薄膜形成方法および薄膜形成装置
【課題】結晶薄膜を精度良く形成し得る薄膜形成方法を提供する。
【解決手段】薄膜形成方法は、結晶体ＳＰを構成する原子と物理的に相互作用する探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面上の結合点と結合させるステップと、結晶体ＳＰの表面と結合した探針１５を移動させて結合点を探針１５に追随させることにより結晶体ＳＰの単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成するステップと、を備える。
【解決手段】薄膜形成方法は、結晶体ＳＰを構成する原子と物理的に相互作用する探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面上の結合点と結合させるステップと、結晶体ＳＰの表面と結合した探針１５を移動させて結合点を探針１５に追随させることにより結晶体ＳＰの単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成するステップと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶薄膜を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノテクロノジー（Nano technology）の研究開発が活発に行われている。ナノテクロノジーを活用すれば、数ナノメートル〜数百ナノメートルのサイズを持つ物質、部品あるいは装置を作り上げることが可能である。また、ナノテクロノジーの微細加工技術には、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）が多用される。特許文献１（特開平６−２５７０１９号公報）には、走査型プローブ顕微鏡の試料走査用の探針（probe tip）を用いてグラファイト薄膜をナノメートル精度で折り曲げることができる加工技術が開示されている。
【０００３】
グラファイト薄膜は、ｓｐ２結合した炭素原子の層からなるシート（グラフェン・シートと呼ばれる。）であり、これら炭素原子は、蜂の巣状の六員環構造を形成する。リボン状のグラファイト薄膜のエッジは、π電子による特有のスピン密度を形成し、このスピン密度に応じた磁性状態を呈することが知られている。このようなグラファイト薄膜に関する先行技術文献としては、たとえば、非特許文献１（Novoselov, K.S. et al.: "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science, Vol 306 (5696), pp. 666-669 (2004).）や非特許文献２（T. Kawai et al.: "Graphitic ribbons without hydrogen-termination: Electronic structures and stabilities", Phys. Rev. B 62, R16349 (2000).）が挙げられる。
【特許文献１】特開平６−２５７０１９号公報
【非特許文献１】Novoselov, K.S. et al.: "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science, Vol 306 (5696), pp. 666-669 (2004).
【非特許文献２】T. Kawai, Y. Miyamoto, O. Sugino, and Y. Koga: "Graphitic ribbons without hydrogen-termination: Electronic structures and stabilities", Phys. Rev. B 62, R16349 (2000).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
グラファイト薄膜の電気伝導度、熱伝導度および熱的安定性はいずれも高い。また、グラファイト薄膜の六員環構造は、強固な原子間結合力を有しているので、微細加工が可能であり、エレクトロマイグレーション（過度の電流により配線材料の金属の原子配列が乱れて、断線する現象）の発生を防止し得るものである。また、前述の通り、リボン状のグラファイト薄膜は、当該グラファイト薄膜のエッジでのスピン密度に応じた磁性状態（たとえば、強磁性）を呈するので、磁性体としての活用を期待できる。したがって、グラファイト薄膜は電子デバイス材料として適したものである。そこで、原子スケールで整った端構造を持つようにグラファイト薄膜を形成する技術が望まれている。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、グラファイト薄膜などの結晶薄膜を精度良く形成し得る薄膜形成方法および薄膜形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、層状結晶構造を持つ結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させるステップと、前記結晶体の表面と結合した探針を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成するステップと、を備えた薄膜形成方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、試料台に載置された層状結晶構造を持つ結晶体の表面と対向する先端を有し、かつ、前記結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針と、前記結晶体に対する前記探針の相対位置を変化させる駆動手段と、前記駆動手段を制御して前記探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させる制御手段と、を備えた薄膜形成装置が提供される。前記制御手段は、前記駆動手段を制御して、前記結晶体の表面と結合した探針の相対位置を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の通り、本発明による薄膜形成方法および薄膜形成装置は、層状結晶構造を持つ結晶体の結合点と結合した探針の相対位置を移動させて結合点を当該探針に追随させることにより結晶体の単層または複数層を引き裂いて薄膜結晶を形成する。これにより、原子スケールで整った所望の端構造を持つ結晶薄膜をナノメートル精度で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る一実施形態の薄膜形成装置１の概略構成を示す図である。この薄膜形成装置１は、原子間力顕微鏡からなり、移動ステージ（駆動機構）１０、試料台１１、走査素子１２、変位検出部１３、カンチレバー（板ばね）１４および探針１５を有している。走査素子１２と変位検出部１３は、筐体１６に固定されている。また、薄膜形成装置１は、制御系の構成として、ステージ駆動制御部２０、素子駆動制御部２１および主制御部２３を有している。薄膜形成装置１は、真空ポンプ（図示せず）を有しており、この真空ポンプを使用して筐体１６の内部を排気し高真空状態にすることができる。
