に分離して前記反応炉の前端部に位置させることが好ましい。このとき、前記第１物質のハロゲン化金属は、５００〜８００℃に保持され、前記第２物質は８００〜１２００℃に保持され、前記単結晶基板は７００〜１１００℃に保持されることが好ましい。
【００１５】
好ましくは、前記第１物質または第２物質としての金属酸化物は、酸化銀、酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルであり、前記第１物質または第２物質としての金属物質は、銀、金、コバルト、パラジウムまたはテルルであり、前記第１物質または第２物質としてのハロゲン化金属は、ハロゲン化銀、ハロゲン化金、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化パラジウムまたはハロゲン化テルルであり、前記第３物質としての二元合金物質は、ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、ＡｇとＴｅの合金、またはＢｉとＴｅの合金である。
【００１６】
また、前記単結晶基板上に形成される二元合金単結晶ナノワイヤは、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤまたはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトである。
【００１７】
本発明の二元合金ナノ構造体は、前記前駆物質を利用して触媒条件下での気相合成法によって製造された金属及び半金属から選択される２つの元素の単結晶体の固溶体、または単結晶体の化合物であることを特徴としている。このとき、前記前駆物質は、前記二元合金ナノワイヤまたは、ナノベルトを構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、前記第１物質乃至第３物質から選択された２つの物質、または前記選択された２つの物質の混合物である。前記前駆物質が５００〜１２００℃に保持され、二元合金単結晶ナノワイヤが形成される基板が、７００〜１１００℃に保持され、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で前記前駆物質から前記基板の方に不活性気体を１０〜６００ｓｃｃｍ流す熱処理によって本発明の二元合金ナノワイヤが製造される。
【００１８】
前記二元合金ナノ構造体は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤであり、または、Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトである。また、前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは、面心立方構造（ＦＣＣ；Ｆａｃｅ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）の特徴を有し、前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは固溶体である。また、前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは面心立方構造の特徴を有し、前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは、固溶体である。また、前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは、単純単斜晶構造（Ｓｉｍｐｌｅ ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）の特徴を有し、前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは化合物の特徴を有する。また、前記Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトは、六方晶系（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）構造の特徴を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法は、触媒を使用しない気相輸送法を利用して二元合金ナノワイヤを製造することができるため、その工程が簡単で再現性があり、製造されたナノワイヤが欠陥の無い完璧な単結晶状態の高品質二元合金ナノワイヤまたはナノベルトのメリットを有し、単結晶の基板上に凝集されていない均一なサイズの二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを大量生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の二元合金ナノ構造体の製造方法は、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの前記二元合金を構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を包含する第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を包含する第２物質、または、前記二元合金の二元合金物質を包含する第３物質において、前記第１物質乃至第３物質から選択された２つの物質、または前記選択された２つの物質の混合物を前駆物質として利用し、反応炉の前端部に位置させた前記前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた半導体または不導体の単結晶基板を、不活性気体が流れる雰囲気下で熱処理して前記単結晶基板上に二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを形成することを特徴とする。
【００２１】
本発明の製造方法は、触媒の使用なしに、ただ二元合金物質または二元合金を構成する２つの金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を前駆物質として使用し、基板上に二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを形成させる方法であって、触媒の使用なしに気相の物質移動経路を通じて二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを製造するため、その工程が簡単でかつ再現性があり、二元合金を構成する２つの金属以外の不純物が包含されない高純度のナノ構造体を製造することができる。
【００２２】
また、前記反応炉の前端部及び後端部の温度をそれぞれ調節し、また前記不活性気体の流れの程度と前記熱処理のときに利用される熱処理管内の圧力とを調節して、最終的に基板上部において二元合金の核生成駆動力、成長駆動力、核生成速度及び成長速度を調節する方法であることから、二元合金単結晶ナノ構造体のサイズ及び基板上の密度などの制御が可能であり、また再現性があるとともに欠陥のない結晶性の優れた高品質の二元合金単結晶ナノ構造体を製造することができる。
【００２３】
前記熱処理の温度条件、不活性気体の流れの条件（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）及び熱処理時の圧力条件は、それぞれ独立的に変化されることができるが、前記３つの条件をそれぞれ他の条件の状態に従って従属的に変化されるようにすることにより、好ましい品質及び形状の二元合金単結晶ナノワイヤを得ることができる。
【００２４】
したがって、前記３つの条件の数値的限定は独立的な意味を有することよりも、３つの条件を整合させた状態から最も望ましい二元合金単結晶ナノワイヤの製造方法となるのである。
【００２５】
