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量子ドット操作方法および量子ドット生成操作装置 コモンズ

国内特許コード P110003863
整理番号 A241P49
掲載日 2011年7月1日
出願番号 特願2006-510966
登録番号 特許第4878550号
出願日 平成17年3月9日(2005.3.9)
登録日 平成23年12月9日(2011.12.9)
国際出願番号 JP2005004118
国際公開番号 WO2005087654
国際出願日 平成17年3月9日(2005.3.9)
国際公開日 平成17年9月22日(2005.9.22)
優先権データ
  • 特願2004-071621 (2004.3.12) JP
発明者
  • 伊藤 正
  • 芦田 昌明
  • 石原 一
  • 飯田 琢也
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 量子ドット操作方法および量子ドット生成操作装置 コモンズ
発明の概要 多量に生成した量子ドットを、光学的に応用する場合に要求されるパーセントオーダー以下のサイズで制御できる量子ドットの操作方法および生成操作装置を提供する。 内部に超流動ヘリウム(7)を備えた量子ドット生成操作装置(1)内にて、固体(3)にドット生成用レーザー光(4a)を照射して量子ドットを生成し、生成された上記量子ドットにドット操作用レーザー光(5a)を照射して当該量子ドットを操作する。
従来技術、競合技術の概要

ナノ物質の典型例として、量子ドット、特に半導体からなる半導体量子ドットが示す特異な物性について、その解明および応用(超低閾値レーザー、量子縺れ合いなど)が盛んに研究されている。


量子ドットの代表的な生成方法としては、(1)化学反応時に自然に粒子を形成する方法や、(2)MBE法が用いられている。MBE法とは、シリコンなど別の半導体のウエハに原子数層分に相当するごく薄い結晶膜として成長させる方法である。


量子ドットは、コンピュータ関連からバイオテクノロジー分野まで幅広くその応用が期待できるものである。量子ドットを上述したような分野に応用しようとする場合、量子ドットの粒子径は均一であることが好ましい。そこで、この応用化への課題となるものとして、量子ドットのサイズや配列を制御する技術が挙げられ、その開発が求められている。


ところで、生成した量子ドットのサイズや配列を制御する技術としては、上述した方法によって作製された量子ドットを、(3)MBE法とプローブ顕微鏡とを組み合わせることによって制御する方法が知られている(Fujitsu corp.:Proceeding of International Conference on the Physics of Semiconductors 2002参照)。


しかしながら、上記従来の技術では、生成した多量の量子ドットを効率的に操作することが困難となっている。


具体的には、まず、上述した(1)や(2)の方法では、生成された多量の量子ドットの粒子径を、量子ドットを光学的に応用する場合に要求されるパーセントオーダー以下のサイズに制御することが困難である。


また、上記(3)の方法では、上記MBE法とプローブ顕微鏡とを組み合わせているので、プローブの操作で、ナノメートルサイズの量子ドットを直接生成できるという利点がある。ところが、この方法ではプローブ1個当たりに1個のドットしか対象とすることが出来ず、また、同時に使用することができるプローブの数は数個である。そのため、例えば、通常プローブ顕微鏡の一画面走査は最速のものでも0.1秒程度かかり、0.1秒で1個のドットを処理できるとして、10個のプローブを同時に使用したと仮定しても、一度に扱えるドットの量は、1秒間に100個程度となる。すなわち、上記(3)の方法によって多量の量子ドットの粒子径のばらつきを制御しようとすると、膨大な時間を必要とする。したがって、その処理効率は低いものとなる。


本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、多量に生成した半導体量子ドットを、光学的に応用する場合に要求されるパーセントオーダー以下のサイズで制御できる半導体量子ドットの操作方法および生成操作装置を提供することにある。