【００１１】
移動ステージ１０は、当該移動ステージ１０の主面に平行でかつ互いに直交する２つの駆動軸（Ｘ軸およびＹ軸）を有し、更に、当該移動ステージ１０の主面と直交する駆動軸（Ｚ軸）を有している。ステージ駆動制御部２０は、主制御部２３からの指令に応じて移動ステージ１０を制御して、移動ステージ１０上に固定された試料台１１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることができる。
【００１２】
試料台１１の上には、層状結晶構造を持つ結晶体ＳＰが載置される。この層状結晶構造は、多数の層状結晶が積層した構造である。本実施形態では、結晶体ＳＰはグラファイトであるから、結晶体ＳＰの層状結晶構造は、図２に模式的に示されるように、平面状に配列した多数の六員環３０，３０，…からなるグラフェン・シートが積層した構造である。各六員環３０は、ｓｐ２結合した６個の炭素原子３１からなる。六員環３０の結晶軸のうちｃ軸は、結晶体ＳＰの表面すなわち試料台１１の主面に対して垂直な方向（高さ方向）を向いている。ｃ軸は、六員環３０によって形成される平面（ｃ面）に対して垂直な結晶軸である。
【００１３】
カンチレバー１４の先端部には、試料である結晶体ＳＰの表面に対向する鋭い先端を有する探針（プローブ）１５が固定されている。カンチレバー１４の基端部は、走査素子１２によって保持されている。走査素子１２は、素子駆動制御部２１からの指令に応じて、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の任意の軸方向へカンチレバー１４を高精度に移動させ得る駆動手段である。走査素子１２は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電素子で構成されればよいが、特に限定されるものではない。
【００１４】
探針１５は、結晶体ＳＰを構成する原子と物理的に相互作用するので、この相互作用により探針１５は斥力または引力を受ける。探針１５が斥力または引力に応じて変位すると、カンチレバー１４はその変位に応じてたわむので、変位検出部１３は、カンチレバー１４のたわみ量を検出することにより探針１５の変位を検出し得る。その検出結果は、電気信号（検出信号）に変換されて主制御部２３に供給される。このような変位検出部１３は、カンチレバー１４にレーザ光を照射するレーザ光源と、カンチレバー１４で反射したレーザ光を検出する光検出器とを有している。
【００１５】
薄膜形成装置１が走査型プローブ顕微鏡として機能して結晶体ＳＰの原子配列を測定するときは、主制御部２３は、探針１５を結晶体ＳＰの表面で走査させつつ、カンチレバー１４のたわみ量が一定となるように走査素子１２をフィードバック制御して結晶体ＳＰの表面に対する探針１５の相対位置を調整する。主制御部２３は、変位検出部１３から供給された検出信号に基づいて結晶体ＳＰの表層領域の３次元形状を表す画像データを生成し、表示装置２４に供給することができる。ユーザは、入力装置２５を操作して、主制御部２３に結晶体ＳＰの所望の観察範囲を測定させることができる。
【００１６】
また、主制御部２３は、測定結果に基づいて結晶体ＳＰの結晶軸の方向を検出する機能を有する。図２に示されるように、六員環３０には、ｃ軸と直交するａ軸およびｂ軸という２つの結晶軸が存在し得る。ａ軸は、結晶格子の六員環３０の中心（すなわち、六員環３０を構成する結晶格子の原点）と、六員環３０をなす炭素原子３１とを通る軸に設定されており、ｂ軸は、結晶格子の一辺を共有しかつ隣り合う２つの六員環３０，３０の中心を通る軸（図２では、ａ軸に対して直交する軸）に設定されている。主制御部２３は、これらａ軸とｂ軸の方向をそれぞれ検出することができる。
【００１７】
薄膜形成装置１が微細加工装置として機能するとき、薄膜形成装置１の駆動制御系は、探針１５を結晶体ＳＰの表面の方向に斥力に抗して移動させ、これにより、結晶体ＳＰの表面に探針１５を近接させ、かつ、探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面上の結合点と結合させる（ステップＳ１）。
【００１８】
このとき、真空ポンプを用いて筐体１６の内部から浮遊原子（たとえば、炭素）あるいは浮遊分子（たとえば、二酸化炭素や酸素）を排気し、筐体１６の内部を高真空雰囲気にすることが望ましい。これは、結晶体ＳＰの表面に浮遊原子や浮遊分子が吸着すると、当該表面と探針１５との間の結合力が弱まると考えられるからである。あるいは、その結合力向上のために、ステップＳ１の実行前に結晶体ＳＰの表面に熱処理を施して当該表面を洗浄してもよい。
【００１９】
なお、探針１５の先端を結晶体ＳＰの結合点と強固に結合させるためには、探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面に押し当てることにより炭素原子３１間のボンドを破壊して結晶体ＳＰの表面に欠陥部位を形成し、この欠陥部位を結合点としてもよい。あるいは、予め結晶体ＳＰの表面に電子ビームを局所的に照射して欠陥部位を形成し、この欠陥部位を結合点としてもよい。探針１５の先端を結合点に近接させた状態で、探針１５と結晶体ＳＰとの間に電流を流すことにより探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面と結合させることも可能である。
【００２０】
また、探針１５の先端は、チタンなどの金属材料や炭素材料で構成されればよい。特に、探針１５の先端を結晶体ＳＰの結合点と強固に結合する観点からは、探針１５の先端はカーボンナノチューブで構成されることが望ましい。
【００２１】
上記ステップＳ１の後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、結晶体ＳＰの表面と結合した探針１５を、事前に検出された結晶軸（ａ軸またはｂ軸）の方向に沿って移動させて結合点を探針１５に追随させる（ステップＳ２）。これにより、その移動方向に沿って炭素原子３１間のボンドが次々と壊されて、結晶体ＳＰの表層領域の単層または複数層が引き裂かれる。言い換えれば、結晶体ＳＰの表層領域が結合点から劈開される。同時に、結晶体ＳＰから表層領域の単層または複数層の結晶薄膜が剥離されることとなる。
【００２２】
その後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、探針１５の先端を結晶体ＳＰの結合点から引き離す（ステップＳ３）。このとき、少なくとも結合点付近に熱処理を施して探針１５と結晶体ＳＰとの間の結合力を弱くすることが望ましい。