また、前記反応炉の前端部及び後端部におけるそれぞれの温度は、前駆物質の溶融点、気化点、気化エネルギーなどの物理的性質、及び不活性気体の流れの条件及び熱処理時の圧力条件に従って最適化されなければならない。好ましくは、前記前駆物質は５００〜１２００℃に保持されるとともに、ナノワイヤの場合、前記基板は７００〜１１００℃に保持され、ナノベルトの場合、前記基板は１００〜２００℃に保持されることが好ましい。
【００２６】
前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から該反応炉の後端部の方に向けて１０〜６００ｓｃｃｍの流れにすることが好ましく、前記前駆物質がハロゲン化金属を包含する場合、前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から該反応炉の後端部の方に向けて３００〜６００ｓｃｃｍの流れにすることが好ましく、さらに４５０〜５５０ｓｃｃｍの流れにすることがより好ましい。また、前記前駆物質がハロゲン化金属を包含しない場合、前記不活性気体の前記反応炉の前端部から該反応炉の後端部への流れを１０〜３００ｓｃｃｍにすることが好ましい。
【００２７】
前記熱処理のときの圧力は、常圧より低い圧力を有することが好ましく、２〜３０ｔｏｒｒの圧力がさらに好ましく、５〜１５ｔｏｒｒの圧力が最も好ましい。しかし、前駆物質がハロゲン化金属を包含する場合は、熱処理の圧力を常圧にしても構わない。
【００２８】
また、前記反応炉の前・後端におけるそれぞれの温度条件、不活性気体の流れの条件及び熱処理のときの圧力条件は、前駆物質の気化程度、時間当たり単結晶基板に伝達される気化された前駆物質の量、単結晶基板上における二元合金物質の核生成及び成長速度、単結晶基板上に生成された二元合金物質（ナノワイヤまたはナノベルト）の表面エネルギー、単結晶基板上に生成された二元合金物質（ナノワイヤまたはナノベルト）の凝集程度、単結晶基板上に生成された二元合金物質の形状（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）に影響を及ぼすことになる。
【００２９】
したがって、前記の温度条件、不活性気体の流れ及び熱処理時の圧力条件などの整合に基づいて、本発明の前駆物質を用いて気相輸送法を適用することによって、最も好ましい品質と形状の二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを製造することができる。もし、前記条件の適正範囲を外れる場合には、二元合金形態のナノワイヤを得ることが難しく、製造されたナノワイヤまたはナノベルトの凝集や形状の変化と欠陥が生じる品質上の問題が発生することがあり、ナノワイヤまたはナノベルトの形態ではなく、粒子或はロッドなどの金属体になるなどの問題がある。
【００３０】
熱処理の時間も前記の温度条件、不活性気体の流れ及び熱処理時の圧力条件などの整合に基づいて最適化するところ、好ましくは１０分〜１時間の熱処理が好ましい。前記の熱処理時間の間、不活性気体によって気化された前駆物質が単結晶基板に移動して、核生成及び成長に作用するようになるが、これと同時に単結晶基板に既に形成された二元合金物質の間で気相及び基板表面を介する二元合金物質の移動（原子またはクラスター（ｃｌｕｓｔｅｒ）単位の物質移動）が発生してオストワルド塾生（Ｏｓｔｗａｌｄ ｒｉｐｅｎｉｎｇ）が生じることになる。
【００３１】
したがって、前記熱処理の後、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトが形成された単結晶基板の前駆物質を除去した状態で、さらに熱処理することにより二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの密度、またはサイズなどを調節することができる。
【００３２】
上述のように本発明の製造方法においては、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを構成する２つの元素の金属酸化物、金属物質、またはハロゲン化金属を前駆物質として利用するか、前記２つの元素の二元合金物質を前駆物質として利用するという点と、前記前駆物質を利用して二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを製造するとき、気相輸送法を利用することができるため、この方法によって全ての二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを製造することができる。ただ、単結晶基板上に形成される二元合金単結晶ナノワイヤまたはナノベルトが、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤ、またはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトであることが好ましい。
【００３３】
また、二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを製造するために供する前駆物質が混合物の状態、または二元合金を構成する２つの金属を包含するが、混合状態ではなく分離されている２つの物質を使用することができる。前記の混合物を使用する場合、前駆物質として第１物質と第２物質との混合物、または第１物質と第３物質との混合物を使用することができ、単独で二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを構成する２つの金属の合金（第３物質）を使用することもできる。前記第１物質と第２物質との混合物は、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属物質と第２物質の金属酸化物、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属物質、第１物質の金属物質と第２物質の金属物質、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属物質、第１物質の金属酸化物と第２物質のハロゲン化金属、第１物質の金属物質と第２物質のハロゲン化金属、または、第１物質のハロゲン化金属と第２物質のハロゲン化金属を混合した混合物であることもできる。本実施形態においては、好ましくは、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属物質と第２物質の金属酸化物、第１物質の金属酸化物と第２物質の金属物質、または、第１物質の金属物質と第２物質の金属物質とを混合した混合物を使用する。
【００３４】
また、第１物質と第３物質との混合物は、第１物質の金属酸化物と第３物質の二元合金物質、第１物質の金属物質と第３物質の二元合金物質、または第１物質のハロゲン化金属と第３物質の二元合金物質を混合した混合物であることもできる。ただ、好ましくは、第１物質の金属酸化物と第３物質の二元合金物質または第１物質の金属物質と第３物質の二元合金物質を使用する。
【００３５】
また、前記前駆物質として第３物質の二元合金物質を単独で使用することもできる。
【００３６】
前記混合物の混合状態は、粒子形態を有する第１物質及び第２物質が互に混合されていることだけの意味ではなく、反応炉上において前記２つの物質が隣接する位置（同じ温度が保持される位置）に置かれることを包含する意味である。
【００３７】
