TOP > 国内特許検索 > ヘテロエピタキシャル構造体及びその作製方法、並びにヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体及びその作製方法、ナノギャップ電極及びナノギャップ電極の作製方法

ヘテロエピタキシャル構造体及びその作製方法、並びにヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体及びその作製方法、ナノギャップ電極及びナノギャップ電極の作製方法 NEW

国内特許コード P210017970
整理番号 (J1035-03)
掲載日 2021年11月2日
出願番号 特願2020-550206
出願日 令和元年8月30日(2019.8.30)
国際出願番号 JP2019034167
国際公開番号 WO2020071025
国際出願日 令和元年8月30日(2019.8.30)
国際公開日 令和2年4月9日(2020.4.9)
優先権データ
  • 特願2018-187109 (2018.10.2) JP
  • 特願2019-005299 (2019.1.16) JP
発明者
  • 真島 豊
  • チェ ユンヨン
  • 島田 郁子
  • 遠山 諒
  • 楊 銘悦
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 ヘテロエピタキシャル構造体及びその作製方法、並びにヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体及びその作製方法、ナノギャップ電極及びナノギャップ電極の作製方法 NEW
発明の概要 ヘテロエピタキシャル構造体は、多結晶構造を有する第1金属部と、第1金属部上の第2金属部と、を有し、第2金属部は第1金属部上で島状構造を有し、第2金属部は第1金属部の表面に露出する少なくとも一つの結晶粒に対応して設けられ、第2金属部と少なくとも一つの結晶粒とはヘテロエピタキシャル界面を形成している。第1金属部は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rd)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)から選ばれた一種の金属元素を含み、第2金属部は、金(Au)であることが好ましい。
従来技術、競合技術の概要

電解めっき及び無電解めっきは工業的に広く用いられている技術の一つであり、様々な用途で利用されている。例えば、電子部品の生産現場では金めっきにより電極を加工する技術が普及している。金(Au)は化学的に非常に安定した金属であり、電子部品に広く用いられている。例えば、電子部品においては、半田の濡れ性やワイヤボンディング性が良好であることから、電極材料として用いられている。金(Au)の被膜は電解めっきで形成することができる。しかし、金(Au)は柔らかい金属であるため、金(Au)の被膜を電解めっきで形成する場合には、下地面にコバルト(Co)、ニッケル(Ni)等のめっき膜を形成して硬質化が図られている。

めっきは古くから知られた技術であるが、現在においても様々な研究がなされている。例えば、白金(Pt)上に電解めっきにより金(Au)の被膜を層状に成長させる研究報告がなされている(非特許文献1参照)。また、球状白金(Pt)シードの表面に、塩化金(III)から還元された金(Au)を析出する技術が開示されている(特許文献1参照)。

産業上の利用分野

本発明の一実施形態は、無電解めっきによりヘテロエピタキシャル成長を行う技術に関する。また、本発明の一実施形態は、無電解めっきによりヘテロエピタキシャル成長した領域を含むナノギャップ電極に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
多結晶構造を有する第1金属部と、
前記第1金属部上の第2金属部と、を有し、
前記第2金属部は、前記第1金属部上で島状構造を有し、
前記第2金属部は、前記第1金属部の表面に露出する少なくとも一つの結晶粒に対応して設けられ、
前記第2金属部と前記少なくとも一つの結晶粒とは、ヘテロエピタキシャル界面を形成する、
ことを特徴とするヘテロエピタキシャル構造体。

【請求項2】
前記第1金属部が、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rd)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)から選ばれた一種の金属元素を含み、前記第2金属部が金(Au)である、請求項1に記載のヘテロエピタキシャル構造体。

【請求項3】
前記第1金属部がパラジウム(Pd)であり、前記第2金属部が金(Au)であり、背第1金属部と前記第2金属部との界面に前記第1金属部と前記第2金属部の固溶体を含む、請求項1に記載のヘテロエピタキシャル構造体。

【請求項4】
前記島状構造は、山型状又は半球状の形状を有する、請求項1に記載のヘテロエピタキシャル構造体。

【請求項5】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項の記載のヘテロエピタキシャル構造体の上に、前記第2金属部を覆う第3金属部を有する、ことを特徴とするヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体。

【請求項6】
前記第2金属部は、前記第1金属部の表面に複数個が離散して配置されている、請求項5に記載のヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体。

【請求項7】
前記第2金属部は、前記第1金属部の表面に単位面積当たり50個/μm以上、2000個/μm以下の密度で分散されている、請求項6に記載のヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体。

