JP7550440B2 - Nanowire manufacturing apparatus and method - Google Patents
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Description
本出願における開示は、ナノワイヤ製造装置およびナノワイヤ製造方法に関する。 The disclosure in this application relates to a nanowire manufacturing apparatus and a nanowire manufacturing method.
電子・情報・エレクトロニクス分野などの各種工業分野において、例えば、ナノ電子部品、ナノ磁性材料、集積回路の配線等に、金属ナノワイヤが要求され、その研究開発が広く行われている。 In various industrial fields such as the electronics, information, and electronics fields, there is a demand for metal nanowires, for example for nanoelectronic components, nanomagnetic materials, and wiring in integrated circuits, and research and development into these is being widely conducted.
また、金属は、熱伝導性や展延性・焼結性に富んだ加工性に加え、体積強度比、環境負荷の少ないリサイクル性・補修性などの特徴を有している。そのため金属ナノワイヤは、集積回路の配線のみならず、ナノ・マイクロスケールにおいても金属の特性を発揮する機械材料としても期待されている。 In addition to being highly workable, with excellent thermal conductivity, ductility, and sinterability, metals also have characteristics such as a high strength-to-volume ratio and low environmental impact, making them easy to recycle and repair. For this reason, metal nanowires are expected to be used not only for wiring in integrated circuits, but also as mechanical materials that exhibit the properties of metals even at the nano- and micro-scale.
さらに、より長い金属ナノワイヤを用いることで、例えば、電子顕微鏡のフィラメント、電子部品のボンディングワイヤ、医療用ナノナイフ、重力波望遠鏡の構成部品であるヒートリンク等といった新たな産業分野においての利用が期待されている。 Furthermore, the use of longer metal nanowires is expected to lead to new industrial applications, such as filaments in electron microscopes, bonding wires in electronic components, medical nanoknives, and heat links as components of gravitational wave telescopes.
特許文献1および特許文献2には、金属配線に高密度電子流を与えてエレクトロマイグレーション(以下、「EM」と記載することがある。)によって金属ナノワイヤを製造する方法が記載されている。詳細には、(1)金属配線にEMと呼ばれる電子流を発生させて、金属原子を移動させ、(2)移動した金属原子が蓄積され高圧力が発生し、(3)その高圧力を利用し、金属原子を物理的に拘束して集約させ、成長させることによって金属ナノワイヤを製造する、ことが記載されている。 Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a method of producing metal nanowires by electromigration (hereinafter sometimes referred to as "EM") by applying a high-density electron flow to metal wiring. In detail, they describe that (1) an electron flow called EM is generated in the metal wiring to move metal atoms, (2) the moved metal atoms accumulate and generate high pressure, and (3) that high pressure is used to physically restrain the metal atoms, aggregate them, and grow them to produce metal nanowires.
特許文献1および特許文献2には、ナノワイヤを製造するデバイスが記載されている。デバイスは、電流入出力用パッド間にアルミニウム配線を設け、アルミニウム配線の上に絶縁層を積層している。そして、デバイスの絶縁層は、アルミニウム配線上に開口を備えている。 Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a device for manufacturing nanowires. The device has aluminum wiring provided between current input/output pads, and an insulating layer laminated on the aluminum wiring. The insulating layer of the device has an opening on the aluminum wiring.
そのため、特許文献1および特許文献2に記載のデバイスでは、電流入出力用パッド間に電位を印加することで、EMが発生し、アルミニウムのナノワイヤが開口から射出される。 Therefore, in the devices described in Patent Documents 1 and 2, applying a potential between the current input/output pads generates EM, causing aluminum nanowires to be ejected from the openings.
しかしながら、特許文献1および特許文献2に記載のデバイスは、絶縁層の開口からナノワイヤを射出させるため、材料となるアルミニウム配線を絶縁層で覆う必要がある。そうすると、ナノワイヤを形成するための材料であるアルミニウムの量は、絶縁層の下のアルミニウム配線の量に依存するという問題がある。また、特許文献1および特許文献2に記載のデバイスの絶縁層は、CVD等の薄膜形成技術で積層している。そのため、積層後の絶縁層を除去してアルミニウムを供給することは難しく、特許文献1および特許文献2に記載のデバイスは再利用が困難であるという問題がある。 However, in the devices described in Patent Documents 1 and 2, the aluminum wiring material must be covered with an insulating layer in order for the nanowires to be ejected from the openings in the insulating layer. This creates a problem in that the amount of aluminum, which is the material used to form the nanowires, depends on the amount of aluminum wiring below the insulating layer. In addition, the insulating layers in the devices described in Patent Documents 1 and 2 are layered using thin-film formation techniques such as CVD. For this reason, it is difficult to remove the insulating layer after layering to supply aluminum, and there is a problem in that the devices described in Patent Documents 1 and 2 are difficult to reuse.
そこで、本出願における開示は、金属ナノワイヤを形成するための材料を、所望のタイミングで供給できるナノワイヤ製造装置の提供を課題とする。本出願における開示のその他の任意付加的な効果は、発明を実施するための形態において明らかにされる。 The present disclosure aims to provide a nanowire manufacturing device that can supply materials for forming metal nanowires at a desired timing. Other optional effects of the present disclosure will be made clear in the description of the invention.
(1)エレクトロマイグレーションによる原子拡散によりナノワイヤを製造するナノワイヤ製造装置であって、
ナノワイヤ製造装置は、内部に空間を有する部材を含み、
部材は、
ナノワイヤ材料を空間に供給する供給口と、
空間に供給されたナノワイヤ材料をナノワイヤとして射出する少なくとも一つの射出口と、
を含む、
ナノワイヤ製造装置。
(2)部材の射出口から相対する端部方向に空間を観た時に、当該方向に垂直な空間の断面積が、
射出口側から空間の端部まで同じである、
または、
射出口側から空間の端部へ向かって徐々に大きくなる部分を含む、
上記(1)に記載のナノワイヤ製造装置。
(3)導電膜を更に含み、
導電膜は、射出口を介して部材の空間側と外側に連続して積層している部分を含む、
上記(1)または(2)に記載のナノワイヤ製造装置。
(4)導電膜は、空間側に積層された場所から供給口に連続して積層している、
上記(3)に記載のナノワイヤ製造装置。
(5)部材は、
供給口を含む第1部材と、
射出口を含む第2部材と、
を含み、
第1部材に第2部材を接合して空間が規定される、
上記(1)に記載のナノワイヤ製造装置。
(6)導電膜を更に含み、
第2部材は、第1部材に接合される第1面を含み、
導電膜は、第1面の第1部材が接合される場所を介して空間側と外側に連続して積層している部分を含む、
上記(5)に記載のナノワイヤ製造装置。
(7)導電膜を更に含み、
第2部材は、
第1部材に接合される第1面と、
第1面に対向する第2面と、
を含み、
導電膜は、射出口を介して第1面から第2面に連続して積層している部分を含む、
上記(5)に記載のナノワイヤ製造装置。
(8)第1部材は、空間を規定する第3面を含み、
導電膜は、第3面の第2部材が接合される場所から供給口に連続して積層している部分を含む、
上記(6)または(7)に記載のナノワイヤ製造装置。
(9)導電膜の導電率に対するナノワイヤ材料の導電率の比が、5~20である、
上記(3)、(4)、(6)~(8)の何れか1つに記載のナノワイヤ製造装置。
(10)導電膜が、窒化チタン膜である、
上記(3)、(4)、(6)~(9)の何れか1つに記載のナノワイヤ製造装置。
(11)アタッチメントを更に含み、
アタッチメントは、
射出口から射出されたナノワイヤが入る入口と、
ナノワイヤが出る出口と、
を含み、
出口は、射出口の形状とは異なる、
上記(1)~(10)の何れか1つに記載のナノワイヤ製造装置。
(12)射出口が、複数である、
上記(1)~(11)の何れか1つに記載のナノワイヤ製造装置。
(13)エレクトロマイグレーションによる原子拡散によりナノワイヤを製造するナノワイヤ製造装置を用いたナノワイヤ製造方法であって、
ナノワイヤ製造装置は、内部に空間を有する部材を含み、
部材は、
ナノワイヤ材料を空間に供給する供給口と、
空間に供給されたナノワイヤ材料をナノワイヤとして射出する少なくとも一つの射出口と、
を含み、
ナノワイヤ製造方法は、
ナノワイヤ材料を供給口から空間に供給する供給工程と、
ナノワイヤ材料にエレクトロマイグレーションを発生させるための電流を印加する電流印加工程と、
エレクトロマイグレーションによってナノワイヤ材料を移動させて射出口からナノワイヤを射出させる射出工程と、
を含む、ナノワイヤ製造方法。
(14)射出工程中に、ナノワイヤ材料を供給口から空間に供給する、
上記(13)に記載のナノワイヤ製造方法。
(1) A nanowire manufacturing apparatus for manufacturing nanowires by atomic diffusion through electromigration, comprising:
The nanowire production apparatus includes a member having a space therein,
The components are:
A supply port for supplying a nanowire material to the space;
At least one ejection port for ejecting the nanowire material supplied into the space as nanowires;
Including,
Nanowire manufacturing equipment.
(2) When the space is viewed in the direction opposite the end of the component from the injection port, the cross-sectional area of the space perpendicular to that direction is
It is the same from the exit side to the end of the space.
or
Including a portion that gradually becomes larger from the injection port side toward the end of the space,
The nanowire manufacturing apparatus according to (1) above.
(3) further comprising a conductive film;
The conductive film includes a portion that is continuously laminated on the space side and the outside of the component through the injection port.
The nanowire manufacturing apparatus according to (1) or (2) above.
(4) The conductive film is laminated continuously from the portion laminated on the space side to the supply port.
The nanowire manufacturing apparatus according to (3) above.
(5) The member is
A first member including a supply port;
A second member including an injection port;
Including,
A space is defined by joining a second member to a first member;
The nanowire manufacturing apparatus according to (1) above.
(6) Further comprising a conductive film,
the second member includes a first surface joined to the first member;
the conductive film includes a portion that is continuously laminated on the space side and the outside through a portion of the first surface where the first member is joined;
The nanowire manufacturing apparatus according to (5) above.
(7) Further comprising a conductive film,
The second member is
A first surface joined to the first member;
a second surface opposite the first surface; and
Including,
the conductive film includes a portion continuously laminated from the first surface to the second surface via the injection port;
The nanowire manufacturing apparatus according to (5) above.
(8) The first member includes a third surface that defines a space,
the conductive film includes a portion that is continuously laminated from a position on the third surface where the second member is joined to the supply port;
The nanowire manufacturing apparatus according to (6) or (7) above.
(9) The ratio of the electrical conductivity of the nanowire material to the electrical conductivity of the conductive film is 5 to 20;
The nanowire manufacturing apparatus according to any one of (3), (4), (6) to (8) above.
(10) The conductive film is a titanium nitride film.
The nanowire manufacturing apparatus according to any one of (3), (4), (6) to (9) above.
(11) Further comprising an attachment,
The attachment is
an inlet into which the nanowire ejected from the ejection port enters;
An exit for the nanowires;
Including,
The outlet is different from the shape of the injection port.
The nanowire manufacturing apparatus according to any one of (1) to (10) above.