殊に、ハロゲン化金属を前駆物質として利用する場合、前記第１物質のハロゲン化金属及び前記第２物質を使用するとき、前記両物質が物理的に分離された状態で前記反応炉の前端部に位置させることが好ましい。ここで、前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質とが物理的に分離された状態で反応炉の前端部にそれぞれ位置させる理由は、第１物質のハロゲン化金属と第２物質とがそれぞれ異なるるつぼに収納されて互に異なる温度を保持しながら、ナノワイヤまたはナノベルトの合成にそれぞれ作用することになるためである。これは、ハロゲン化金属の揮発性が、金属、異種金属及び金属酸化物に比べて大きい値を有するため、前記不活性ガスの流れに従って、前記基板上に移動するハロゲン化金属の気体の量を調節するためである。この場合、前駆物質として、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属酸化物、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属物質、または、第１物質のハロゲン化金属と第２物質のハロゲン化金属が使用されるが、好ましくは、第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属酸化物、または第１物質のハロゲン化金属と第２物質の金属物質を使用する。また、第１物質のハロゲン化金属と第３物質の二元合金物質を使用することもできる。前記のように反応炉の前端部に物理的に分離された状態で位置させた前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質（または第３物質）において、前記第１物質のハロゲン化金属は、５００〜８００℃に保持され、前記第２物質（または第３物質）は８００〜１２００℃に保持されることが好ましく、ナノワイヤの場合では、前記基板が７００〜１１００℃に保持され、ナノベルトの場合では、前記基板が１００〜２００℃に保持されることが好ましい。このとき、反応炉を構成する温度調節装置が単一である場合は、管内のユニフォームゾーン（ｕｎｉｆｏｒｍ ｚｏｎｅ）に前駆物質を位置させ、前記前駆物質と前記ユニフォームゾーンとの距離を調節して他の物質または基板を位置させることにより温度を調節することができる。また、個別的に加熱体と温度調節装置を設ける場合は、保持しようとする温度をそれぞれ温度調節装置と加熱体とを利用して調節することができる。
【００３８】
前記第１物質または第２物質のハロゲン化金属は、フッ化金属、塩化金属、臭化金属またはヨウ化金属から選択されたものであり、好ましくは、ハロゲン化銀、ハロゲン化金、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化パラジウムまたはハロゲン化テルルである。前記ハロゲン化銀は、フッ化銀、塩化銀、臭化銀またはヨウ化銀から選択されたものであり、前記ハロゲン化金は、フッ化金、塩化金、臭化金またはヨウ化金から選択されたものであり、前記ハロゲン化コバルトは、フッ化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルトまたはヨウ化コバルトから選択されたものであり、前記ハロゲン化パラジウムは、フッ化パラジウム、塩化パラジウム、臭化パラジウムまたはヨウ化パラジウムから選択されたものであり、前記ハロゲン化テルルは、フッ化テルル、塩化テルル、臭化テルルまたはヨウ化テルルから選択されたものである。
【００３９】
前記第１物質または第２物質の金属酸化物は、好ましくは、酸化銀、酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルである。このとき、前記酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルは、常温常圧下で、熱力学的に安定した量論比を有する酸化物であることがあり、金属による点欠陥または酸素による点欠陥に起因する前記の安定した量論比を有していないこともある。
【００４０】
前記第１物質または第２物質の金属物質は、好ましくは、銀、金、コバルト、パラジウムまたはテルルである。
【００４１】
前記第３物質の二元合金物質は、好ましくは、ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、ＡｇとＴｅの合金、またはＢｉとＴｅの合金であり、前記ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、またはＡｇとＴｅの合金は金属間化合物、化合物、固溶体であることができる。また、前記合金の組成は、製造しようとするナノワイヤまたはナノベルトの組成と類似することが好ましいが、製造しょうとするナノワイヤまたはナノベルトの組成と異なっても構わない。
【００４２】
また、前記半導体または不導体の単結晶基板は、前記の熱処理条件において、化学的／熱的に安定した半導体または不導体であれば、全てが使用可能とするが、好ましくは、シリコン単結晶、ゲルマニウム単結晶、または、シリコンゲルマニウム単結晶から選択された４族単結晶、ガリウム砒素単結晶、インジウムリン単結晶、または、ガリウムリン単結晶から選択された３−５族単結晶、２−６族単結晶、４−６族単結晶、サファイア単結晶または二酸化ケイ素単結晶から選択された単結晶基板を使用することが好ましい。
【００４３】
しかし、前記基板は、単純に基板上部においてナノワイヤまたはナノベルトが形成される空間を提供する役割を行うだけであるため、必要によって上述した単結晶基板物質の多結晶体を使用しても良い。
【００４４】
本発明の製造方法の優秀性を実験を通じて立証するために、本発明の製造方法に従って、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤ及びＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトをそれぞれ製造（実施例１、２、３及び４）した。
【００４５】
下記の実施例１は、ハロゲン化前駆物質を使用せずに、二元合金ナノワイヤを製造する代表的な実施例であり、同実施例２は、ハロゲン化前駆物質を使用して二元合金ナノワイヤを製造する代表的な実施例であり、同実施例３は、製造しようとする二元合金ナノワイヤの二元合金物質を使用して二元合金ナノワイヤを製造する代表的な実施例であり、同実施例４は、製造しようとする二元合金ナノベルトの二元合金物質を使用して二元合金ナノベルトを製造する代表的な実施例である。
【００４６】
上述の後記する実施例３においては、前駆物質として二元合金物質（Ａｇ2Ｔｅ）のみを使用しているが、二元合金物質（Ａｇ2Ｔｅ）と金属（Ａｇ）または二元合金物質と金属酸化物（Ａｇ2Ｏ3）とを混合して使用することができる。また、後記する実施例４においては、前駆物質として二元合金物質（Ｂｉ1Ｔｅ1）のみを使用しているが、二元合金物質（Ｂｉ1Ｔｅ1）と金属（Ｂｉ）または二元合金物質と金属酸化物（Ｂｉ2Ｏ3）とを混合して使用することができる。
【００４７】
（実施例１）
反応炉において、気相輸送法によりＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤを合成した。
【００４８】
前記反応炉は、前端部と後端部に区別されるとともに、個別的に加熱体と温度調節装置を設けて構成されている。反応炉内の管は、直径１インチ、長さ６０ｃｍサイズの石英材質のものを使用した。
【００４９】
反応炉の前端部の中に、前駆物質であるＡｕ2Ｏ3（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、３３４０５７製品）０．０３ｇとＰｄＯ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、２０３９７１製品）０．０３ｇとを混合させた混合物を収納した高純度アルミナ材質のボート型容器を位置させた。また、反応炉の後端部の中には、サファイア単結晶基板（表面０００１）を位置させた。アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。なお、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、該真空ポンプを利用して石英管内の圧力を５ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を利用して１５０ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。