【００２３】
次に、より具体的な薄膜形成方法の実施例について説明する。
【００２４】
先ず、高配向性熱分解グラファイトを高真空チャンバー内に封入し、アルゴンガスの雰囲気中２０００Ｋで１時間の熱処理を行うことによって、高配向性熱分解グラファイト中の欠陥の修復およびその表面の清浄化を行った。その後、高配向性熱分解グラファイトを０℃まで徐々に冷却することにより、試料であるグラファイト基板ＳＰを用意した。このグラファイト基板ＳＰを、原子間力顕微鏡である薄膜形成装置１の試料台１１上に載置した。
【００２５】
次に、薄膜形成装置１を走査型プローブ顕微鏡として機能させて、グラファイト基板ＳＰの表層領域における層状結晶構造のａ軸の方向が検出された。その後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、移動ステージ１０を制御して、探針１５の移動すべき方向がａ軸方向（アームチェア端方向）に適合するように薄膜形成装置１の移動ステージ１０を回転させた。次に、グラファイト基板ＳＰの洗浄表面に電子ビームを照射して２点の欠陥部位４０Ａ，４０Ｂを形成した。図３（ａ）は、これら欠陥部位４０Ａ，４０Ｂを模式的に示す図である。２点の欠陥部位４０Ａ，４０Ｂは、ａ軸に対して垂直な方向に２．４ｎｍの中心間隔Ｌ１をもって形成されている。
【００２６】
次に、薄膜形成装置１の駆動制御系は、２点の欠陥部位４０Ａ，４０Ｂの間の点（略中点付近）に探針１５の先端を押し付けることによってグラファイト基板ＳＰの表面に当該先端を結合した。この状態で、図４（ａ）に示されるように探針１５をａ軸に沿った方向に移動させることによってグラファイト基板ＳＰの表層領域の単層または複数層を引き裂くと同時に引き剥がし、これを移動させて別の場所に付着させた。
【００２７】
このように引き剥がされたグラファイト薄膜の構造を原子間力顕微鏡１で観察したところ、アームチェア端５０を持つ２．４ｎｍ幅の短冊状グラファイト薄膜が形成されていることが確認できた。
【００２８】
その後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、移動ステージ１０を制御して、探針１５の移動すべき方向がｂ軸方向（ジグザグ端方向）に適合するように薄膜形成装置１の移動ステージ１０をＺ軸の周りに９０度だけ回転させた。次に、グラファイト基板ＳＰの洗浄表面に電子ビームを照射して２点の欠陥部位４１Ａ，４１Ｂを形成した。図３（ｂ）は、これら欠陥部位４１Ａ，４１Ｂを模式的に示す図である。２点の欠陥部位４１Ａ，４１Ｂは、ｂ軸に対して垂直な方向に２．４ｎｍの中心間隔Ｌ２をもって形成されている。
【００２９】
次に、薄膜形成装置１の制御系は、２点の欠陥部位４１Ａ，４１Ｂの間の位置（略中点付近）に探針１５の先端を押し付けることによってグラファイト基板ＳＰの表面に当該先端を結合した。この状態で、図４（ｂ）に示されるように探針１５をｂ軸に沿った方向に移動させることによってグラファイト基板ＳＰの表層領域の単層または複数層を引き裂くと同時に引き剥がし、これを移動させて別の場所に付着させた。
【００３０】
このように引き剥がされたグラファイト薄膜の構造を薄膜加工装置（原子間力顕微鏡）１で観察したところ、ジグザグ端５１を持つ２．４ｎｍ幅の短冊状グラファイト薄膜が形成されていることが確認できた。
【００３１】
上記の通り、薄膜形成装置１は、結晶体ＳＰを構成する炭素原子３１と物理的に相互作用する探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面上の結合点と結合させた状態で、その探針１５の相対位置を結晶体ＳＰの面方向の結晶軸（ａ軸またはｂ軸）に沿って移動させて結晶体ＳＰに層間剥離を起こすと同時に、層内の炭素間結合を前記結晶軸方向に沿って切断することにより端構造を形成する。これにより、原子スケールで整った所望の端（アームチェア端またはジグザグ端）の構造を持つ結晶薄膜をナノメートル精度で形成することが可能となる。
【００３２】
また、図３（ａ）または図３（ｂ）に示したように、薄膜形成装置１は、ａ軸またはｂ軸と直交する方向に所定間隔Ｌ１またはＬ２をもって形成された２点の欠陥部位の間の位置に探針１５の先端を結合させ、その後、探針１５をａ軸またはｂ軸の方向に移動させることができる。これにより、短冊状の薄膜構造をナノメートル精度で形成することができる。このように形成された結晶性薄膜を用いて電子デバイスを形成することが可能である。
【００３３】
更に、ナノスケールの短冊状構造においては電気伝導度が結晶薄膜の端の構造に大きく依存する。たとえば、アームチェア端では幅に依存して半導体もしくは金属的な電子状態が形成されるが、ジグザグ端では常に金属的な性質が形成される。特に、ジグザグ端を持つ短冊状グラファイト薄膜では当該ジグザグ端に局在した電子状態に起因する磁性を作り出すことが可能である。
【００３４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、図１に示した薄膜形成装置１は、原子間力顕微鏡と同じ構成を有するが、これに限定されるものではない。原子間力顕微鏡の代わりに、走査型トンネル顕微鏡や走査型近接視野光学顕微鏡（ＳＮＯＭ：Scanning Near-field Optical Microscope）などの走査型プローブ顕微鏡を使用してもよい。
【００３５】
また、加工対象の結晶体ＳＰは、グラファイトに限定されるものではない。たとえば、グラファイトと同様の六方晶系の層状結晶構造を持つ窒化ホウ素や二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの二硫化物を加工対象の結晶体ＳＰとすることも可能である。更に、原子スケールで層状の結晶構造を持つ物質であれば、これを加工対象の結晶体ＳＰとして適用可能である。
【００３６】
更に、上記実施形態では、薄膜形成装置１は、結晶体ＳＰを結合点から引き裂くと同時に、結晶体ＳＰから表層領域の単層または複数層を層間剥離してナノメートルオーダーの結晶薄膜を形成していたが、この層間剥離が必ずしも必要であるとは限らない。たとえば、炭化ケイ素などの結晶体に熱処理を施すことにより比較的大面積を持つ単層あるいは数層の結晶薄膜を形成することができる。薄膜形成装置１は、この結晶薄膜を引き裂くことにより、原子スケールで整った端構造を持つ結晶薄膜をナノメートル精度で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る一実施形態の薄膜形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】六員環の結晶構造を模式的に示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、グラファイト基板の表面に形成された２点の欠陥部位を模式的に示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、グラファイト薄膜が形成される様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 薄膜形成装置（走査型プローブ顕微鏡）