(12) There are multiple injection ports.
The nanowire manufacturing apparatus according to any one of (1) to (11) above.
(13) A method for producing nanowires using a nanowire production apparatus for producing nanowires by atomic diffusion due to electromigration, comprising the steps of:
The nanowire production apparatus includes a member having a space therein,
The components are:
A supply port for supplying a nanowire material to the space;
At least one ejection port for ejecting the nanowire material supplied into the space as nanowires;
Including,
The method for producing nanowires includes:
A supply step of supplying a nanowire material from a supply port into the space;
applying a current to the nanowire material to cause electromigration;
an ejection step of ejecting the nanowire from an ejection port by moving the nanowire material by electromigration;
A method for producing nanowires comprising:
(14) During the injection process, the nanowire material is fed into the space from the feed port;
The method for producing nanowires according to (13) above.
金属ナノワイヤを形成するための材料を、所望のタイミングで供給できる。 The materials for forming metal nanowires can be supplied at the desired time.
以下、図面を参照しつつ、ナノワイヤ製造装置について詳しく説明する。なお、本明細書において、同種の機能を有する部材には、同一または類似の符号が付されている。そして、同一または類似の符号の付された部材について、繰り返しとなる説明が省略される場合がある。 The nanowire manufacturing apparatus will be described in detail below with reference to the drawings. In this specification, components having the same functions are given the same or similar reference symbols. Furthermore, repeated descriptions of components given the same or similar reference symbols may be omitted.
また、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書において、数値、数値範囲、および定性的な表現(例えば、「同一」、「同じ」等の表現)については、当該技術分野において一般的に許容される誤差を含む数値、数値範囲及び性質を示していると解釈されるものとする。 In this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values before and after "~" as the lower and upper limits. In this specification, numerical values, numerical ranges, and qualitative expressions (e.g., expressions such as "same" and "the same") are to be interpreted as indicating numerical values, numerical ranges, and properties that include errors that are generally accepted in the technical field.
なお、図面において示す各構成の位置、大きさ、範囲などは、理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、本出願における開示は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。 Note that the position, size, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, range, etc., in order to facilitate understanding. Therefore, the disclosure in this application is not necessarily limited to the position, size, range, etc., disclosed in the drawings.
(ナノワイヤ製造装置の第1の実施形態)
図1~3を参照して、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1について説明する。図1Aは、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1a~1cの外観の一例を模式的に示す図である。図1Bは、部材2を金属材料で形成するナノワイヤ製造装置1aの一例を模式的に示す断面図である。図1Cは、部材2を非金属材料で形成するナノワイヤ製造装置1bの一例を模式的に示す断面図である。図1Dは、部材2を非金属材料で形成するナノワイヤ製造装置1cの一例を模式的に示す断面図である。図1Eおよび図1Fは、図1Cの供給口4から射出口5の方向にナノワイヤ製造装置を観た概略図である。図2A~2Dは、射出口5を例示したものである。図3A~3Cは、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1の変形例を模式的に示す図である。
(First embodiment of nanowire manufacturing apparatus)
A nanowire manufacturing apparatus 1 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1A is a diagram showing an example of the appearance of the nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1c according to the first embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1a in which the member 2 is made of a metallic material. FIG. 1C is a cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1b in which the member 2 is made of a non-metallic material. FIG. 1D is a cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1c in which the member 2 is made of a non-metallic material. FIGS. 1E and 1F are schematic views of the nanowire manufacturing apparatus as viewed from the supply port 4 to the injection port 5 in FIG. 1C. FIGS. 2A to 2D show examples of the injection port 5. FIGS. 3A to 3C are diagrams showing modified examples of the nanowire manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment.
ナノワイヤ製造装置1a~1cは、内部に空間3を有する部材2を具備する。そして、部材2は、ナノワイヤ材料を空間3に供給する供給口4、ナノワイヤを射出する射出口5を具備する。 Nanowire manufacturing devices 1a to 1c each include a member 2 having a space 3 therein. The member 2 also includes a supply port 4 for supplying nanowire material to the space 3, and an ejection port 5 for ejecting the nanowires.
部材2は、内部に空間3を有するものであれば、特に限定はない。例えば、空間3を1つの部材で規定してもよく、複数の部材により空間3を規定してもよい。図1Aに示す例では、1つの部材2によって、空間3を規定している。また、部材2を形成する材料については、ナノワイヤを射出できれば、特に限定はない。部材2を形成する材料として、例えば、ステンレス、チタン、クロム、タングステン等の金属材料、ガラス、ケイ素、セラミックス(例えば、アルミナ、窒化チタン)等の非金属材料が挙げられる。金属材料は、ナノワイヤ材料に比べEMが発生し難く、ナノワイヤ材料と反応しないものがより好ましい。金属材料が、ナノワイヤ材料と反応して金属間化合物等を形成してしまうと溶着してナノワイヤ材料の移動を妨げてしまう場合がある。図1Bに示す例では、部材2を金属材料で形成している。また、図1Cおよび図1Dに示す例では、部材2を非金属材料で形成している。なお、図示は省略するが、部材2を金属材料で形成する場合は、漏電を防ぐため、必要に応じで部材2の外周を絶縁材料で被覆してもよい。 There is no particular limitation on the member 2 as long as it has a space 3 inside. For example, the space 3 may be defined by one member, or the space 3 may be defined by multiple members. In the example shown in FIG. 1A, the space 3 is defined by one member 2. In addition, there is no particular limitation on the material forming the member 2 as long as it can eject nanowires. Examples of materials forming the member 2 include metal materials such as stainless steel, titanium, chromium, and tungsten, and non-metal materials such as glass, silicon, and ceramics (e.g., alumina and titanium nitride). Metal materials are less likely to generate EM than nanowire materials, and are more preferably those that do not react with nanowire materials. If a metal material reacts with a nanowire material to form an intermetallic compound or the like, it may be welded and hinder the movement of the nanowire material. In the example shown in FIG. 1B, the member 2 is formed of a metal material. In the examples shown in FIGS. 1C and 1D, the member 2 is formed of a non-metal material. Although not shown in the figure, if member 2 is made of a metal material, the outer periphery of member 2 may be coated with an insulating material as necessary to prevent electrical leakage.
後掲するが、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1によるナノワイヤの製造は、EMによって行われる。したがって、空間3に保持されたナノワイヤ材料に電流を印加する必要がある。そのため、部材2を非金属材料で形成する場合は、ナノワイヤ材料に電流を印加するために、ナノワイヤ製造装置1は、導電膜6を具備する。図1C、図1Dに示す例では、ナノワイヤ製造装置1b、1cは、部材2が非金属材料であるので、導電膜6を具備している。 As will be described later, nanowires are produced by the nanowire production apparatus 1 according to the first embodiment using EM. Therefore, it is necessary to apply a current to the nanowire material held in the space 3. Therefore, when the member 2 is made of a nonmetallic material, the nanowire production apparatus 1 is provided with a conductive film 6 in order to apply a current to the nanowire material. In the examples shown in Figures 1C and 1D, the nanowire production apparatuses 1b and 1c are provided with a conductive film 6 because the member 2 is made of a nonmetallic material.
部材2が有する空間3は、ナノワイヤ材料を部材2内に保持できれば、その形状に特に限定はない。図1には、部材2の射出口5から相対する端部方向(図1に示す例では供給口4の方向)に空間3を観た時に、当該方向に垂直な空間3の断面積が、射出口5側から供給口4まで同じである略円柱形状の例が示されている。代替的に、空間3は、略多角柱形状、略立方体形状、略直方体形状等であってもよい。更に代替的に、図3Aに示すように、部材2の射出口5から相対する端部方向に空間3を観た時に、当該方向に垂直な空間3の断面積が、射出口5側から空間3の端部へ向かって徐々に大きくなる部分3aを含んでもよい。空間3が徐々に大きくなる部分3aは、例えば、円錐や角錐等の錐形状等が挙げられる。また、図3Bに示すように、空間3が徐々に大きくなる部分3aと略円柱形状等の断面積が同じ部分を組み合わせてもよい。 The space 3 of the member 2 is not particularly limited in shape as long as it can hold the nanowire material within the member 2. FIG. 1 shows an example of an approximately cylindrical shape in which the cross-sectional area of the space 3 perpendicular to the direction is the same from the ejection port 5 side to the supply port 4 when the space 3 is viewed in the direction opposite the ejection port 5 of the member 2 (the direction of the supply port 4 in the example shown in FIG. 1). Alternatively, the space 3 may be an approximately polygonal column shape, an approximately cubic shape, an approximately rectangular parallelepiped shape, or the like. As a further alternative, as shown in FIG. 3A, when the space 3 is viewed in the direction opposite the ejection port 5 of the member 2, the cross-sectional area of the space 3 perpendicular to the direction may include a portion 3a in which the cross-sectional area gradually increases from the ejection port 5 side toward the end of the space 3. Examples of the gradually increasing portion 3a of the space 3 include pyramid shapes such as cones and pyramids. Also, as shown in FIG. 3B, the gradually increasing portion 3a of the space 3 may be combined with a portion having the same cross-sectional area such as an approximately cylindrical shape.
供給口4は、ナノワイヤ材料を空間3へ供給するためのものであり、空間3と連通している。供給口4は、射出口5からナノワイヤが射出されることを妨げないのであれば、部材2のどの部分に具備してもよい。図1に示す例では、部材2の射出口5に相対する側の端部に供給口4が具備されている。代替的に、図3Cに示すように、部材2の空間3の側面に供給口4を具備してもよい。 The supply port 4 is for supplying the nanowire material to the space 3 and is connected to the space 3. The supply port 4 may be provided in any part of the member 2 as long as it does not prevent the nanowires from being ejected from the ejection port 5. In the example shown in FIG. 1, the supply port 4 is provided at the end of the member 2 facing the ejection port 5. Alternatively, as shown in FIG. 3C, the supply port 4 may be provided on the side of the space 3 of the member 2.
射出口5は、空間3と連通し、ナノワイヤを射出する。図2A~図2Dは、射出口5を正面側から観た図である。また、射出口5から射出されるナノワイヤは、射出口5の形状に依存する。図1に示す例では、射出口5は略円形状である。代替的に、射出口5は、図2Aに示す略四角形状、図2Bに示す略五角形状等、任意の形状でもよい。また、図1に示す例では、射出口5は1つである。代替的に、図2Cおよび図2Dに示すように、射出口5は、複数であってもよい。射出口5が複数であれば、一度に複数のナノワイヤを製造できる。なお、図2Cおよび図2Dに示す例では、複数の射出口5は同一形状である。代替的に、複数の射出口5は異なる形状であってもよい。 The ejection port 5 communicates with the space 3 and ejects the nanowires. Figures 2A to 2D are views of the ejection port 5 as viewed from the front side. The nanowires ejected from the ejection port 5 depend on the shape of the ejection port 5. In the example shown in Figure 1, the ejection port 5 is substantially circular. Alternatively, the ejection port 5 may be of any shape, such as a substantially square shape as shown in Figure 2A or a substantially pentagonal shape as shown in Figure 2B. In the example shown in Figure 1, there is only one ejection port 5. Alternatively, there may be multiple ejection ports 5 as shown in Figures 2C and 2D. If there are multiple ejection ports 5, multiple nanowires can be produced at once. In the example shown in Figures 2C and 2D, the multiple ejection ports 5 have the same shape. Alternatively, the multiple ejection ports 5 may have different shapes.