【００５０】
反応炉の前端部（前駆物質が収納されたアルミナボート）の温度は、１１００℃に保持し、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、９５０℃に保持した状態で３０分間の熱処理によって、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤを製造した。
【００５１】
（実施例２）
反応炉において、気相輸送法により、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤを合成した。
【００５２】
前記実施例１と同様に構成されている反応炉を使用した。
【００５３】
前駆物質としてＣｏＣｌ2（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、４４９７７６製品）０．０１ｇとＡｇ2Ｏ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、２２１６３製品）０．３ｇを使用し、前記 ＣｏＣｌ2とＡｇ2Ｏをそれぞれ高純度アルミナ材質のボート型容器に収納して反応炉の前端部に位置させた。また、反応炉の後端部の中には、Ｓｉ単結晶基板（表面１００）を位置させた。また、前記反応炉の前端部の中にＡｕ2Ｏ3が収納されたアルミナるつぼを位置させた。
【００５４】
アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。また、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、該真空ポンプを利用して石英管内の圧力を１５ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣを利用して５００ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。
【００５５】
反応炉の前端部（反応炉の中の位置）の温度は、１０００℃に保持して前記Ａｇ2Ｏが収納されたアルミナるつぼが１０００℃に保持されるようにし、前記Ａｇ2Ｏが収納されたアルミナるつぼの位置を基準にして４ｃｍの間隔をおいて、前記ＣｏＣｌ2が収納されたアルミナるつぼを位置させて、前記ＣｏＣｌ2が収納されたアルミナるつぼが６５０℃の温度を保持するようにするとともに、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、８００℃を保持した状態で３０分間の熱処理によってＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤを製造した。本実施例の理解のために、実施例２の前駆物質及び基板における熱処理の構成を図１に示した。
【００５６】
（実施例３）
反応炉において気相輸送法によりＡｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤを合成した。
【００５７】
前記実施例１と同様に構成されている反応炉を使用した。
【００５８】
反応炉の前端部の中に、前駆物質であるＡｇ2Ｔｅ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、４００６４５製品）０．０５ｇが収納された高純度アルミナ材質のボート型容器を位置させた。また反応炉の後端部の中には、シリコン単結晶基板（表面１００）を位置させた。アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。また、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、前記真空ポンプを利用して石英管内の圧力を１０ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣを利用して２００ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。
【００５９】
反応炉の前端部（前駆物質が収納されたアルミナボート）の温度は、１０００℃に保持し、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、８００℃に保持した状態で３０分間の熱処理によって、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤを製造した。
【００６０】
（実施例４）
反応炉において、気相輸送法によりＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトを合成した。
【００６１】
前記実施例１と同様に構成されている反応炉を使用した。
【００６２】
反応炉の前端部の中に、前駆物質であるＢｉ2Ｔｅ3（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ社、４４０７７製品）０．０５ｇが収納された高純度アルミナ材質のボート型容器を位置させた。また、反応炉の後端部の中には、シリコン単結晶基板（表面１００）を位置させた。アルゴン気体は、反応炉の前端部から導入されて反応炉の後端部に排気される。また、反応炉の後端部には真空ポンプが設置され、前記真空ポンプを利用して石英管内の圧力を１０ｔｏｒｒに保持し、ＭＦＣを利用して２００ｓｃｃｍのＡｒが流れるようにした。反応炉の前端部（前駆物質が収納されたアルミナボート）の温度は、６００℃に保持し、反応炉の後端部（シリコン基板）の温度は、１５０℃に保持した状態で３０分間の熱処理によって、Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトを製造した。
【００６３】
以上、前記実施例１〜４によって製造された二元合金単結晶ナノワイヤ及びナノベルトを分析して、本発明の製造方法によって製造された二元合金単結晶ナノ構造体の品質、形状及び純度などを調査・分析した。
【００６４】
先ず、図２〜図５は、実施例１を通じて製造されたＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤを分析・測定した結果である。
【００６５】
図２は、サファイア単結晶基板上にて製造されたＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）ナノワイヤのＳＥＭ写真である。図２から分るように、多量のナノワイヤの直径が５０〜１５０ｎｍ程度であり、３０ｕｍ以上（３０〜５０ｕｍ）の長さを有する均一なサイズでサファイア単結晶基板と分離されて製造されていることを分る。また、ナノワイヤの長手軸方向に真直ぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤ同士の固まりがなく個別的に分離可能のナノワイヤが製造されるとともに、ナノワイヤの長手軸が基板の表面に対して略垂直状の配向性を有していることを分る。
【００６６】
図３は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）ナノワイヤのＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）による結果を示している。前記図３の回折結果は、Ｐｄ金属ともＡｕ金属とも一致しない結晶性を有していることを分る。図４のＴＥＭ装備に装着されたＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を利用したナノワイヤの成分分析結果である。ここで分るように、グリッドのような測定装備の特性上、付随的に測定された物質を除外すれば、製造されたナノワイヤがＰｄとＡｇだけでなっていることを確認することができる。また、本発明の製造方法によって製造された多数のナノワイヤをＴＥＭ装備に装着されたＥＤＳによる分析の結果、ＰｄxＡｕ1-xのナノワイヤが製造され、前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９の組成を有していることを分る。