１０ 移動ステージ（駆動機構）
１１ 試料台
１２ 走査素子
１３ 変位検出部
１４ カンチレバー
１５ 探針
２０ ステージ駆動制御部
２１ 素子駆動制御部
２３ 主制御部
２４ 表示装置
２５ 入力装置
３０ 六員環
３１ 原子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶薄膜を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノテクロノジー（Nano technology）の研究開発が活発に行われている。ナノテクロノジーを活用すれば、数ナノメートル〜数百ナノメートルのサイズを持つ物質、部品あるいは装置を作り上げることが可能である。また、ナノテクロノジーの微細加工技術には、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）が多用される。特許文献１（特開平６−２５７０１９号公報）には、走査型プローブ顕微鏡の試料走査用の探針（probe tip）を用いてグラファイト薄膜をナノメートル精度で折り曲げることができる加工技術が開示されている。
【０００３】
グラファイト薄膜は、ｓｐ２結合した炭素原子の層からなるシート（グラフェン・シートと呼ばれる。）であり、これら炭素原子は、蜂の巣状の六員環構造を形成する。リボン状のグラファイト薄膜のエッジは、π電子による特有のスピン密度を形成し、このスピン密度に応じた磁性状態を呈することが知られている。このようなグラファイト薄膜に関する先行技術文献としては、たとえば、非特許文献１（Novoselov, K.S. et al.: "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science, Vol 306 (5696), pp. 666-669 (2004).）や非特許文献２（T. Kawai et al.: "Graphitic ribbons without hydrogen-termination: Electronic structures and stabilities", Phys. Rev. B 62, R16349 (2000).）が挙げられる。
【特許文献１】特開平６−２５７０１９号公報
【非特許文献１】Novoselov, K.S. et al.: "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science, Vol 306 (5696), pp. 666-669 (2004).
【非特許文献２】T. Kawai, Y. Miyamoto, O. Sugino, and Y. Koga: "Graphitic ribbons without hydrogen-termination: Electronic structures and stabilities", Phys. Rev. B 62, R16349 (2000).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
グラファイト薄膜の電気伝導度、熱伝導度および熱的安定性はいずれも高い。また、グラファイト薄膜の六員環構造は、強固な原子間結合力を有しているので、微細加工が可能であり、エレクトロマイグレーション（過度の電流により配線材料の金属の原子配列が乱れて、断線する現象）の発生を防止し得るものである。また、前述の通り、リボン状のグラファイト薄膜は、当該グラファイト薄膜のエッジでのスピン密度に応じた磁性状態（たとえば、強磁性）を呈するので、磁性体としての活用を期待できる。したがって、グラファイト薄膜は電子デバイス材料として適したものである。そこで、原子スケールで整った端構造を持つようにグラファイト薄膜を形成する技術が望まれている。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、グラファイト薄膜などの結晶薄膜を精度良く形成し得る薄膜形成方法および薄膜形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、層状結晶構造を持つ結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させるステップと、前記結晶体の表面と結合した探針を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成するステップと、を備えた薄膜形成方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、試料台に載置された層状結晶構造を持つ結晶体の表面と対向する先端を有し、かつ、前記結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針と、前記結晶体に対する前記探針の相対位置を変化させる駆動手段と、前記駆動手段を制御して前記探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させる制御手段と、を備えた薄膜形成装置が提供される。前記制御手段は、前記駆動手段を制御して、前記結晶体の表面と結合した探針の相対位置を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の通り、本発明による薄膜形成方法および薄膜形成装置は、層状結晶構造を持つ結晶体の結合点と結合した探針の相対位置を移動させて結合点を当該探針に追随させることにより結晶体の単層または複数層を引き裂いて薄膜結晶を形成する。これにより、原子スケールで整った所望の端構造を持つ結晶薄膜をナノメートル精度で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る一実施形態の薄膜形成装置１の概略構成を示す図である。この薄膜形成装置１は、原子間力顕微鏡からなり、移動ステージ（駆動機構）１０、試料台１１、走査素子１２、変位検出部１３、カンチレバー（板ばね）１４および探針１５を有している。走査素子１２と変位検出部１３は、筐体１６に固定されている。また、薄膜形成装置１は、制御系の構成として、ステージ駆動制御部２０、素子駆動制御部２１および主制御部２３を有している。薄膜形成装置１は、真空ポンプ（図示せず）を有しており、この真空ポンプを使用して筐体１６の内部を排気し高真空状態にすることができる。
【００１１】