射出口5の大きさは、製造するナノワイヤのサイズに応じて、適宜設定すればよい。例えば、700nm~10μmの範囲が挙げられる。なお、本明細書において「射出口5の大きさ」とは、円形の場合は直径を意味し、円形以外の場合は略並行となる線で射出口5を挟んだ際に、最も長い距離を意味する。 The size of the ejection port 5 may be set appropriately depending on the size of the nanowire to be manufactured. For example, it may be in the range of 700 nm to 10 μm. In this specification, the "size of the ejection port 5" means the diameter in the case of a circular shape, and means the longest distance when the ejection port 5 is sandwiched between two lines that are approximately parallel to each other in the case of a shape other than a circular shape.
また、本明細書において、射出口5は次のように定義される。図1A~図1Dおよび図3Cに示すとおり、空間3の端部からナノワイヤが外部に射出される箇所まで距離がある場合、射出口5は、空間3の端部からナノワイヤが外部に射出される箇所まで、換言すると、部材2の第1壁21から第2壁22を貫通するように形成されている貫通孔を意味する。一方、図3Aおよび図3Bの符号5で示される箇所のとおり、空間3の端部から直接ナノワイヤが外部に射出される場合、射出口5は空間3と外部との境界面を意味する。 In addition, in this specification, the ejection port 5 is defined as follows. As shown in Figures 1A to 1D and 3C, when there is a distance between the end of the space 3 and the point where the nanowires are ejected to the outside, the ejection port 5 refers to a through hole formed from the end of the space 3 to the point where the nanowires are ejected to the outside, in other words, penetrating from the first wall 21 to the second wall 22 of the member 2. On the other hand, as shown by the reference numeral 5 in Figures 3A and 3B, when the nanowires are ejected to the outside directly from the end of the space 3, the ejection port 5 refers to the boundary surface between the space 3 and the outside.
導電膜6は、空間3に保持されたナノワイヤ材料に電流を印加させるために、部材2に積層される。後掲するが、EMによってナノワイヤを射出口5から射出するためには、ナノワイヤ材料中を移動する電子が射出口5側へ移動するように、ナノワイヤ材料に電流を印加することが好ましい。したがって、導電膜6は、少なくとも射出口5の近傍で、かつ外部電源と接続可能な場所に積層される。図1Cに示す例では、導電膜6は、射出口5を介して部材2の空間3側と外側に連続して積層している部分を含んでいる。換言すると、導電膜6は、空間3側の第1壁21から射出口5を通って外側の第2壁22に積層されている。つまり、第1壁21に積層された導電膜6が空間3に露出し、第2壁22に積層された導電膜6がナノワイヤ製造装置1bの外部に露出している。 The conductive film 6 is laminated on the member 2 in order to apply a current to the nanowire material held in the space 3. As will be described later, in order to eject nanowires from the ejection port 5 by EM, it is preferable to apply a current to the nanowire material so that electrons moving in the nanowire material move toward the ejection port 5. Therefore, the conductive film 6 is laminated at least near the ejection port 5 and at a location that can be connected to an external power source. In the example shown in FIG. 1C, the conductive film 6 includes a portion that is continuously laminated on the space 3 side and the outside of the member 2 through the ejection port 5. In other words, the conductive film 6 is laminated from the first wall 21 on the space 3 side through the ejection port 5 to the second wall 22 on the outside. In other words, the conductive film 6 laminated on the first wall 21 is exposed to the space 3, and the conductive film 6 laminated on the second wall 22 is exposed to the outside of the nanowire manufacturing device 1b.
なお、導電膜6は、少なくとも射出口5の近傍に積層されていれば、部材2のその他の部分に延伸して積層してもよい。図1Dに示す例では、導電膜6は、第1壁21から射出口5を通って第2壁22に積層されることに加えて、任意付加的に空間3を規定する第3壁23に積層されている。第3壁23に導電膜6が積層されることで、空間3に露出する導電膜6の面積が増え、空間3内に保持されるナノワイヤ材料との接触面積を増やせる。また、図示していないが、第2壁22に積層された導電膜6を任意付加的に第3壁23に対向する外側の壁まで延在してもよい。 Note that the conductive film 6 may be extended and laminated to other parts of the member 2, so long as it is laminated at least near the injection port 5. In the example shown in FIG. 1D, the conductive film 6 is laminated from the first wall 21 through the injection port 5 to the second wall 22, and is optionally laminated to the third wall 23 that defines the space 3. By laminating the conductive film 6 on the third wall 23, the area of the conductive film 6 exposed to the space 3 is increased, and the contact area with the nanowire material held in the space 3 can be increased. Although not shown, the conductive film 6 laminated on the second wall 22 may be optionally extended to the outer wall facing the third wall 23.
また、導電膜6は、空間3に保持されたナノワイヤ材料に電流を印加し、ナノワイヤを射出できる程度のEMを発生できれば、上記した積層される場所の全面に設けてもよいし(当該場所において導電膜6が離間せず連続して積層される)、一部に設けてもよい(当該場所において導電膜6が離間する部分あり)。図1Eには、第1壁21上に導電膜6を略ドーナッツ状に積層した例、換言すると、第1壁21に導電膜6を離間せずに連続して積層した例が示されている。一方、図1Fには、第1壁21上に導電膜6を放射状に4本積層した例、換言すると、積層される場所の導電層6を離間して積層した例が示されている。なお、図示は省略するが、射出口5、第2壁22、第3壁23に積層される導電膜6についても同様に、積層される場所の全面に設けてもよいし、一部に設けてもよい。したがって、本明細書において、例えば、「射出口を介して部材の空間側と外側に連続して積層している部分」と記載した場合、部材2の空間3側-射出口5-部材2の外側に連続して積層、換言すると、電気が流れるように積層した部分を少なくとも含むことを意味する。他の実施形態における「射出口を介して・・・」も同様である。なお、上記のとおり、ナノワイヤ材料との接触面積を増やすとの観点からは、ナノワイヤ材料と接触する場所では、導電膜6を全面に積層することがより好ましい。 In addition, the conductive film 6 may be provided on the entire surface of the above-mentioned laminated area (the conductive film 6 is laminated continuously without spacing at the area) or on a part of the area (the conductive film 6 is partially spaced at the area) as long as it can generate EM sufficient to emit nanowires by applying a current to the nanowire material held in the space 3. FIG. 1E shows an example in which the conductive film 6 is laminated on the first wall 21 in a roughly donut shape, in other words, an example in which the conductive film 6 is laminated continuously on the first wall 21 without spacing. On the other hand, FIG. 1F shows an example in which four conductive films 6 are radially laminated on the first wall 21, in other words, an example in which the conductive layers 6 are laminated at spacing at the laminated area. Although not shown, the conductive film 6 laminated on the ejection port 5, the second wall 22, and the third wall 23 may be similarly provided on the entire surface of the laminated area or on a part of the laminated area. Therefore, in this specification, for example, when it is stated that "a portion that is continuously laminated on the space side and the outside of the member through the injection port" it means that it includes at least a portion that is continuously laminated from the space 3 side of member 2 to the injection port 5 to the outside of member 2, in other words, laminated so that electricity flows. The same applies to "through the injection port" in other embodiments. As mentioned above, from the viewpoint of increasing the contact area with the nanowire material, it is more preferable to laminate the conductive film 6 over the entire surface at the place where it comes into contact with the nanowire material.
導電膜6の材料は、ナノワイヤ材料に比べEMが発生し難く、ナノワイヤ材料と反応しない導電性の材料であれば、特に限定はない。また、図1Dに示す例では、導電膜6がナノワイヤ材料よりも導電率が高いと、ナノワイヤ材料よりも導電膜6を電子が移動してしまう。そのため、ナノワイヤ材料を移動する電子が少なくなり、EMの効率が低くなるおそれがある。したがって、導電膜6は、ナノワイヤ材料よりも導電率が低いものが好ましく、例えば、導電膜6の導電率に対するナノワイヤ材料の導電率の比は、5~20が好ましく、10~20であることがより好ましい。導電膜6の導電率が低くなることで、電子は、ナノワイヤ材料の方を移動することから、EMの効率が下がらない。ナノワイヤ材料にもよるが、ナノワイヤ材料に比べEMが発生し難く、ナノワイヤ材料と反応せず、かつ導電率の低い導電膜6としては、例えば、窒化チタン(TiN)、窒化クロム(CrN)、窒化チタンアルミ(TiAlN)、窒化ホウ素(BN)、タングステン、二酸化ルテニウム(RuO2)等が挙げられる。 The material of the conductive film 6 is not particularly limited as long as it is a conductive material that is less likely to generate EM than the nanowire material and does not react with the nanowire material. In the example shown in FIG. 1D, if the conductive film 6 has a higher conductivity than the nanowire material, electrons will move through the conductive film 6 rather than through the nanowire material. This may result in fewer electrons moving through the nanowire material, which may reduce the efficiency of EM. Therefore, the conductive film 6 is preferably one that has a lower conductivity than the nanowire material. For example, the ratio of the conductivity of the nanowire material to the conductivity of the conductive film 6 is preferably 5 to 20, and more preferably 10 to 20. The lower conductivity of the conductive film 6 causes electrons to move through the nanowire material, which does not reduce the efficiency of EM. Although it depends on the nanowire material, examples of conductive films 6 that are less likely to generate EM than the nanowire material, do not react with the nanowire material, and have low conductivity include titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN), titanium aluminum nitride (TiAlN), boron nitride (BN), tungsten, and ruthenium dioxide ( RuO2 ).
なお、ナノワイヤ材料中を移動する電子が導電膜6に移動しても、ナノワイヤ材料中の電子を射出口5方向へ移動させることができれば、導電膜6の導電率は、ナノワイヤ材料の導電率よりも高くてもよい。図1Cに示す例では、ナノワイヤ材料中の電子は、射出口5方向に向かい、導電膜6へ移動する。したがって、ナノワイヤ材料中の電子は、射出口5方向以外に移動することはない。よって、導電膜6の積層する場所によるものの、ナノワイヤ材料に比べて導電率の高いものも用いることができる。図1Cに示す例では、導電膜6として、例えば、金、銀、銅、タングステン等を用いてもよい。 Even if the electrons moving through the nanowire material move to the conductive film 6, the conductivity of the conductive film 6 may be higher than that of the nanowire material, as long as the electrons in the nanowire material can be moved toward the injection port 5. In the example shown in FIG. 1C, the electrons in the nanowire material move toward the injection port 5 and to the conductive film 6. Therefore, the electrons in the nanowire material do not move in any direction other than the injection port 5. Therefore, although it depends on where the conductive film 6 is laminated, a material with a higher conductivity than the nanowire material can be used. In the example shown in FIG. 1C, for example, gold, silver, copper, tungsten, etc. may be used as the conductive film 6.