【００６７】
図５は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）ナノワイヤのＴＥＭ分析結果であり、図５（ａ）はナノワイヤの暗視野像（ｄａｒｋ ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｅ）であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるナノワイヤの高倍率ＴＥＭ写真であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のナノワイヤのＳＡＥＤ（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンである。図５（ａ）及び図５（ｂ）を通じて、滑らかな表面を有し、均一の太さのナノワイヤが形成されていることを確認することができ、図５（ｃ）を通じては、製造されたナノワイヤが面心立方構造を有することと、［１００］方向の成長方向を有する単結晶体であることを確認することができる。
【００６８】
前記図２〜図５の結果を通じて、ＰｄとＡｕが固溶体をなした面心立方構造の特徴を有する単結晶体としての高品質かつ欠陥のない完璧な形状のナノワイヤが製造されていることを確認することができる。
【００６９】
図６〜図８は、実施例２によって製造されたＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤを分析・測定した結果である。
【００７０】
図６は、シリコン単結晶基板上に製造されたＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤのＳＥＭ写真である。図６から分るように、ナノワイヤとプレートが同時に製造され、図６の左側上部に図示した高倍率ＳＥＭ写真から分るように、直径が２００〜３００ｎｍ程度であり、数ｕｍ以上の長さを有する均一なサイズのナノワイヤがサファイア単結晶基板と分離されて多量に製造されていることを確認することができる。長手軸方向に真直ぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤ同士の固まりがなく個別的に分離可能のナノワイヤが製造されていることを確認することができる。図７のＸＲＤ回折結果から分るように、製造されたナノワイヤが面心立方構造（ＦＣＣ）を有し、バルクＡｇの回折結果と一致していることを分る。
【００７１】
図８は、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）ナノワイヤの暗視野像であり、図８の左側下部に図示された挿入図面は、図８のナノワイヤのＳＡＥＤパターンである。図８の結果から分るように、ナノワイヤが面心立方構造（ＦＣＣ）の［０１−１］成長方向を有する単結晶体であることを分る。
【００７２】
図９は、ＴＥＭ装備に装着されたＥＤＳを利用したナノワイヤの成分分析結果であり、図９の（ａ）は図９のナノワイヤのＡｇ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果であり、図９の（ｂ）は図９のナノワイヤのＣｏ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果である。図９の（ｃ）は図９のナノワイヤの上部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果であり、図９の（ｄ）は同じく下部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果である。図９の（ａ）〜（ｄ）から分るように、グリッドのような測定装備の特性上、付随的に測定された物質を除外すれば、製造されたナノワイヤがＣｏとＡｇだけで構成され、ＣｏとＡｇがナノワイヤ全体に亘って均一に分布されていることを分る。また、本発明の製造方法によって製造された多数のナノワイヤのＥＤＳによる分析結果、ＣｏyＡｇ1-yのナノワイヤが製造され、前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５の組成を有していることを分る。
【００７３】
図６〜図９の結果を通じてＣｏとＡｇが固溶体をなした面心立方構造を有する単結晶体としての高品質かつ完璧な形状のナノワイヤが製造される。
【００７４】
図１０〜図１３は、実施例２を通じて製造されたＡｇ2Ｔｅナノワイヤに対する測定結果である。
【００７５】
図１０は、サファイア単結晶基板上に製造されたＡｇ2ＴｅナノワイヤのＳＥＭ写真であり、図１０から分るように多量のナノワイヤの直径が１５０〜２００ｎｍ程度であり、数ｕｍ以上の長さを有する均一なサイズでサファイア単結晶基板と分離されて製造されていることを分る。また、ナノワイヤの長手軸方向に真直ぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤ同士の固まりがなく個別的に分離可能のナノワイヤが製造されている。図１１のＸＲＤによる結果を通じてバルクのＡｇ2Ｔｅと同一の構造を有する単純な単斜晶構造の化合物であるＡｇ2Ｔｅナノワイヤが製造されていることを分る。
【００７６】
図１２は、Ａｇ2ＴｅナノワイヤのＴＥＭ分析結果であり、図１２（ａ）はナノワイヤの暗視野像及びＳＡＥＤパターンであり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のナノワイヤのＨＲＴＥＭ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真であり、図１２（ｂ）の右側上部に挿入されたパターンは、図１２（ｂ）の高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）パターンである。図１２（ａ）を通じて滑らかな表面を有し、均一なサイズのナノワイヤが形成され、製造されたナノワイヤが［−３０２］成長方向を有する単純単斜晶構造の単結晶体であることを確認することができる。図１２（ｂ）のＨＲＴＥＭ写真を通じて製造されたナノワイヤが欠陥のない高品質の単結晶体であり、ナノワイヤの（０１０）面間距離がバルクのＡｇ2Ｔｅ（０１０）面間距離と同一の４．４６Aであることを確認することができる。図１３のＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用したナノワイヤの成分分析結果を通じて分るように、グリッドのように測定装備の特性上、付随的に測定された物質を除外すると、製造されたナノワイヤがＡｇとＴｅだけで構成され、ＡｇとＴｅの組成比が２：１であることを確認することができる。
【００７７】
図１０〜図１３の結果によって、ＡｇとＴｅが２：１の組成比を有する単純単斜晶構造の化合物であり、完璧な形状と高品質の単結晶体としてのＡｇ2Ｔｅナノワイヤが製造されていることを分る。
【００７８】
図１４はＢｉ1Ｔｅ1ナノベルトのＴＥＭ分析結果であり、（ａ）はナノベルトの暗視野像とＳＡＥＤパターンである。
【００７９】
図１４の（ａ）を通じて滑らかな表面を有し、均一な太さのナノベルトが形成されていることを確認することができる。また、前記図１４の（ｂ）はナノベルトの高倍率ＴＥＭ写真であり、挿入されたイメージは高速フーリエ変換のパターンである。
【００８０】
図１４の（ａ）及び（ｂ）によって合成されたナノベルトが六方晶系の構造を有し、[１１０]方向の成長方向を有する単結晶体であることを確認することができる。
【００８１】
図１５は、本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用するナノベルトの成分分析結果である。