移動ステージ１０は、当該移動ステージ１０の主面に平行でかつ互いに直交する２つの駆動軸（Ｘ軸およびＹ軸）を有し、更に、当該移動ステージ１０の主面と直交する駆動軸（Ｚ軸）を有している。ステージ駆動制御部２０は、主制御部２３からの指令に応じて移動ステージ１０を制御して、移動ステージ１０上に固定された試料台１１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることができる。
【００１２】
試料台１１の上には、層状結晶構造を持つ結晶体ＳＰが載置される。この層状結晶構造は、多数の層状結晶が積層した構造である。本実施形態では、結晶体ＳＰはグラファイトであるから、結晶体ＳＰの層状結晶構造は、図２に模式的に示されるように、平面状に配列した多数の六員環３０，３０，…からなるグラフェン・シートが積層した構造である。各六員環３０は、ｓｐ２結合した６個の炭素原子３１からなる。六員環３０の結晶軸のうちｃ軸は、結晶体ＳＰの表面すなわち試料台１１の主面に対して垂直な方向（高さ方向）を向いている。ｃ軸は、六員環３０によって形成される平面（ｃ面）に対して垂直な結晶軸である。
【００１３】
カンチレバー１４の先端部には、試料である結晶体ＳＰの表面に対向する鋭い先端を有する探針（プローブ）１５が固定されている。カンチレバー１４の基端部は、走査素子１２によって保持されている。走査素子１２は、素子駆動制御部２１からの指令に応じて、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の任意の軸方向へカンチレバー１４を高精度に移動させ得る駆動手段である。走査素子１２は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電素子で構成されればよいが、特に限定されるものではない。
【００１４】
探針１５は、結晶体ＳＰを構成する原子と物理的に相互作用するので、この相互作用により探針１５は斥力または引力を受ける。探針１５が斥力または引力に応じて変位すると、カンチレバー１４はその変位に応じてたわむので、変位検出部１３は、カンチレバー１４のたわみ量を検出することにより探針１５の変位を検出し得る。その検出結果は、電気信号（検出信号）に変換されて主制御部２３に供給される。このような変位検出部１３は、カンチレバー１４にレーザ光を照射するレーザ光源と、カンチレバー１４で反射したレーザ光を検出する光検出器とを有している。
【００１５】
薄膜形成装置１が走査型プローブ顕微鏡として機能して結晶体ＳＰの原子配列を測定するときは、主制御部２３は、探針１５を結晶体ＳＰの表面で走査させつつ、カンチレバー１４のたわみ量が一定となるように走査素子１２をフィードバック制御して結晶体ＳＰの表面に対する探針１５の相対位置を調整する。主制御部２３は、変位検出部１３から供給された検出信号に基づいて結晶体ＳＰの表層領域の３次元形状を表す画像データを生成し、表示装置２４に供給することができる。ユーザは、入力装置２５を操作して、主制御部２３に結晶体ＳＰの所望の観察範囲を測定させることができる。
【００１６】
また、主制御部２３は、測定結果に基づいて結晶体ＳＰの結晶軸の方向を検出する機能を有する。図２に示されるように、六員環３０には、ｃ軸と直交するａ軸およびｂ軸という２つの結晶軸が存在し得る。ａ軸は、結晶格子の六員環３０の中心（すなわち、六員環３０を構成する結晶格子の原点）と、六員環３０をなす炭素原子３１とを通る軸に設定されており、ｂ軸は、結晶格子の一辺を共有しかつ隣り合う２つの六員環３０，３０の中心を通る軸（図２では、ａ軸に対して直交する軸）に設定されている。主制御部２３は、これらａ軸とｂ軸の方向をそれぞれ検出することができる。
【００１７】
薄膜形成装置１が微細加工装置として機能するとき、薄膜形成装置１の駆動制御系は、探針１５を結晶体ＳＰの表面の方向に斥力に抗して移動させ、これにより、結晶体ＳＰの表面に探針１５を近接させ、かつ、探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面上の結合点と結合させる（ステップＳ１）。
【００１８】
このとき、真空ポンプを用いて筐体１６の内部から浮遊原子（たとえば、炭素）あるいは浮遊分子（たとえば、二酸化炭素や酸素）を排気し、筐体１６の内部を高真空雰囲気にすることが望ましい。これは、結晶体ＳＰの表面に浮遊原子や浮遊分子が吸着すると、当該表面と探針１５との間の結合力が弱まると考えられるからである。あるいは、その結合力向上のために、ステップＳ１の実行前に結晶体ＳＰの表面に熱処理を施して当該表面を洗浄してもよい。
【００１９】
なお、探針１５の先端を結晶体ＳＰの結合点と強固に結合させるためには、探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面に押し当てることにより炭素原子３１間のボンドを破壊して結晶体ＳＰの表面に欠陥部位を形成し、この欠陥部位を結合点としてもよい。あるいは、予め結晶体ＳＰの表面に電子ビームを局所的に照射して欠陥部位を形成し、この欠陥部位を結合点としてもよい。探針１５の先端を結合点に近接させた状態で、探針１５と結晶体ＳＰとの間に電流を流すことにより探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面と結合させることも可能である。
【００２０】
また、探針１５の先端は、チタンなどの金属材料や炭素材料で構成されればよい。特に、探針１５の先端を結晶体ＳＰの結合点と強固に結合する観点からは、探針１５の先端はカーボンナノチューブで構成されることが望ましい。
【００２１】
上記ステップＳ１の後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、結晶体ＳＰの表面と結合した探針１５を、事前に検出された結晶軸（ａ軸またはｂ軸）の方向に沿って移動させて結合点を探針１５に追随させる（ステップＳ２）。これにより、その移動方向に沿って炭素原子３１間のボンドが次々と壊されて、結晶体ＳＰの表層領域の単層または複数層が引き裂かれる。言い換えれば、結晶体ＳＰの表層領域が結合点から劈開される。同時に、結晶体ＳＰから表層領域の単層または複数層の結晶薄膜が剥離されることとなる。
【００２２】
その後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、探針１５の先端を結晶体ＳＰの結合点から引き離す（ステップＳ３）。このとき、少なくとも結合点付近に熱処理を施して探針１５と結晶体ＳＰとの間の結合力を弱くすることが望ましい。
【００２３】
次に、より具体的な薄膜形成方法の実施例について説明する。
【００２４】