導電膜6は、公知の薄膜作製技術、例えば、物理気相成長法(PVD)(蒸着、スパッタリング等)、化学気相成長法(CVD)(原子層堆積等)、無電解めっき等によって、部材2上に積層される。 The conductive film 6 is layered on the member 2 by known thin film fabrication techniques, such as physical vapor deposition (PVD) (evaporation, sputtering, etc.), chemical vapor deposition (CVD) (atomic layer deposition, etc.), electroless plating, etc.
(ナノワイヤ製造方法の第1の実施形態)
図4を参照して、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法について説明する。図4Aは、部材2を金属材料で形成する第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1aでのナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。図4Bは、部材2を非金属材料で形成する第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1bでのナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。図4Cは、部材2を非金属材料で形成する第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1cでのナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。
(First embodiment of nanowire manufacturing method)
The nanowire manufacturing method according to the first embodiment will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4A is a diagram showing an example of the nanowire manufacturing method using the nanowire manufacturing apparatus 1a according to the first embodiment in which the member 2 is made of a metallic material. Fig. 4B is a diagram showing an example of the nanowire manufacturing method using the nanowire manufacturing apparatus 1b according to the first embodiment in which the member 2 is made of a non-metallic material. Fig. 4C is a diagram showing an example of the nanowire manufacturing method using the nanowire manufacturing apparatus 1c according to the first embodiment in which the member 2 is made of a non-metallic material.
第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法は、(1)ナノワイヤ材料71を供給口4から空間3に供給する供給工程と、(2)ナノワイヤ材料71にエレクトロマイグレーションを発生させるための電流を印加する電流印加工程と、(3)エレクトロマイグレーションによってナノワイヤ材料71を移動させて射出口5からナノワイヤ7を射出させる射出工程と、を含む。上記工程は、(1)、(2)、(3)の順に実施される。 The nanowire manufacturing method according to the first embodiment includes (1) a supply step of supplying nanowire material 71 from a supply port 4 to a space 3, (2) a current application step of applying a current to the nanowire material 71 to cause electromigration, and (3) an ejection step of moving the nanowire material 71 by electromigration and ejecting the nanowire 7 from an ejection port 5. The above steps are carried out in the order of (1), (2), and (3).
供給工程は、ナノワイヤ材料71をナノワイヤ製造装置の供給口4から空間3に供給する工程である。供給口4から供給されたナノワイヤ材料71は、空間3に保持される。 The supply process is a process of supplying nanowire material 71 from the supply port 4 of the nanowire manufacturing device to the space 3. The nanowire material 71 supplied from the supply port 4 is held in the space 3.
ナノワイヤ材料71は金属である。EMは、金属であれば発生するので、製造したいナノワイヤに応じて適宜選択すればよい。例えば、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、ルテニウム、スズ、ビスマス、タングステン等の金属、またはそれら金属の合金が挙げられる。また、供給口4に供給されるナノワイヤ材料71は、どのような形状であってもよく、例えば、粉末状、小片状、細線状、棒状等が挙げられる。 The nanowire material 71 is a metal. EM is generated from any metal, so the material may be selected appropriately depending on the nanowire to be manufactured. Examples include metals such as aluminum, gold, silver, copper, nickel, cobalt, ruthenium, tin, bismuth, and tungsten, or alloys of these metals. The nanowire material 71 supplied to the supply port 4 may be in any shape, such as powder, small pieces, thin wires, or rods.
電流印加工程は、EMが射出口5の方向へ発生するようにナノワイヤ材料71に電流を印加する。図4Aに示すナノワイヤ製造装置1aの例では、部材2が金属材料から形成されている。そのため、部材2の第2壁22に外部電源の正極が接続される。そして、外部電源の負極は、部材2に接続すると、ナノワイヤ材料71に電流が流れないので、ナノワイヤ材料71に直接接続される。したがって、外部電源の負極からの電子は、ナノワイヤ材料71を介して射出口5方向へ移動する。また、図4Bに示すナノワイヤ製造装置1bの例では、部材の第2壁22に積層された導電膜6に外部電源の正極が接続され、ナノワイヤ材料71に負極が接続される。よって、ナノワイヤ製造装置1bは、ナノワイヤ製造装置1aと同様に電子が移動する。また、図4Cに示すナノワイヤ製造装置1cの例のように、導電膜6が、任意付加的に空間3を規定する第3壁23に積層されたときには、外部電源の負極を第3壁23に積層された導電膜と接続できる。勿論、ナノワイヤ製造装置1cを用いたときに、外部電源の負極を直接ナノワイヤ材料71に接続してもよい。図4Cに示す例では、外部電源の負極からの電子が、第3壁23に積層された導電膜6に移動する。そして、第3壁23に積層された導電膜6とナノワイヤ材料71が接触したところで、電子は、ナノワイヤ材料71へ移動する。これは、導電膜6の導電率が、ナノワイヤ材料71の導電率よりも低いことによる。その後、ナノワイヤ材料71に移動した電子は、射出口5の方向へ移動する。 In the current application process, a current is applied to the nanowire material 71 so that EM is generated in the direction of the injection port 5. In the example of the nanowire manufacturing apparatus 1a shown in FIG. 4A, the member 2 is made of a metal material. Therefore, the positive electrode of the external power supply is connected to the second wall 22 of the member 2. When the negative electrode of the external power supply is connected to the member 2, no current flows through the nanowire material 71, so it is directly connected to the nanowire material 71. Therefore, electrons from the negative electrode of the external power supply move in the direction of the injection port 5 through the nanowire material 71. In the example of the nanowire manufacturing apparatus 1b shown in FIG. 4B, the positive electrode of the external power supply is connected to the conductive film 6 laminated on the second wall 22 of the member, and the negative electrode is connected to the nanowire material 71. Therefore, in the nanowire manufacturing apparatus 1b, electrons move in the same way as in the nanowire manufacturing apparatus 1a. Also, as in the example of the nanowire manufacturing apparatus 1c shown in FIG. 4C, when the conductive film 6 is optionally laminated on the third wall 23 that defines the space 3, the negative pole of the external power supply can be connected to the conductive film laminated on the third wall 23. Of course, when using the nanowire manufacturing apparatus 1c, the negative pole of the external power supply may be directly connected to the nanowire material 71. In the example shown in FIG. 4C, electrons from the negative pole of the external power supply move to the conductive film 6 laminated on the third wall 23. Then, when the conductive film 6 laminated on the third wall 23 comes into contact with the nanowire material 71, the electrons move to the nanowire material 71. This is because the conductivity of the conductive film 6 is lower than that of the nanowire material 71. The electrons that have moved to the nanowire material 71 then move toward the injection port 5.
ナノワイヤ材料71を流れる電流量は、EMが発生すれば特に限定はないが、電流密度として1×106A/m2以上が好ましく、1×108A/m2以上がより好ましい。 The amount of current flowing through the nanowire material 71 is not particularly limited as long as EM is generated, but a current density of 1×10 6 A/m 2 or more is preferable, and a current density of 1×10 8 A/m 2 or more is more preferable.
射出工程は、電流印加によって発生したEMによってナノワイヤ材料71を移動させて射出口5からナノワイヤ7を射出させる工程である。EMは、金属配線を流れる電流密度が上がると原子拡散により金属原子が電子の移動する方向に輸送される現象である。先ず、図4A~図4Cに示す例のように、電流印加により、射出口5の方向へ電子が移動する。次に、ナノワイヤ製造装置1a~1cの空間3に保持されたナノワイヤ材料71は、EMによる原子拡散により射出口5の方向へ移動する。そして、射出口5の方向へ移動したナノワイヤ材料71が蓄積され射出口5付近に高い圧力が生じる。その結果、高い圧力によって、射出口5からナノワイヤ7が射出・製造される。 The ejection process is a process in which the nanowire material 71 is moved by the EM generated by applying a current, and the nanowire 7 is ejected from the ejection port 5. EM is a phenomenon in which metal atoms are transported in the direction of electron movement by atomic diffusion when the current density flowing through metal wiring increases. First, as shown in the example shown in Figures 4A to 4C, electrons move toward the ejection port 5 by applying a current. Next, the nanowire material 71 held in the space 3 of the nanowire manufacturing devices 1a to 1c moves toward the ejection port 5 by atomic diffusion caused by the EM. The nanowire material 71 that has moved toward the ejection port 5 accumulates, generating high pressure near the ejection port 5. As a result, the high pressure ejects and produces the nanowire 7 from the ejection port 5.
第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1a~1fおよびナノワイヤ製造方法は、以下の効果を奏する。
(1)ナノワイヤ製造装置1a~1fは、供給口4を具備している。そのため、ナノワイヤ材料71に電流を印加している間であっても、所望のタイミングでナノワイヤ材料71を供給口4から供給できる。したがって、ナノワイヤ7の製造によって減少したナノワイヤ材料71を補充できることから、従来技術のように、ナノワイヤ材料71の量に限定はない。なお、ナノワイヤ材料71の供給は、通電を切って行ってもよい。
(2)ナノワイヤ材料71を供給口4から供給できるので、供給量に応じた長いナノワイヤ7を製造できる。
(3)ナノワイヤ材料71を供給口4から供給できるので、ナノワイヤ製造装置1a~1fを繰り返し使用できる。
(4)ナノワイヤ材料71を供給口4から供給できるので、異なる金属組成を有するナノワイヤ7を製造できる。例えば、第一の金属材料でナノワイヤ7を製造し、その後、第一の金属材料とは異なる第二の金属材料を供給口4から供給することで、第一の金属材料と第二の金属材料が連続した異なる金属組成を有したナノワイヤ7を製造できる。
(5)簡便にナノワイヤ7を製造できる。例えば、溶解させた金属材料に圧力をかけて、射出口から射出させてナノワイヤを製造する場合には、材料の溶解、高圧力の付加、温度管理等の手順があるため煩雑である。しかしながら、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1a~1fは、ナノワイヤ材料71の供給とナノワイヤ材料71に電流印加することで、ナノワイヤ7を製造することができ、煩雑な手順は必要ない。
(6)複数の射出口5を具備した場合、一度に複数のナノワイヤ7を製造できる。
(7)部材2の第3壁23を介し第1壁21から供給口4まで導電膜6を積層した場合、外部電源を導電膜6に接続できる。そのため、ナノワイヤ材料71に直接外部電源を接続することなく、ナノワイヤ材料71に電流を印加できる。
The nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1f and the nanowire manufacturing method according to the first embodiment have the following advantages.
(1) Nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1f each include a supply port 4. Therefore, nanowire material 71 can be supplied from supply port 4 at a desired timing even while a current is being applied to nanowire material 71. Therefore, since nanowire material 71 lost through the production of nanowires 7 can be replenished, there is no limit to the amount of nanowire material 71 as in the prior art. Note that nanowire material 71 may be supplied with the current turned off.
(2) Since the nanowire material 71 can be supplied from the supply port 4, long nanowires 7 can be manufactured according to the amount of supply.
(3) Since the nanowire material 71 can be supplied from the supply port 4, the nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1f can be used repeatedly.
(4) Since the nanowire material 71 can be supplied from the supply port 4, nanowires 7 having different metal compositions can be manufactured. For example, nanowires 7 are manufactured using a first metal material, and then a second metal material different from the first metal material is supplied from the supply port 4, thereby manufacturing nanowires 7 having different metal compositions in which the first metal material and the second metal material are continuous.