【００８２】
図１６は、本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＸＲＤの結果を示したグラフ図である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施例２の前駆物質及び基板の熱処理構成の模式図である。
【図２】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＳＥＭ写真図である。
【図３】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＸＲＤ結果図である。
【図４】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳによる結果図である。
【図５】本発明の実施例１によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤの暗視野像であり、（ｂ）は（ａ）のナノワイヤの高倍率ＴＥＭ写真図であり、（ｃ）は（ａ）のナノワイヤのＳＡＥＤパターンを示した図面である。
【図６】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤのＳＥＭ写真図である。
【図７】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤのＸＲＤの結果図である。
【図８】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤの暗視野像であって、図面左側の下部に挿入された図面はナノワイヤのＳＡＥＤパターンを示した図面である。
【図９】本発明の実施例２によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用したナノワイヤの成分分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤのＡｇ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果図であり、（ｂ）はナノワイヤのＣｏ ＥＤＳ ｍａｐｐｉｎｇの結果図であり、（ｃ）はナノワイヤの上部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果図であり、（ｄ）は下部に表示した白の四角形部分のＥＤＳ結果図である。
【図１０】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＳＥＭ写真図である。
【図１１】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＸＲＤ結果図である。
【図１２】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤの暗視野像及びＳＡＥＤパターンを示した図面であり、（ｂ）は（ａ）のナノワイヤのＨＲＴＥＭ写真図であり、（ｂ）の右側上部に挿入されたパターンは、（ｂ）の高速フーリエ変換のパターンを示した図面である。
【図１３】本発明の実施例３によって製造されたナノワイヤのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳによる結果図である。
【図１４】Ｂｉ1Ｔｅ1ナノベルトのＴＥＭ分析結果図であって、（ａ）はナノワイヤの暗視野像とＳＡＥＤパターンを示した図面である。
【図１５】本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＴＥＭ装備に付着されたＥＤＳを利用するナノベルトの成分分析結果図である。
【図１６】本発明の実施例４によって製造されたナノベルトのＸＲＤの結果を示すグラフ図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの前記二元合金を構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または、前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、
前記第１物質及び第３物質から選択された２つの物質、または、前記選択された２つの物質の混合物を前駆物質に用いて、
反応炉の前端部に位置させた前記前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた半導体または不導体の単結晶基板を、不活性気体が流れる雰囲気下で熱処理し、前記単結晶基板上に二元合金（ｂｉｎａｒｙ ａｌｌｏｙ）単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを形成することを特徴とする二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項２】
前記前駆物質は、第１物質と第２物質との混合物、第１物質と第３物質との混合物、または、第３物質であることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第１物質または第２物質のハロゲン化金属は、フッ化金属（ｍｅｔａｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化金属（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、臭化金属（ｍｅｔａｌ ｂｒｏｍｉｄｅ）またはヨウ化金属（ｍｅｔａｌ ｉｏｄｉｄｅ）から選択されることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項４】
前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に１０〜６００ｓｃｃｍ流すことを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で実施されることを特徴とする請求項４に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項６】
前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、７００〜１１００℃に保持されることを特徴とする請求項５に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項７】
前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、１００〜２００℃に保持されることを特徴とする請求項５に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項８】
前記前駆物質が、前記第１物質のハロゲン化金属及び前記第２物質であり、前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質とを物理的に分離して前記反応炉の前記前端部に位置させることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１物質のハロゲン化金属は、５００〜８００℃に保持され、前記第２物質は８００〜１２００℃に保持され、前記単結晶基板は、７００〜１１００℃に保持されることを特徴とする請求項８に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記第１物質または第２物質としての金属酸化物は、酸化銀、酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記第１物質または第２物質としての金属物質は、銀、金、コバルト、パラジウムまたはテルルであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第１物質または第２物質としてのハロゲン化金属は、ハロゲン化銀、ハロゲン化金、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化パラジウムまたはハロゲン化テルルであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記第３物質としての二元合金物質は、ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、ＡｇとＴｅの合金またはＢｉとＴｅの合金であることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記単結晶基板上に形成される二元合金単結晶ナノワイヤは、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤまたはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１５】