先ず、高配向性熱分解グラファイトを高真空チャンバー内に封入し、アルゴンガスの雰囲気中２０００Ｋで１時間の熱処理を行うことによって、高配向性熱分解グラファイト中の欠陥の修復およびその表面の清浄化を行った。その後、高配向性熱分解グラファイトを０℃まで徐々に冷却することにより、試料であるグラファイト基板ＳＰを用意した。このグラファイト基板ＳＰを、原子間力顕微鏡である薄膜形成装置１の試料台１１上に載置した。
【００２５】
次に、薄膜形成装置１を走査型プローブ顕微鏡として機能させて、グラファイト基板ＳＰの表層領域における層状結晶構造のａ軸の方向が検出された。その後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、移動ステージ１０を制御して、探針１５の移動すべき方向がａ軸方向（アームチェア端方向）に適合するように薄膜形成装置１の移動ステージ１０を回転させた。次に、グラファイト基板ＳＰの洗浄表面に電子ビームを照射して２点の欠陥部位４０Ａ，４０Ｂを形成した。図３（ａ）は、これら欠陥部位４０Ａ，４０Ｂを模式的に示す図である。２点の欠陥部位４０Ａ，４０Ｂは、ａ軸に対して垂直な方向に２．４ｎｍの中心間隔Ｌ１をもって形成されている。
【００２６】
次に、薄膜形成装置１の駆動制御系は、２点の欠陥部位４０Ａ，４０Ｂの間の点（略中点付近）に探針１５の先端を押し付けることによってグラファイト基板ＳＰの表面に当該先端を結合した。この状態で、図４（ａ）に示されるように探針１５をａ軸に沿った方向に移動させることによってグラファイト基板ＳＰの表層領域の単層または複数層を引き裂くと同時に引き剥がし、これを移動させて別の場所に付着させた。
【００２７】
このように引き剥がされたグラファイト薄膜の構造を原子間力顕微鏡１で観察したところ、アームチェア端５０を持つ２．４ｎｍ幅の短冊状グラファイト薄膜が形成されていることが確認できた。
【００２８】
その後、薄膜形成装置１の駆動制御系は、移動ステージ１０を制御して、探針１５の移動すべき方向がｂ軸方向（ジグザグ端方向）に適合するように薄膜形成装置１の移動ステージ１０をＺ軸の周りに９０度だけ回転させた。次に、グラファイト基板ＳＰの洗浄表面に電子ビームを照射して２点の欠陥部位４１Ａ，４１Ｂを形成した。図３（ｂ）は、これら欠陥部位４１Ａ，４１Ｂを模式的に示す図である。２点の欠陥部位４１Ａ，４１Ｂは、ｂ軸に対して垂直な方向に２．４ｎｍの中心間隔Ｌ２をもって形成されている。
【００２９】
次に、薄膜形成装置１の制御系は、２点の欠陥部位４１Ａ，４１Ｂの間の位置（略中点付近）に探針１５の先端を押し付けることによってグラファイト基板ＳＰの表面に当該先端を結合した。この状態で、図４（ｂ）に示されるように探針１５をｂ軸に沿った方向に移動させることによってグラファイト基板ＳＰの表層領域の単層または複数層を引き裂くと同時に引き剥がし、これを移動させて別の場所に付着させた。
【００３０】
このように引き剥がされたグラファイト薄膜の構造を薄膜加工装置（原子間力顕微鏡）１で観察したところ、ジグザグ端５１を持つ２．４ｎｍ幅の短冊状グラファイト薄膜が形成されていることが確認できた。
【００３１】
上記の通り、薄膜形成装置１は、結晶体ＳＰを構成する炭素原子３１と物理的に相互作用する探針１５の先端を結晶体ＳＰの表面上の結合点と結合させた状態で、その探針１５の相対位置を結晶体ＳＰの面方向の結晶軸（ａ軸またはｂ軸）に沿って移動させて結晶体ＳＰに層間剥離を起こすと同時に、層内の炭素間結合を前記結晶軸方向に沿って切断することにより端構造を形成する。これにより、原子スケールで整った所望の端（アームチェア端またはジグザグ端）の構造を持つ結晶薄膜をナノメートル精度で形成することが可能となる。
【００３２】
また、図３（ａ）または図３（ｂ）に示したように、薄膜形成装置１は、ａ軸またはｂ軸と直交する方向に所定間隔Ｌ１またはＬ２をもって形成された２点の欠陥部位の間の位置に探針１５の先端を結合させ、その後、探針１５をａ軸またはｂ軸の方向に移動させることができる。これにより、短冊状の薄膜構造をナノメートル精度で形成することができる。このように形成された結晶性薄膜を用いて電子デバイスを形成することが可能である。
【００３３】
更に、ナノスケールの短冊状構造においては電気伝導度が結晶薄膜の端の構造に大きく依存する。たとえば、アームチェア端では幅に依存して半導体もしくは金属的な電子状態が形成されるが、ジグザグ端では常に金属的な性質が形成される。特に、ジグザグ端を持つ短冊状グラファイト薄膜では当該ジグザグ端に局在した電子状態に起因する磁性を作り出すことが可能である。
【００３４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、図１に示した薄膜形成装置１は、原子間力顕微鏡と同じ構成を有するが、これに限定されるものではない。原子間力顕微鏡の代わりに、走査型トンネル顕微鏡や走査型近接視野光学顕微鏡（ＳＮＯＭ：Scanning Near-field Optical Microscope）などの走査型プローブ顕微鏡を使用してもよい。
【００３５】
また、加工対象の結晶体ＳＰは、グラファイトに限定されるものではない。たとえば、グラファイトと同様の六方晶系の層状結晶構造を持つ窒化ホウ素や二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの二硫化物を加工対象の結晶体ＳＰとすることも可能である。更に、原子スケールで層状の結晶構造を持つ物質であれば、これを加工対象の結晶体ＳＰとして適用可能である。
【００３６】
更に、上記実施形態では、薄膜形成装置１は、結晶体ＳＰを結合点から引き裂くと同時に、結晶体ＳＰから表層領域の単層または複数層を層間剥離してナノメートルオーダーの結晶薄膜を形成していたが、この層間剥離が必ずしも必要であるとは限らない。たとえば、炭化ケイ素などの結晶体に熱処理を施すことにより比較的大面積を持つ単層あるいは数層の結晶薄膜を形成することができる。薄膜形成装置１は、この結晶薄膜を引き裂くことにより、原子スケールで整った端構造を持つ結晶薄膜をナノメートル精度で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る一実施形態の薄膜形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】六員環の結晶構造を模式的に示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、グラファイト基板の表面に形成された２点の欠陥部位を模式的に示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、グラファイト薄膜が形成される様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 薄膜形成装置（走査型プローブ顕微鏡）
１０ 移動ステージ（駆動機構）
１１ 試料台
１２ 走査素子
１３ 変位検出部
１４ カンチレバー
１５ 探針
２０ ステージ駆動制御部
２１ 素子駆動制御部