(5) Nanowires 7 can be easily manufactured. For example, manufacturing nanowires by applying pressure to a molten metal material and ejecting it from an ejection port requires complicated procedures such as melting the material, applying high pressure, and controlling temperature. However, the nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1f according to the first embodiment can manufacture nanowires 7 by supplying nanowire material 71 and applying a current to the nanowire material 71, eliminating the need for complicated procedures.
(6) When multiple injection ports 5 are provided, multiple nanowires 7 can be produced at once.
(7) When the conductive film 6 is laminated from the first wall 21 to the supply port 4 via the third wall 23 of the member 2, an external power source can be connected to the conductive film 6. Therefore, a current can be applied to the nanowire material 71 without directly connecting an external power source to the nanowire material 71.
(ナノワイヤ製造装置の第2の実施形態)
図5を参照して、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1g~1jについて説明する。図5Aは、ナノワイヤ製造装置1g~1jの外観の一例を模式的に示す図である。図5Bは、第2部材25を金属材料で形成するナノワイヤ製造装置1gの一例を模式的に示す断面図である。図5Cは、部材2を非金属材料で形成するナノワイヤ製造装置1hの一例を模式的に示す断面図である。図5Dは、部材2を非金属材料で形成するナノワイヤ製造装置1iの一例を模式的に示す断面図である。図5Eは、部材2を非金属材料で形成するナノワイヤ製造装置1jの一例を模式的に示す断面図である。
(Second embodiment of nanowire manufacturing apparatus)
Nanowire manufacturing apparatuses 1g to 1j according to a second embodiment will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5A is a schematic diagram showing an example of the external appearance of the nanowire manufacturing apparatuses 1g to 1j. Fig. 5B is a schematic cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1g in which the second member 25 is made of a metallic material. Fig. 5C is a schematic cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1h in which the member 2 is made of a non-metallic material. Fig. 5D is a schematic cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1i in which the member 2 is made of a non-metallic material. Fig. 5E is a schematic cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1j in which the member 2 is made of a non-metallic material.
第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1a~1fは、部材2が有する空間3を一つの部材で規定している。一方、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1g~1jは、部材2が有する空間3を、第1部材24に第2部材25を接合して規定した点で第1の実施形態と異なる。したがって、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1g~1jでは、第1の実施形態と異なる点を中心に説明し、第1の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第2の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第1の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。 In the nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1f according to the first embodiment, the space 3 of the member 2 is defined by a single member. On the other hand, the nanowire manufacturing apparatuses 1g to 1j according to the second embodiment differ from the first embodiment in that the space 3 of the member 2 is defined by joining the second member 25 to the first member 24. Therefore, for the nanowire manufacturing apparatuses 1g to 1j according to the second embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described, and a repetitive description of matters already described in the first embodiment will be omitted. Therefore, it goes without saying that matters already described in the first embodiment can be adopted even if they are not explicitly described in the second embodiment.
第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1g~1jにおいて、部材2は、第1部材24と第2部材25を具備する。そして、第1部材24に第2部材25を接合して、空間3を規定する。また、第1部材24は供給口4を具備し、第2部材25は射出口5を具備する。 In the nanowire manufacturing apparatuses 1g to 1j according to the second embodiment, the member 2 includes a first member 24 and a second member 25. The second member 25 is joined to the first member 24 to define the space 3. The first member 24 includes a supply port 4, and the second member 25 includes an injection port 5.
第1部材24は、供給口4となる開口(以下、「第1開口」と記載することがある。)と、第2部材25との接合により覆われる開口(以下、「第2開口」と記載することがある。)を少なくとも具備し、それら開口が連通している。第1部材24は、第1開口と第2開口が空間3を介して連通していれば、第1開口および第2開口を第1部材24のどの場所に具備してもよい。図5に示す例では、第1開口と第2開口は対向し、連通している。代替的に、第1部材25は、第1開口と第2開口とを対向しない位置に具備し、空間3を介して連通してもよい。 The first member 24 has at least an opening that becomes the supply port 4 (hereinafter, sometimes referred to as the "first opening") and an opening that is covered by joining with the second member 25 (hereinafter, sometimes referred to as the "second opening"), and these openings are in communication with each other. The first member 24 may have the first opening and the second opening in any location on the first member 24, so long as the first opening and the second opening are in communication with each other via the space 3. In the example shown in FIG. 5, the first opening and the second opening are opposed to each other and are in communication with each other. Alternatively, the first member 25 may have the first opening and the second opening in positions that are not opposed to each other and are in communication with each other via the space 3.
第2部材25は、第1部材24に接合されて空間3を規定する。また、第2部材25は、射出口5を具備する。第2部材25は、第1部材24に接合される側の面を第1面26とし、第1面26が第1部材24に接合されて空間3を規定する。なお、第2部材25の第1面26と相対する外側を向く面を第2面27とする。第2部材25は、第1部材24に接合されて空間3を規定し、射出口5を具備するのであれば、形状や大きさに特に限定はない。図5に示す例では、第2部材25は、厚さが均一の円形状である。代替的に、第2部材25を、楕円形状や多角形状、厚さが均一ではないものとしてもよい。 The second member 25 is joined to the first member 24 to define the space 3. The second member 25 also has an injection port 5. The surface of the second member 25 that is joined to the first member 24 is the first surface 26, and the first surface 26 is joined to the first member 24 to define the space 3. The surface of the second member 25 facing outward and opposite the first surface 26 is the second surface 27. There are no particular limitations on the shape or size of the second member 25, as long as it is joined to the first member 24 to define the space 3 and has an injection port 5. In the example shown in FIG. 5, the second member 25 is a circle with a uniform thickness. Alternatively, the second member 25 may be an ellipse or polygon, or may have a non-uniform thickness.
第1部材24と第2部材25の接合方法に、特に限定はない。接合方法は、例えば、接着剤による接合、ネジ等の固定部材による接合、溶接、陽極接合、またはそれらを組み合わせた接合が挙げられる。また、接合に用いられる接着剤に、特に限定はない。接着剤としては、例えば、カーボンペースト、銀ペースト、ニッケルペースト、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。 There is no particular limit to the method of joining the first member 24 and the second member 25. Examples of the joining method include joining with an adhesive, joining with a fixing member such as a screw, welding, anodic joining, or a combination of these. There is also no particular limit to the adhesive used for joining. Examples of adhesives include carbon paste, silver paste, nickel paste, epoxy resin, acrylic resin, and phenolic resin.
また、第1部材24および第2部材25を形成する材料は、上記第1の実施形態で説明した部材2を形成する材料と同じものを用いることができる。図5A~5Eに示す例では、第1部材24は、非金属材料で形成しているが、代替的に、金属材料で形成してもよい。なお、図5Bに示す例では、第2部材25を金属材料で形成している。また、図5C~図5Eに示す例では、第2部材25を非金属材料で形成している。 The materials forming the first member 24 and the second member 25 can be the same as the materials forming the member 2 described in the first embodiment above. In the example shown in Figures 5A to 5E, the first member 24 is formed from a non-metallic material, but it may alternatively be formed from a metallic material. In the example shown in Figure 5B, the second member 25 is formed from a metallic material. In the example shown in Figures 5C to 5E, the second member 25 is formed from a non-metallic material.
第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1においても、上記第1の実施形態と同様に、空間3に保持されたナノワイヤ材料に電流を印加する必要がある。そのため、図5C~図5Eに示す、第1部材24および第2部材25を非金属材料で形成しているナノワイヤ製造装置1h~1jは、導電膜6を具備している。 In the nanowire manufacturing apparatus 1 according to the second embodiment, as in the first embodiment, it is necessary to apply a current to the nanowire material held in the space 3. For this reason, the nanowire manufacturing apparatuses 1h to 1j shown in Figures 5C to 5E, in which the first member 24 and the second member 25 are made of a nonmetallic material, are provided with a conductive film 6.
導電膜6は、上記第1の実施形態と同様に、少なくとも射出口5の近傍で、かつ外部電源と接続可能な場所に積層されればよい。図5Cに示す例では、導電膜6は、第2部材25の第1面26の第1部材24が接合される場所を介して空間3側から外側に連続して積層している部分を含む。すなわち、導電膜6は、第1部材24に第2部材25を接合している場所より空間3側の部分で空間3に露出し、外側の部分でナノワイヤ製造装置1hの外部に露出する。代替的に、上記第1の実施形態で説明したように、導電膜6は、第2部材25が具備する射出口5を介して空間3側の第1面26から外側の第2面27へ連続して積層している部分を含んでもよい。図5Dには、導電膜6を第1面26から射出口5を通って第2面に連続して積層した例が示されている。 As in the first embodiment, the conductive film 6 may be laminated at least near the ejection port 5 and at a location where an external power source can be connected. In the example shown in FIG. 5C, the conductive film 6 includes a portion that is continuously laminated from the space 3 side to the outside through the location where the first member 24 is joined on the first surface 26 of the second member 25. That is, the conductive film 6 is exposed to the space 3 at a portion on the space 3 side from the location where the second member 25 is joined to the first member 24, and is exposed to the outside of the nanowire manufacturing device 1h at an outer portion. Alternatively, as described in the first embodiment, the conductive film 6 may include a portion that is continuously laminated from the first surface 26 on the space 3 side to the second surface 27 on the outside through the ejection port 5 provided in the second member 25. FIG. 5D shows an example in which the conductive film 6 is continuously laminated from the first surface 26 to the second surface through the ejection port 5.
また、図5Eに示す例のように、導電膜6は、第1部材24に第2部材25を接合している場所を介して空間3側から外側に連続して積層されることに加えて、任意付加的に第1部材24の空間3を規定する第3面28に積層してもよい。第3面28に導電膜6が積層されることで、空間3内に保持されるナノワイヤ材料との接触面積を増せる。また、図示していないが、導電層6を、射出口5を介して第1面26から第2面27に連続して積層することに加えて、任意付加的に第1面26から第3面28に延在してもよい。 As shown in the example of FIG. 5E, the conductive film 6 may be laminated continuously from the space 3 side to the outside through the place where the second member 25 is joined to the first member 24, and may also be optionally laminated on the third surface 28 that defines the space 3 of the first member 24. By laminating the conductive film 6 on the third surface 28, the contact area with the nanowire material held in the space 3 can be increased. Although not shown, the conductive layer 6 may be laminated continuously from the first surface 26 to the second surface 27 through the injection port 5, and may also optionally extend from the first surface 26 to the third surface 28.
また、更に導電膜6を、第1部材24に第2部材25を接合している場所を介して空間3側から外側に連続して積層した際、導電膜6を任意付加的に第3面28に対向する外側の面まで延在してもよい。 Furthermore, when the conductive film 6 is laminated continuously from the space 3 side to the outside through the place where the second member 25 is joined to the first member 24, the conductive film 6 may optionally extend to the outer surface opposite the third surface 28.