前駆物質を利用して触媒条件下での気相合成法によって製造された金属及び半金属から選択された２つの元素の単結晶体の固溶体、または単結晶体の化合物である二元合金ナノ構造体。
【請求項１６】
前記前駆物質は、前記二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、前記第１物質乃至第３物質から選択された２つの物質、または前記選択された２つの物質の混合物であることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項１７】
前記気相合成法は、前記前駆物質が５００〜１２００℃に保持されるとともに、二元合金単結晶ナノワイヤが形成される基板が、７００〜１１００℃に保持され、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で前記前駆物質から前記基板の方に不活性気体を１０〜６００ｓｃｃｍ流す熱処理であることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項１８】
また、前記気相合成法は、前記前駆物質が５００〜１２００℃に保持されるとともに、二元合金単結晶ナノベルトが形成される基板が、１００〜２００℃に保持され、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で前記前駆物質から前記基板の方に不活性気体を１０〜６００ｓｃｃｍ流す熱処理であることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項１９】
前記二元合金ナノ構造体は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤ、またはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトであることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２０】
前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは、面心立方構造（ＦＣＣ；Ｆａｃｅ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２１】
前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは、固溶体であることを特徴とする請求項２０に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２２】
前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは、面心立方構造であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２３】
前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは、固溶体であることを特徴とする請求項２２に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２４】
前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは、単純単斜晶構造（Ｓｉｍｐｌｅ ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２５】
前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは、化合物であることを特徴とする請求項２４に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２６】
前記Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトは、六方晶系（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）の構造であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項１】
二元合金ナノワイヤまたはナノベルトの前記二元合金を構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または、前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、
前記第１物質及び第３物質から選択された２つの物質、または、前記選択された２つの物質の混合物を前駆物質に用いて、
反応炉の前端部に位置させた前記前駆物質と、反応炉の後端部に位置させた半導体または不導体の単結晶基板を、不活性気体が流れる雰囲気下で熱処理し、前記単結晶基板上に二元合金（ｂｉｎａｒｙ ａｌｌｏｙ）単結晶ナノワイヤまたはナノベルトを形成することを特徴とする二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項２】
前記前駆物質は、第１物質と第２物質との混合物、第１物質と第３物質との混合物、または、第３物質であることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第１物質または第２物質のハロゲン化金属は、フッ化金属（ｍｅｔａｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化金属（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、臭化金属（ｍｅｔａｌ ｂｒｏｍｉｄｅ）またはヨウ化金属（ｍｅｔａｌ ｉｏｄｉｄｅ）から選択されることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項４】
前記不活性気体は、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に１０〜６００ｓｃｃｍ流すことを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で実施されることを特徴とする請求項４に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項６】
前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、７００〜１１００℃に保持されることを特徴とする請求項５に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項７】
前記前駆物質は、５００〜１２００℃に保持されるとともに、前記単結晶基板は、１００〜２００℃に保持されることを特徴とする請求項５に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項８】