２３ 主制御部
２４ 表示装置
２５ 入力装置
３０ 六員環
３１ 原子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状結晶構造を持つ結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させるステップと、
前記結晶体の表面と結合した探針を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成するステップと、
を備える薄膜形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜形成方法であって、前記結晶薄膜を形成するステップでは、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体に層間剥離を起こすように移動させる、薄膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の薄膜形成方法であって、前記結晶薄膜を形成するステップでは、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体の面方向の結晶軸に沿って移動させる、薄膜形成方法。
【請求項４】
請求項３記載の薄膜形成方法であって、前記探針は、走査型プローブ顕微鏡の探針である、薄膜形成方法。
【請求項５】
請求項４記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端を前記結合点と結合させるステップの実行前に、前記探針を前記結晶体の表面で走査させて前記結晶軸の方向を検出するステップを更に備える薄膜形成方法。
【請求項６】
請求項３から５のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端を前記結合点と結合させるステップでは、前記結晶軸とは垂直な方向に所定間隔をもって形成された２点の欠陥部位の間の点を前記結合点とする、薄膜形成方法。
【請求項７】
請求項３から６のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の六員環の中心と前記六員環をなす原子とを通る軸に設定される、薄膜形成方法。
【請求項８】
請求項３から６のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の一辺を共有しかつ隣り合う２つの六員環の中心を通る軸に設定される、薄膜形成方法。
【請求項９】
請求項７または８記載の薄膜形成方法であって、前記六員環をなす原子は炭素原子からなる、薄膜形成方法。
【請求項１０】
請求項９記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端はカーボンナノチューブで構成されている、薄膜形成方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端を前記結晶体の表面に押し当てることにより前記結合点に欠陥部位を形成するステップを更に備え、前記探針の先端を前記結合点と結合させるステップにおいては、前記探針の先端を前記欠陥部位と結合させる、薄膜形成方法。
【請求項１２】
試料台に載置された層状結晶構造を持つ結晶体の表面と対向する先端を有し、かつ、前記結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針と、
前記結晶体に対する前記探針の相対位置を変化させる駆動手段と、
前記駆動手段を制御して前記探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記駆動手段を制御して、前記結晶体の表面と結合した探針の相対位置を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成する、薄膜形成装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体に層間剥離を起こすように移動させて前記結晶薄膜を形成する、薄膜形成装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記結晶薄膜を形成するときに、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体の面方向の結晶軸に沿って移動させる、薄膜形成装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の薄膜形成装置であって、走査型プローブ顕微鏡からなる薄膜形成装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段が前記駆動手段を制御して前記探針を前記結晶体の表面で走査させたときに、前記結晶体を構成する原子と前記探針との間の相互作用に基づいて前記結晶軸の方向を検出する検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記検出手段によって前記結晶軸の方向が検出された後に、前記探針の先端を前記結合点と結合させる、薄膜形成装置。
【請求項１７】
請求項１４から１６のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記結晶軸とは垂直な方向に所定間隔をもって形成された２点の欠陥部位の間の点を前記結合点とする、薄膜形成装置。
【請求項１８】
請求項１４から１７のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の六員環の中心と前記六員環をなす原子とを通る軸に設定される、薄膜形成装置。
【請求項１９】
請求項１４から１７のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の一辺を共有しかつ隣り合う２つの六員環の中心を通る軸に設定される、薄膜形成装置。
【請求項２０】
請求項１８または１９記載の薄膜形成装置であって、前記六員環をなす原子は炭素原子からなる、薄膜形成装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の薄膜形成装置であって、前記探針の先端はカーボンナノチューブで構成されている、薄膜形成装置。
【請求項２２】
請求項１２から２１のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記駆動手段を制御して前記探針の先端を前記結晶体の表面に押し当てることにより前記結晶体の表面に欠陥部位を形成し、当該形成された欠陥部位を前記結合点とする、薄膜形成装置。
【請求項１】
層状結晶構造を持つ結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させるステップと、