(ナノワイヤ製造方法の第2の実施形態)
図6を参照して、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造方法について説明する。図6Aは、第2部材25を金属材料で形成する第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1gでのナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。図6Bは、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1hでのナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。図6Cは、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1iでのナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。図6Dは、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1jでのナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。
(Second embodiment of nanowire manufacturing method)
The nanowire manufacturing method according to the second embodiment will be described with reference to Fig. 6. Fig. 6A is a diagram showing an example of the nanowire manufacturing method using the nanowire manufacturing apparatus 1g according to the second embodiment in which the second member 25 is made of a metal material. Fig. 6B is a diagram showing an example of the nanowire manufacturing method using the nanowire manufacturing apparatus 1h according to the second embodiment. Fig. 6C is a diagram showing an example of the nanowire manufacturing method using the nanowire manufacturing apparatus 1i according to the second embodiment. Fig. 6D is a diagram showing an example of the nanowire manufacturing method using the nanowire manufacturing apparatus 1j according to the second embodiment.
第2の実施形態に係るナノワイヤ製造方法は、部材2が有する空間3を、第1部材24に第2部材25を接合して規定したナノワイヤ製造装置1g~1jでナノワイヤを製造する点で、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法と異なり、その他の点は、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法と同じである。したがって、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造方法では、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法と異なる点を中心に説明し、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造方法において明示的に説明されなかったとしても、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。 The nanowire manufacturing method according to the second embodiment differs from the nanowire manufacturing method according to the first embodiment in that the nanowires are manufactured using nanowire manufacturing apparatuses 1g to 1j in which the space 3 of the member 2 is defined by joining a first member 24 to a second member 25, but in other respects is the same as the nanowire manufacturing method according to the first embodiment. Therefore, in the nanowire manufacturing method according to the second embodiment, the differences from the nanowire manufacturing method according to the first embodiment will be mainly described, and repetitive descriptions of matters already described in the nanowire manufacturing method according to the first embodiment will be omitted. Therefore, it goes without saying that matters already described in the nanowire manufacturing method according to the first embodiment can be adopted even if they are not explicitly described in the nanowire manufacturing method according to the second embodiment.
電流印加工程は、EMが射出口5の方向へ発生するようにナノワイヤ材料71に電流を印加する。図6Aに示すナノワイヤ製造装置1gの例では、第2部材25が金属材料で形成されている。そのため、第2部材25の第2面27に外部電源の正極が接続される。そして、外部電源の負極は、ナノワイヤ材料71に直接接続される。したがって、外部電源の負極からの電子は、ナノワイヤ材料71を介して射出口5方向へ移動する。 In the current application process, a current is applied to the nanowire material 71 so that EM is generated in the direction of the injection port 5. In the example of the nanowire production device 1g shown in FIG. 6A, the second member 25 is formed of a metal material. Therefore, the positive electrode of the external power supply is connected to the second surface 27 of the second member 25. The negative electrode of the external power supply is directly connected to the nanowire material 71. Therefore, electrons from the negative electrode of the external power supply move in the direction of the injection port 5 via the nanowire material 71.
図6Bに示すナノワイヤ製造装置1hの例では、導電膜6は、第1部材24に第2部材25を接合している場所を介して空間3側と外側に連続して積層されている。したがって、第1部材24に第2部材25を接合している場所よりも空間3側に積層された導電膜6がナノワイヤ材料71に接触する。そして、第1部材24に第2部材25を接合している場所よりも外側に積層された導電膜6は、外部電源の正極に接続される。また、外部電源の負極は、ナノワイヤ材料71に直接接続される。ナノワイヤ材料71に電流が印加されると、導電膜6は、空間3の射出口5側の端部に積層されているので、電子は、射出口5の方向へ移動する。 In the example of the nanowire manufacturing device 1h shown in FIG. 6B, the conductive film 6 is continuously laminated on the space 3 side and the outside through the place where the second member 25 is joined to the first member 24. Therefore, the conductive film 6 laminated on the space 3 side of the place where the second member 25 is joined to the first member 24 contacts the nanowire material 71. The conductive film 6 laminated on the outside of the place where the second member 25 is joined to the first member 24 is connected to the positive electrode of the external power source. The negative electrode of the external power source is directly connected to the nanowire material 71. When a current is applied to the nanowire material 71, the conductive film 6 is laminated at the end on the injection port 5 side of the space 3, so that the electrons move in the direction of the injection port 5.
図6Cに示すナノワイヤ製造装置1iを用いた例は、上記実施形態1に係るナノワイヤ製造装置1bを用いた場合の電極の接続と同様である。図6Dに示すナノワイヤ製造装置1jの例では、導電膜6は、第1面26の第1部材24に第2部材25を接合している場所を介して空間3側と外側、および任意付加的に第3面28に積層されている。そのため、外部電源の負極を第3面28に積層された導電膜6と接続できる。勿論、ナノワイヤ製造装置1jを用いたときに、外部電源の負極を直接ナノワイヤ材料71に接続してもよい。 The example using the nanowire manufacturing apparatus 1i shown in FIG. 6C is similar to the electrode connection when the nanowire manufacturing apparatus 1b according to the first embodiment is used. In the example of the nanowire manufacturing apparatus 1j shown in FIG. 6D, the conductive film 6 is laminated on the space 3 side and the outside through the place where the second member 25 is joined to the first member 24 on the first surface 26, and optionally on the third surface 28. Therefore, the negative electrode of the external power supply can be connected to the conductive film 6 laminated on the third surface 28. Of course, when the nanowire manufacturing apparatus 1j is used, the negative electrode of the external power supply may be directly connected to the nanowire material 71.
したがって、ナノワイヤ製造装置1g~1jにおいて、ナノワイヤ材料71を移動する電子は、射出口5の方向へ流れることから、射出口5の方向へEMが発生する。よって、射出工程において、発生したEMによりナノワイヤ材料71が移動し、射出口5からナノワイヤ7が射出される。 Therefore, in the nanowire manufacturing devices 1g to 1j, the electrons moving through the nanowire material 71 flow in the direction of the injection port 5, and EM is generated in the direction of the injection port 5. Therefore, in the injection process, the generated EM moves the nanowire material 71, and the nanowire 7 is injected from the injection port 5.
第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1g~1jおよびナノワイヤ製造方法は、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1a~1fおよびナノワイヤ製造方法が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
(1)第1部材24と第2部材25を具備することで、第1部材24に第2部材25を接合している場所を介して、外部電源と接続できる。
(2)第1部材24に第2部材25を接合するので、所望の形状の射出口5を具備した第2部材25を接合できる。
The nanowire manufacturing apparatuses 1g to 1j and the nanowire manufacturing method according to the second embodiment provide the following synergistic effects in addition to the effects provided by the nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1f and the nanowire manufacturing method according to the first embodiment.
(1) By providing the first member 24 and the second member 25, it is possible to connect to an external power source via the location where the first member 24 and the second member 25 are joined.
(2) Since the second member 25 is joined to the first member 24, it is possible to join the second member 25 having an injection port 5 of a desired shape.
(ナノワイヤ製造装置の第3の実施形態)
図7を参照して、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1kについて説明する。図7Aは、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1kの一例を模式的に示す断面図である。図7Bは、出口82を正面として観たアタッチメント8の一例を模式的に示す図である。図7Cは、図7BのX-X’におけるアタッチメント8の断面図を模式的に示す図である。図7Dは、アタッチメント8の出口82から射出されるナノワイヤ7の形状を模式的に示す図である。
(Third embodiment of nanowire manufacturing apparatus)
A nanowire manufacturing apparatus 1k according to a third embodiment will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7A is a cross-sectional view showing an example of the nanowire manufacturing apparatus 1k according to the third embodiment. Fig. 7B is a diagram showing an example of the attachment 8 as viewed from the front with the outlet 82. Fig. 7C is a diagram showing a cross-sectional view of the attachment 8 taken along line XX' in Fig. 7B. Fig. 7D is a diagram showing a shape of the nanowire 7 emitted from the outlet 82 of the attachment 8.
第3の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1kは、アタッチメント8を具備する点で第1の実施形態と異なり、その他の点は、第1の実施形態と同じである。したがって、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1kでは、第1の実施形態と異なる点を中心に説明し、第1の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第3の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第1の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図7に示す例は、第1の実施形態を参照して説明をしているが、第3の実施形態は、第2の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。 The nanowire manufacturing apparatus 1k according to the third embodiment differs from the first embodiment in that it is provided with an attachment 8, but is otherwise the same as the first embodiment. Therefore, for the nanowire manufacturing apparatus 1k according to the third embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described, and repetitive descriptions of matters already described in the first embodiment will be omitted. Therefore, it goes without saying that matters already described in the first embodiment can be adopted even if they are not explicitly described in the third embodiment. Also, although the example shown in FIG. 7 is described with reference to the first embodiment, it goes without saying that matters already described in the second embodiment can also be adopted in the third embodiment.
上記第1の実施形態で説明したように、射出口5から射出されるナノワイヤの形状は、射出口5の形状に依存している。しかしながら、例えば、中空状のようなナノワイヤを製造しようとしたとき、射出口5の形状を変えるだけでは、製造できない場合もある。そこで、図2に示すような単に射出口5の形状を変化させることでは製造が難しい形状のナノワイヤを製造するために、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1kは、アタッチメント8を具備する。 As explained in the first embodiment above, the shape of the nanowire emitted from the ejection port 5 depends on the shape of the ejection port 5. However, when attempting to produce a nanowire that is hollow, for example, it may not be possible to produce it by simply changing the shape of the ejection port 5. Therefore, in order to produce nanowires of shapes that are difficult to produce by simply changing the shape of the ejection port 5, as shown in FIG. 2, the nanowire production apparatus 1k according to the third embodiment is equipped with an attachment 8.
アタッチメント8は、射出口5から射出されたナノワイヤの形状を変える。アタッチメント8は、入口81と出口82を具備する。入口81は、射出口5から射出したナノワイヤが導入される場所である。また、出口82は、アタッチメント8に導入したナノワイヤが射出される場所である。 The attachment 8 changes the shape of the nanowires ejected from the ejection port 5. The attachment 8 has an entrance 81 and an exit 82. The entrance 81 is where the nanowires ejected from the ejection port 5 are introduced. The exit 82 is where the nanowires introduced into the attachment 8 are ejected.
アタッチメント8から射出されるナノワイヤの形状は、アタッチメント8の出口82の形状に依存する。出口82の形状は特に限定はなく、製造したいナノワイヤの形状にあわせて適宜調整すればよい。図7Bおよび図7Cには、中空状のナノワイヤを製造するアタッチメント8の例が示されている。また、図7Dには、アタッチメント8から射出される中空状のナノワイヤ7が示されている。 The shape of the nanowire emitted from the attachment 8 depends on the shape of the outlet 82 of the attachment 8. There are no particular limitations on the shape of the outlet 82, and it may be adjusted as appropriate to match the shape of the nanowire to be produced. Figures 7B and 7C show examples of attachments 8 that produce hollow nanowires. Figure 7D also shows hollow nanowires 7 emitted from the attachment 8.
アタッチメント8を形成する材料は、上記第1の実施形態で説明した部材2を形成する材料と同じものを用いることができる。また、図示はしていないが、アタッチメント8を非金属材料で形成する場合、アタッチメント8は、アタッチメント8の入口81から出口82にわたり導電膜を具備してもよい。 The material forming the attachment 8 can be the same as the material forming the member 2 described in the first embodiment above. In addition, although not shown, when the attachment 8 is formed from a nonmetallic material, the attachment 8 may be provided with a conductive film from the inlet 81 to the outlet 82 of the attachment 8.