産業上の利用分野

本発明は、量子ドット操作方法および量子ドット生成操作装置に関し、より詳細には、超流動ヘリウム中にて好ましくは半導体からなる量子ドットを生成させ、光による量子ドットの操作を行う量子ドット操作方法と、この操作方法を行うことが可能な量子ドット生成操作装置とに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
量子力学的効果が発現する、半導体からなる半導体量子ドットを超流動ヘリウム中にて直接生成して、生成した当該量子ドットに光を照射することにより、当該量子ドットを操作することを特徴とする量子ドット操作方法。

【請求項2】
上記量子ドットが、超流動ヘリウム中にて、レーザースパッタ法によって生成したものであることを特徴とする請求項1に記載の量子ドット操作方法。

【請求項3】
上記量子ドットに照射される光として、少なくとも1種類のレーザー光が用いられることを特徴とする請求項1または2に記載の量子ドット操作方法。

【請求項4】
上記レーザー光は、量子ドットに生じる輻射力の複数あるピークの、それぞれのピークのエネルギー位置を中心とし、それらのピークの半値全幅の2倍の幅を有する複数の領域の1つ、あるいはいくつかにかかる周波数を有するレーザー光であることを特徴とする請求項3に記載の量子ドット操作方法。

【請求項5】
上記レーザー光は、上記領域にかかる、互いに異なる周波数および/または互いに異なる進行方向や形状を有する複数のレーザー光であることを特徴とする請求項4に記載の量子ドット操作方法。

【請求項6】
レーザースパッタ法による量子ドットの生成が上記超流動ヘリウム中にて繰り返し行うことができることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1項に記載の量子ドット操作方法。

【請求項7】
上記量子ドットは、レーザースパッタ法によって生成した量子ドットに対してレーザースパッタ法を繰り返し行うことによって生成した、当該量子ドットよりも小さいサイズの量子ドットであることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の量子ドット操作方法。

【請求項8】
上記量子ドットに照射される光によって、当該量子ドットを基板上に集積および/または固着させることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の量子ドット操作方法。

【請求項9】
上記半導体が、I-VII族化合物の半導体であることを特徴とする請求項1から8までの何れか1項に記載の量子ドット操作方法。

【請求項10】
上記I-VII族化合物の半導体が、ハロゲン化銅であることを特徴とする請求項に記載の量子ドット操作方法。

【請求項11】
量子ドットを生成させ、かつ、操作することを可能とする内部空間を有する筐体と、
当該筐体内に位置し、量子ドットの材料からなる固体を保持する固体保持部と、
固体保持部に保持される固体にレーザー光を照射し、レーザースパッタ法によって量子ドットを生成させるドット生成用レーザー光源と、
生成した量子ドットにレーザー光を照射し、当該量子ドットを操作するドット操作用レーザー光源とを備えており、
さらに、上記筐体は、内部空間内で超流動ヘリウムを保持可能となっており、
上記量子ドットは、量子力学的効果が発現する、半導体からなる半導体量子ドットであることを特徴とする量子ドット生成操作装置。

【請求項12】
上記ドット操作用レーザー光源が発する光は、量子ドットの電子的遷移や、電子的遷移により変調を受けたMie散乱などによる輻射力のピークのエネルギー位置を中心とし、そのピークの半値全幅の2倍の幅を有する領域にかかる周波数を有するレーザー光であることを特徴とする請求項11に記載の量子ドット生成操作装置。

【請求項13】
上記ドット操作用レーザー光源が発する光は、さらに、その輻射力によって、量子ドットの運動を制御し、沈降の停止や速度低減・捕捉・輸送などを行うことができるようになっていることを特徴とする請求項11または12に記載の量子ドット生成操作装置。

【請求項14】
上記筐体内に、上記ドット操作用レーザー光源が発する光によって操作された量子ドットを集積および/または固着させる基板を備えていることを特徴とする請求項11から13の何れか1項に記載の量子ドット生成操作装置。

【請求項15】
上記筐体としてヘリウムクライオスタットを用いることを特徴とする請求項11ないし14の何れか1項に記載の量子ドット生成操作装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 新しい物理現象や動作原理に基づくナノデバイス・システムの創製 領域
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