前記結晶体の表面と結合した探針を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成するステップと、
を備える薄膜形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜形成方法であって、前記結晶薄膜を形成するステップでは、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体に層間剥離を起こすように移動させる、薄膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の薄膜形成方法であって、前記結晶薄膜を形成するステップでは、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体の面方向の結晶軸に沿って移動させる、薄膜形成方法。
【請求項４】
請求項３記載の薄膜形成方法であって、前記探針は、走査型プローブ顕微鏡の探針である、薄膜形成方法。
【請求項５】
請求項４記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端を前記結合点と結合させるステップの実行前に、前記探針を前記結晶体の表面で走査させて前記結晶軸の方向を検出するステップを更に備える薄膜形成方法。
【請求項６】
請求項３から５のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端を前記結合点と結合させるステップでは、前記結晶軸とは垂直な方向に所定間隔をもって形成された２点の欠陥部位の間の点を前記結合点とする、薄膜形成方法。
【請求項７】
請求項３から６のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の六員環の中心と前記六員環をなす原子とを通る軸に設定される、薄膜形成方法。
【請求項８】
請求項３から６のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の一辺を共有しかつ隣り合う２つの六員環の中心を通る軸に設定される、薄膜形成方法。
【請求項９】
請求項７または８記載の薄膜形成方法であって、前記六員環をなす原子は炭素原子からなる、薄膜形成方法。
【請求項１０】
請求項９記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端はカーボンナノチューブで構成されている、薄膜形成方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、前記探針の先端を前記結晶体の表面に押し当てることにより前記結合点に欠陥部位を形成するステップを更に備え、前記探針の先端を前記結合点と結合させるステップにおいては、前記探針の先端を前記欠陥部位と結合させる、薄膜形成方法。
【請求項１２】
試料台に載置された層状結晶構造を持つ結晶体の表面と対向する先端を有し、かつ、前記結晶体を構成する原子と物理的に相互作用する探針と、
前記結晶体に対する前記探針の相対位置を変化させる駆動手段と、
前記駆動手段を制御して前記探針の先端を前記結晶体の表面上の所定の結合点と結合させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記駆動手段を制御して、前記結晶体の表面と結合した探針の相対位置を移動させて前記結合点を当該探針に追随させることにより前記結晶体の単層または複数層を引き裂いて結晶薄膜を形成する、薄膜形成装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体に層間剥離を起こすように移動させて前記結晶薄膜を形成する、薄膜形成装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記結晶薄膜を形成するときに、前記結晶体の表面と結合した探針を前記結晶体の面方向の結晶軸に沿って移動させる、薄膜形成装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の薄膜形成装置であって、走査型プローブ顕微鏡からなる薄膜形成装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段が前記駆動手段を制御して前記探針を前記結晶体の表面で走査させたときに、前記結晶体を構成する原子と前記探針との間の相互作用に基づいて前記結晶軸の方向を検出する検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記検出手段によって前記結晶軸の方向が検出された後に、前記探針の先端を前記結合点と結合させる、薄膜形成装置。
【請求項１７】
請求項１４から１６のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記結晶軸とは垂直な方向に所定間隔をもって形成された２点の欠陥部位の間の点を前記結合点とする、薄膜形成装置。
【請求項１８】
請求項１４から１７のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の六員環の中心と前記六員環をなす原子とを通る軸に設定される、薄膜形成装置。
【請求項１９】
請求項１４から１７のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記結晶体の結晶格子は、前記結晶体の表面に平行な平面を形成する六員環の構造を有し、前記結晶軸は、前記結晶格子の一辺を共有しかつ隣り合う２つの六員環の中心を通る軸に設定される、薄膜形成装置。
【請求項２０】
請求項１８または１９記載の薄膜形成装置であって、前記六員環をなす原子は炭素原子からなる、薄膜形成装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の薄膜形成装置であって、前記探針の先端はカーボンナノチューブで構成されている、薄膜形成装置。
【請求項２２】
請求項１２から２１のうちのいずれか１項に記載の薄膜形成装置であって、前記制御手段は、前記駆動手段を制御して前記探針の先端を前記結晶体の表面に押し当てることにより前記結晶体の表面に欠陥部位を形成し、当該形成された欠陥部位を前記結合点とする、薄膜形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２１４１９５（Ｐ２００９−２１４１９５Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５７６７０（Ｐ２００８−５７６７０）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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