アタッチメント8は、射出口5から射出されるナノワイヤが入口81に導入されるよう、部材2の第2壁22に接合される。アタッチメント8の第2壁22への接合方法は、特に限定はない。接合方法は、例えば、上記第2の実施形態で説明した、第1部材24と第2部材25との接合方法を用いることができる。 The attachment 8 is joined to the second wall 22 of the member 2 so that the nanowires emitted from the injection port 5 are introduced into the inlet 81. There are no particular limitations on the method of joining the attachment 8 to the second wall 22. For example, the joining method can be the same as the joining method for the first member 24 and the second member 25 described in the second embodiment above.
(ナノワイヤ製造方法の第3の実施形態)
図8を参照して、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造方法について説明する。図8は、金属材料で形成されたアタッチメント8を具備する第3の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1kを用いたナノワイヤ製造方法の一例を示す図である。
(Third embodiment of nanowire manufacturing method)
A nanowire manufacturing method according to a third embodiment will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a diagram showing an example of a nanowire manufacturing method using a nanowire manufacturing apparatus 1k according to a third embodiment having an attachment 8 made of a metal material.
第3の実施形態に係るナノワイヤ製造方法は、アタッチメント8を具備したナノワイヤ製造装置1kでナノワイヤを製造する点で、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法と異なり、その他の点は、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法と同じである。したがって、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造方法では、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法と異なる点を中心に説明し、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造方法において明示的に説明されなかったとしても、第1の実施形態に係るナノワイヤ製造方法で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造方法は、第2の実施形態に係るナノワイヤ製造方法で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。 The nanowire manufacturing method according to the third embodiment differs from the nanowire manufacturing method according to the first embodiment in that the nanowire is manufactured using a nanowire manufacturing apparatus 1k equipped with an attachment 8, but is otherwise the same as the nanowire manufacturing method according to the first embodiment. Therefore, in the nanowire manufacturing method according to the third embodiment, the differences from the nanowire manufacturing method according to the first embodiment will be mainly described, and repetitive descriptions of matters already described in the nanowire manufacturing method according to the first embodiment will be omitted. Therefore, it goes without saying that the matters already described in the nanowire manufacturing method according to the first embodiment can be adopted even if they are not explicitly described in the nanowire manufacturing method according to the third embodiment. It also goes without saying that the matters already described in the nanowire manufacturing method according to the second embodiment can be adopted in the nanowire manufacturing method according to the third embodiment.
電流印加工程は、EMが射出口5の方向へ発生するようにナノワイヤ材料に電流を印加する。図8に示す例では、アタッチメント8を金属材料で形成している。図8に示すように、アタッチメント8は、金属材料から形成される部材2または第2壁22に積層された導電膜6と接触させ、電気的に接続する。したがって、アタッチメント8に外部電源の正極を接続することで、アタッチメント8を移動するナノワイヤ材料にもEMを発生できる。なお、射出口5とアタッチメント8の出口82の距離が短い場合、アタッチメント8を金属材料で形成する場合であっても、金属材料から形成される部材2または第2壁22に積層された導電膜6に外部電源の正極を接続してもよい。射出口5とアタッチメント8の出口82の距離が短い場合、アタッチメント8内でEMが発生しなくても、高い圧力により射出口5からナノワイヤ7が射出されていることから、当該圧力により出口82からナノワイヤ7を射出できる。 In the current application process, a current is applied to the nanowire material so that EM is generated in the direction of the ejection port 5. In the example shown in FIG. 8, the attachment 8 is made of a metal material. As shown in FIG. 8, the attachment 8 is brought into contact with the conductive film 6 laminated on the member 2 or the second wall 22 made of a metal material, and is electrically connected. Therefore, by connecting the positive electrode of an external power source to the attachment 8, EM can also be generated in the nanowire material moving through the attachment 8. Note that, if the distance between the ejection port 5 and the exit 82 of the attachment 8 is short, the positive electrode of the external power source may be connected to the conductive film 6 laminated on the member 2 or the second wall 22 made of a metal material, even if the attachment 8 is made of a metal material. If the distance between the ejection port 5 and the exit 82 of the attachment 8 is short, even if EM is not generated within the attachment 8, the nanowire 7 is ejected from the ejection port 5 by high pressure, and therefore the nanowire 7 can be ejected from the exit 82 by the pressure.
また、アタッチメント8を非金属材料で形成し、入口81から出口82にわたり導電膜を具備する場合には、アタッチメント8が具備する導電膜と、金属材料から形成される部材2または第2壁22に積層された導電膜6とを接触させてもよい。そして、出口82の導電膜に外部電源の正極を接続することで、アタッチメント8を移動するナノワイヤ材料にもEMを発生できる。なお、射出口5とアタッチメント8の出口82の距離が短い場合、金属材料から形成される部材2または第2壁22に積層された導電膜6に外部電源の正極を接続してもよい。また、その際、アタッチメント8は、導電膜を具備しなくてもよい。上記したように、射出口5とアタッチメント8の出口82の距離が短い場合、アタッチメント8内でEMが発生しなくても、出口82からナノワイヤ7を射出できる。 In addition, when the attachment 8 is formed of a non-metallic material and has a conductive film from the entrance 81 to the exit 82, the conductive film of the attachment 8 may be brought into contact with the conductive film 6 laminated on the member 2 or the second wall 22 formed of a metallic material. Then, by connecting the positive electrode of an external power source to the conductive film of the exit 82, EM can also be generated in the nanowire material moving through the attachment 8. Note that, when the distance between the ejection port 5 and the exit 82 of the attachment 8 is short, the positive electrode of an external power source may be connected to the conductive film 6 laminated on the member 2 or the second wall 22 formed of a metallic material. In this case, the attachment 8 does not need to have a conductive film. As described above, when the distance between the ejection port 5 and the exit 82 of the attachment 8 is short, the nanowire 7 can be ejected from the exit 82 even if EM is not generated within the attachment 8.
射出工程では、発生したEMにより、射出口5からナノワイヤ7が射出される。そして、ナノワイヤ7は、アタッチメント8の入口81に導入される。ナノワイヤ7が入口81に導入された後も、次々とナノワイヤ7が射出口5から射出されるので、入口81から出口82にナノワイヤ7が通過する過程で圧力がかかる。したがって、第3の実施形態に係るナノワイヤ製造方法では、アタッチメント8の出口82の形状と同様の形状のナノワイヤ7を製造できる。また、射出工程において、アタッチメント8を加熱してもよい。ナノワイヤ7がアタッチメント8を通過する過程で、ナノワイヤ7に圧力と熱がかかるので、ナノワイヤ7をより変形させやすくなる。 In the ejection process, the nanowire 7 is ejected from the ejection port 5 by the generated EM. The nanowire 7 is then introduced into the entrance 81 of the attachment 8. Even after the nanowire 7 is introduced into the entrance 81, the nanowire 7 continues to be ejected from the ejection port 5, so pressure is applied to the nanowire 7 as it passes from the entrance 81 to the exit 82. Therefore, in the nanowire manufacturing method according to the third embodiment, it is possible to manufacture a nanowire 7 having a shape similar to the shape of the exit 82 of the attachment 8. The attachment 8 may also be heated in the ejection process. Pressure and heat are applied to the nanowire 7 as it passes through the attachment 8, making it easier to deform the nanowire 7.
第3の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1kおよびナノワイヤ製造方法は、第1および第2の実施形態に係るナノワイヤ製造装置1a~1jおよびナノワイヤ製造方法が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
(1)アタッチメント8を具備することで、射出口5で製造することが難しい形状のナノワイヤを製造できる。
The nanowire manufacturing apparatus 1k and nanowire manufacturing method according to the third embodiment synergistically achieves the following effects in addition to the effects achieved by the nanowire manufacturing apparatuses 1a to 1j and nanowire manufacturing methods according to the first and second embodiments.
(1) By providing the attachment 8, it is possible to produce nanowires in shapes that are difficult to produce using the injection port 5.
<実施例1>
[ナノワイヤ製造装置の作製]
以下に記載する手順でナノワイヤ製造装置を作製した。
Example 1
[Preparation of Nanowire Manufacturing Apparatus]
A nanowire production apparatus was fabricated according to the procedure described below.
〔材料〕
・ガラスキャピラリ(筒)(外径/内径 0.57/0.14mm、長さ32mm)(EMマイスターミニキャップ0.5μl、アズワン)(第1部材24)
・カーボンペースト(超高温耐熱カーボンペーストG7716)(イーエムジャパン株式会社)
・Siメッシュウェハ(孔サイズ10μm×10μm矩形(射出口5))(コーンズテクノロジー株式会社)(第2部材25)
〔material〕
Glass capillary (cylinder) (outer diameter/inner diameter 0.57/0.14 mm, length 32 mm) (EM Meister Mini Cap 0.5 μl, AS ONE) (first member 24)
・Carbon paste (Ultra-high temperature resistant carbon paste G7716) (EM Japan Co., Ltd.)
-Si mesh wafer (hole size 10 μm × 10 μm rectangular (injection port 5)) (Corns Technology Co., Ltd.) (second member 25)
〔製造方法〕
(1)ガラスキャピラリ内壁に原子層堆積装置(ALD)を用いて導電膜6として窒化チタン(TiN)膜を100nm堆積した。
(2)SiメッシュウェハにCVDを用いて絶縁膜としてSiO2300nm、高周波スパッタリング装置を用いて密着改善層としてTi300nm、同様に高周波スパッタリング装置を用いて導電膜6としてTiN300nmを順に堆積した(以下、Siメッシュウェハの絶縁膜、密着改善層および導電膜6が堆積された側の面を「堆積面」と記載する。)。
(3)SiメッシュウェハをミラーコンパウンドGC#320(粒径40μm、アズワン)と超音波ディスクカッター(Model601、Gatan,Inc.)によりφ3mmに切り抜いた。
(4)ガラスキャピラリ先端にSiメッシュウェハの堆積面を接するようにして、ガラスキャピラリとSiメッシュウェハをカーボンペーストで接着させた。
(5)24時間大気中で放置し、その後90℃で2時間、260℃で2時間加熱し、ナノワイヤ製造装置を作製した。
[Production method]
(1) A titanium nitride (TiN) film was deposited to a thickness of 100 nm as a conductive film 6 on the inner wall of a glass capillary using an atomic layer deposition (ALD) apparatus.
(2) On a Si mesh wafer, 300 nm of SiO2 was deposited as an insulating film by CVD, 300 nm of Ti was deposited as an adhesion improving layer by using a high frequency sputtering device, and 300 nm of TiN was deposited as a conductive film 6 by using a high frequency sputtering device in that order (hereinafter, the surface of the Si mesh wafer on which the insulating film, adhesion improving layer, and conductive film 6 are deposited is referred to as the "deposition surface").
(3) The Si mesh wafer was cut to a diameter of 3 mm using mirror compound GC#320 (particle size 40 μm, AS ONE) and an ultrasonic disk cutter (Model 601, Gatan, Inc.).
(4) The deposition surface of the Si mesh wafer was brought into contact with the tip of the glass capillary, and the glass capillary and the Si mesh wafer were bonded with carbon paste.