前記前駆物質が、前記第１物質のハロゲン化金属及び前記第２物質であり、前記第１物質のハロゲン化金属と前記第２物質とを物理的に分離して前記反応炉の前記前端部に位置させることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１物質のハロゲン化金属は、５００〜８００℃に保持され、前記第２物質は８００〜１２００℃に保持され、前記単結晶基板は、７００〜１１００℃に保持されることを特徴とする請求項８に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記第１物質または第２物質としての金属酸化物は、酸化銀、酸化金、酸化コバルト、酸化パラジウムまたは酸化テルルであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記第１物質または第２物質としての金属物質は、銀、金、コバルト、パラジウムまたはテルルであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第１物質または第２物質としてのハロゲン化金属は、ハロゲン化銀、ハロゲン化金、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化パラジウムまたはハロゲン化テルルであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記第３物質としての二元合金物質は、ＰｄとＡｕの合金、ＣｏとＡｇの合金、ＡｇとＴｅの合金またはＢｉとＴｅの合金であることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記単結晶基板上に形成される二元合金単結晶ナノワイヤは、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤまたはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトであることを特徴とする請求項１に記載の二元合金ナノ構造体の製造方法。
【請求項１５】
前駆物質を利用して触媒条件下での気相合成法によって製造された金属及び半金属から選択された２つの元素の単結晶体の固溶体、または単結晶体の化合物である二元合金ナノ構造体。
【請求項１６】
前記前駆物質は、前記二元合金ナノワイヤまたはナノベルトを構成する１金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第１物質、前記二元合金を構成する他の金属の金属酸化物、金属物質またはハロゲン化金属を含めてなる第２物質、または前記二元合金の二元合金物質を含めてなる第３物質において、前記第１物質乃至第３物質から選択された２つの物質、または前記選択された２つの物質の混合物であることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項１７】
前記気相合成法は、前記前駆物質が５００〜１２００℃に保持されるとともに、二元合金単結晶ナノワイヤが形成される基板が、７００〜１１００℃に保持され、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で前記前駆物質から前記基板の方に不活性気体を１０〜６００ｓｃｃｍ流す熱処理であることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項１８】
また、前記気相合成法は、前記前駆物質が５００〜１２００℃に保持されるとともに、二元合金単結晶ナノベルトが形成される基板が、１００〜２００℃に保持され、２〜３０ｔｏｒｒの圧力下で前記前駆物質から前記基板の方に不活性気体を１０〜６００ｓｃｃｍ流す熱処理であることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項１９】
前記二元合金ナノ構造体は、ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤ、ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤ、Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤ、またはＢｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトであることを特徴とする請求項１５に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２０】
前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは、面心立方構造（ＦＣＣ；Ｆａｃｅ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２１】
前記ＰｄxＡｕ1-x（前記ｘは０．０１≦ｘ≦０．９９）単結晶ナノワイヤは、固溶体であることを特徴とする請求項２０に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２２】
前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは、面心立方構造であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２３】
前記ＣｏyＡｇ1-y（前記ｙは０．０１≦ｙ≦０．５）単結晶ナノワイヤは、固溶体であることを特徴とする請求項２２に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２４】
前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは、単純単斜晶構造（Ｓｉｍｐｌｅ ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２５】
前記Ａｇ2Ｔｅ単結晶ナノワイヤは、化合物であることを特徴とする請求項２４に記載の二元合金ナノ構造体。
【請求項２６】
前記Ｂｉ1Ｔｅ1単結晶ナノベルトは、六方晶系（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）の構造であることを特徴とする請求項１９に記載の二元合金ナノ構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−３５４７４（Ｐ２００９−３５４７４Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６４２０９（Ｐ２００８−１６４２０９）
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【出願人】（５９２１２７１４９）韓国科学技術院 (129)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】３７３−１，Ｇｕｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ，Ｙｕｓｅｏｎｇ−ｋｕ，Ｄａｅｊｅｏｎ ３０５−７０１ ＫＲ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【出願人】（５９２１２７１４９）韓国科学技術院 (129)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】３７３−１，Ｇｕｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ，Ｙｕｓｅｏｎｇ−ｋｕ，Ｄａｅｊｅｏｎ ３０５−７０１ ＫＲ
【Ｆターム（参考）】
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