(5) The resultant was left in the air for 24 hours, and then heated at 90° C. for 2 hours and at 260° C. for 2 hours to prepare a nanowire production device.
<実施例2>
[ナノワイヤの製造]
実施例1で作製したナノワイヤ製造装置を用い以下の手順で、ナノワイヤを製造した。
(1)保持治具である金属ニードル(外径/内径 1.08/0.72mm、長さ15mm)(ゲージ19、武蔵エンジニアリング株式会社)にナノワイヤ製造装置を挿入し、ナノワイヤ製造装置を保持した。
(2)ナノワイヤ製造装置のガラスキャピラリの開口(供給口4)から、長さ30mmのAl細線(AL-011167、直径φ0.10mm、99.9%)(株式会社ニラコ)を挿入した。
(3)ナノワイヤ製造装置と電源を接続した。この時、Siメッシュウェハの堆積面を電源の正極、Al細線の端部を電源の負極に接続して回路を形成した。電源には、多出力直流安定化電源PW8-3AQP(株式会社テクシオ・テクノロジー)を用いた。
(4)ナノワイヤ製造装置へ1×108A/m2の定電流となるように電流を印可した。
Example 2
[Nanowire Production]
Using the nanowire production apparatus prepared in Example 1, nanowires were produced according to the following procedure.
(1) The nanowire manufacturing apparatus was inserted into a metal needle (outer diameter/inner diameter 1.08/0.72 mm, length 15 mm) (gauge 19, Musashi Engineering Co., Ltd.) serving as a holding jig to hold the nanowire manufacturing apparatus.
(2) A 30 mm long aluminum thin wire (AL-011167, diameter φ0.10 mm, 99.9%) (Nilaco Corporation) was inserted from the opening (supply port 4) of the glass capillary of the nanowire manufacturing device.
(3) The nanowire manufacturing device was connected to a power source. At this time, the deposition surface of the Si mesh wafer was connected to the positive terminal of the power source, and the end of the Al thin wire was connected to the negative terminal of the power source to form a circuit. A multi-output DC stabilized power supply PW8-3AQP (Texio Technology Co., Ltd.) was used as the power source.
(4) A constant current of 1×10 8 A/m 2 was applied to the nanowire production device.
図9に、ナノワイヤ製造装置のSiメッシュウェハの射出口5からAlナノワイヤが射出された画像を示す。 Figure 9 shows an image of Al nanowires being ejected from the ejection port 5 of the Si mesh wafer of the nanowire manufacturing device.
ナノワイヤ製造装置のSiメッシュウェハは、複数の略正方形の射出口5を有しており、複数の射出口5から、射出口5の形状に応じた矩形のAlナノワイヤが射出されたことが示された。なお、図9に示されたAlナノワイヤは、Siメッシュウェハの射出口5(メッシュ孔)よりも小さい。これは、Siメッシュウェハへの絶縁膜、密着改善層、導電膜6の堆積時に材料がメッシュ孔に回り込み、堆積面側のメッシュ孔のサイズが、堆積面とは反対側の面(図9に示された面)のメッシュ孔のサイズより小さくなったためと考えられる。 The Si mesh wafer of the nanowire manufacturing device has multiple roughly square injection ports 5, and rectangular Al nanowires corresponding to the shape of the injection ports 5 are injected from the multiple injection ports 5. The Al nanowires shown in Figure 9 are smaller than the injection ports 5 (mesh holes) of the Si mesh wafer. This is thought to be because the material gets into the mesh holes during deposition of the insulating film, adhesion improvement layer, and conductive film 6 on the Si mesh wafer, and the size of the mesh holes on the deposition surface becomes smaller than the size of the mesh holes on the surface opposite the deposition surface (the surface shown in Figure 9).
以上のことから、本出願で開示するナノワイヤ製造装置によって、ナノワイヤを製造することができた。また、ナノワイヤ製造装置は、開口を有していることから、所望のタイミングでナノワイヤ材料の供給を行うことができ、従来技術のように、ナノワイヤ材料の量に限定されない。また、ナノワイヤ材料の供給を続けることで長いナノワイヤを製造することが期待できる。 From the above, nanowires can be manufactured using the nanowire manufacturing apparatus disclosed in this application. In addition, since the nanowire manufacturing apparatus has an opening, nanowire material can be supplied at a desired timing, and is not limited by the amount of nanowire material as in the prior art. Furthermore, it is expected that long nanowires can be manufactured by continuing to supply nanowire material.
本出願で開示するナノワイヤ製造装置を用いることで、所望のタイミングでナノワイヤ材料の供給できる。したがって、機械、材料、電気、宇宙、医療などの幅広い産業分野にとって有用である。 By using the nanowire manufacturing device disclosed in this application, nanowire material can be supplied at the desired timing. Therefore, it is useful in a wide range of industrial fields such as machinery, materials, electricity, space, and medicine.
1、1a~1k…ナノワイヤ製造装置、2…部材、21…第1壁、22…第2壁、23…第3壁、24…第1部材、25…第2部材、26…第1面、27…第2面、28…第3面、3…空間、3a…空間が徐々に大きくなる部分、4…供給口、5…射出口、6…導電膜、7…ナノワイヤ、71…ナノワイヤ材料、8…アタッチメント、81…入口、82…出口
Reference Signs List 1, 1a to 1k... nanowire manufacturing apparatus, 2... member, 21... first wall, 22... second wall, 23... third wall, 24... first member, 25... second member, 26... first surface, 27... second surface, 28... third surface, 3... space, 3a... portion where the space gradually becomes larger, 4... supply port, 5... ejection port, 6... conductive film, 7... nanowire, 71... nanowire material, 8... attachment, 81... inlet, 82... outlet
Claims (14)
ナノワイヤ製造装置は、内部に空間を有する部材を含み、
部材は、
ナノワイヤ材料を空間に供給する供給口と、
空間に供給されたナノワイヤ材料をナノワイヤとして射出する少なくとも一つの射出口と、
を含む、
ナノワイヤ製造装置。 1. A nanowire manufacturing apparatus for manufacturing nanowires by atomic diffusion through electromigration, comprising:
The nanowire production apparatus includes a member having a space therein,
The components are:
A supply port for supplying a nanowire material to the space;
At least one ejection port for ejecting the nanowire material supplied into the space as nanowires;
Including,
Nanowire manufacturing equipment.
射出口側から空間の端部まで同じである、
または、
射出口側から空間の端部へ向かって徐々に大きくなる部分を含む、
請求項1に記載のナノワイヤ製造装置。 When the space is viewed from the injection port of the component toward the opposite end, the cross-sectional area of the space perpendicular to that direction is:
It is the same from the exit side to the end of the space.
or
Including a portion that gradually becomes larger from the injection port side toward the end of the space,
The nanowire manufacturing apparatus according to claim 1 .
導電膜は、射出口を介して部材の空間側と外側に連続して積層している部分を含む、
請求項1または2に記載のナノワイヤ製造装置。 Further comprising a conductive film,
The conductive film includes a portion that is continuously laminated on the space side and the outside of the component through the injection port.
The nanowire manufacturing apparatus according to claim 1 .
請求項3に記載のナノワイヤ製造装置。 The conductive film is laminated continuously from the portion laminated on the space side to the supply port.
The nanowire production apparatus according to claim 3 .
供給口を含む第1部材と、
射出口を含む第2部材と、
を含み、
第1部材に第2部材を接合して空間が規定される、
請求項1に記載のナノワイヤ製造装置。 The components are:
A first member including a supply port;
A second member including an injection port;
Including,
A space is defined by joining a second member to a first member;
The nanowire manufacturing apparatus according to claim 1 .
第2部材は、第1部材に接合される第1面を含み、
導電膜は、第1面の第1部材が接合される場所を介して空間側と外側に連続して積層している部分を含む、
請求項5に記載のナノワイヤ製造装置。 Further comprising a conductive film,
the second member includes a first surface joined to the first member;
the conductive film includes a portion that is continuously laminated on the space side and the outside through a portion of the first surface where the first member is joined;
The nanowire production apparatus according to claim 5 .
第2部材は、
第1部材に接合される第1面と、
第1面に対向する第2面と、
を含み、
導電膜は、射出口を介して第1面から第2面に連続して積層している部分を含む、
請求項5に記載のナノワイヤ製造装置。 Further comprising a conductive film,
The second member is
A first surface joined to the first member;
a second surface opposite the first surface; and
Including,
the conductive film includes a portion continuously laminated from the first surface to the second surface via the injection port;
The nanowire production apparatus according to claim 5 .
導電膜は、第3面の第2部材が接合される場所から供給口に連続して積層している部分を含む、
請求項6または7に記載のナノワイヤ製造装置。 the first member includes a third surface defining a space;
the conductive film includes a portion that is continuously laminated from a position on the third surface where the second member is joined to the supply port;
The nanowire production apparatus according to claim 6 or 7.
請求項3、4、6~8の何れか1項に記載のナノワイヤ製造装置。 the ratio of the electrical conductivity of the nanowire material to the electrical conductivity of the conductive film is between 5 and 20;
9. The nanowire manufacturing apparatus according to claim 3, 4, or 6 to 8.
請求項3、4、6~9の何れか1項に記載のナノワイヤ製造装置。 The conductive film is a titanium nitride film.
10. The nanowire manufacturing apparatus according to claim 3, 4, or 6 to 9.
アタッチメントは、
射出口から射出されたナノワイヤが入る入口と、
ナノワイヤが出る出口と、
を含み、
出口は、射出口の形状とは異なる、
請求項1~10の何れか1項に記載のナノワイヤ製造装置。 Further comprising an attachment,
The attachment is
an inlet into which the nanowire ejected from the ejection port enters;
An exit for the nanowires;
Including,
The outlet is different from the shape of the injection port.
The nanowire manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 10.
請求項1~11の何れか1項に記載のナノワイヤ製造装置。 There are multiple injection ports.
The nanowire manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 11.
ナノワイヤ製造装置は、内部に空間を有する部材を含み、
部材は、
ナノワイヤ材料を空間に供給する供給口と、
空間に供給されたナノワイヤ材料をナノワイヤとして射出する少なくとも一つの射出口と、
を含み、
ナノワイヤ製造方法は、
ナノワイヤ材料を供給口から空間に供給する供給工程と、
ナノワイヤ材料にエレクトロマイグレーションを発生させるための電流を印加する電流印加工程と、
エレクトロマイグレーションによってナノワイヤ材料を移動させて射出口からナノワイヤを射出させる射出工程と、
を含む、ナノワイヤ製造方法。 A nanowire manufacturing method using a nanowire manufacturing apparatus for manufacturing nanowires by atomic diffusion due to electromigration, comprising the steps of:
The nanowire production apparatus includes a member having a space therein,
The components are:
A supply port for supplying a nanowire material to the space;
At least one ejection port for ejecting the nanowire material supplied into the space as nanowires;
Including,
The method for producing nanowires includes:
A supply step of supplying a nanowire material from a supply port into the space;
applying a current to the nanowire material to cause electromigration;
an ejection step of ejecting the nanowire from an ejection port by moving the nanowire material by electromigration;
A method for producing nanowires comprising:
請求項13に記載のナノワイヤ製造方法。
During the injection process, the nanowire material is fed into the space from the feed port;
The method for producing nanowires according to claim 13.
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