【請求項8】
前記第1金属部の表面積に対し、前記第2金属部が前記第1金属部と接する合計面積の割合は、0.1以上0.8以下である、請求項6に記載のヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体。

【請求項9】
前記第3金属部は、前記第2金属部と同種の金属、又は異種の金属、若しくは合金である、請求項5乃至請求項8のいずれか一項に記載のヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体。

【請求項10】
多結晶構造を有する第1金属部を、第1金属部と異なる種類の第2の金属の金属イオン、酸化剤としてのハロゲン元素のイオン、及び還元剤を含む無電解めっき液に浸漬し、
前記第1金属部の表面を前記酸化剤と前記還元剤とにより還元しつつ、電気化学的置換反応により前記第2の金属の金属イオンから還元された金属を、前記第1金属部の少なくとも一つの結晶粒の還元された表面に対応してヘテロエピタキシャル成長させる、
ことを特徴とするヘテロエピタキシャル構造体の作製方法。

【請求項11】
前記ヘテロエピタキシャル成長により、前記少なくとも一つの結晶粒とヘテロエピタキシャル界面を形成し、前記第1金属部の表面で島状構造を有する第2金属部を形成する、請求項10に記載のヘテロエピタキシャル構造体の作製方法。

【請求項12】
前記第1金属部が白金であり、前記金属イオンが、金イオン(Au、Au3+)であり、前記ハロゲン元素のイオンがヨウ素イオン(I、I)であり、前記還元剤が、L(+)-アスコルビン酸(C)である、請求項10又は請求項11に記載のヘテロエピタキシャル構造体の作製方法。

【請求項13】
前記無電解めっき液は、純水で500倍以上に希釈されている、請求項10乃至請求項12のいずれか一項に記載のヘテロエピタキシャル構造体の作製方法。

【請求項14】
前記第1金属部を、前記無電解めっき液に浸漬する前に、ヨードチンキとL(+)-アスコルビン酸(C)に浸漬させる、請求項12又は請求項13に記載のヘテロエピタキシャル構造体の作製方法。

【請求項15】
請求項11乃至請求項14のいずれか一項に記載のヘテロエピタキシャル構造体を作製した後、前記第1金属部の上に前記第2金属部を覆う第3金属部を形成することを特徴とするヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体の作製方法。

【請求項16】
前記第2金属部は、前記第1金属部の表面に複数個が離散するように形成する、請求項15に記載のヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体の作製方法。

【請求項17】
前記第2金属部は、前記第1金属部の表面に単位面積当たり50個/μm以上、2000個/μm以下の密度で分散するように形成する、請求項16に記載のヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体の作製方法。

【請求項18】
前記第3金属部を、前記第2金属部と同種の金属又は異種の金属で形成する、請求項15乃至請求項17のいずれか一項に記載のヘテロエピタキシャル構造を含む金属積層体の作製方法。

【請求項19】
多結晶構造を有する第1金属部と、前記第1金属部上の第2金属部と、をそれぞれ含む第1電極及び第2電極を有し、
前記第1金属部は幅20nm以下の線状パターンを有し、
前記第2金属部は、前記第1金属部の前記線状パターンの一端に少なくとも配置され、
前記第2金属部は、前記第1金属部上で島状構造を有し、前記第1金属部の表面に露出する少なくとも一つの結晶粒に対応してヘテロエピタキシャル界面を形成し、
前記第1電極に属する前記第2金属部と、前記第2電極に属する前記第2金属部との間隔が5nm以下である、
ことを特徴とするナノギャップ電極。

【請求項20】
前記第2金属部は結晶方位の異なる複数の結晶領域を含む、請求項19に記載のナノギャップ電極。

【請求項21】
前記第2金属部は半球状である、請求項19に記載のナノギャップ電極。

【請求項22】
前記第1金属部が、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rd)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)から選ばれた一種の金属元素を含み、前記第2金属部が金(Au)である、請求項19に記載のナノギャップ電極。

【請求項23】
前記第1金属部がパラジウム(Pd)であり、前記第2金属部が金(Au)であり、背第1金属部と前記第2金属部との界面に前記第1金属部と前記第2金属部の固溶体を含む、請求項19に記載のナノギャップ電極。

【請求項24】
前記第2金属部は、前記第1金属部の前記線状パターンの略中心軸上の一端に配置される、請求項19に記載のナノギャップ電極。

【請求項25】
多結晶構造を有する第1金属部と、前記第1金属部上の第2金属部と、をそれぞれ含む第1電極及び第2電極を有し、
前記第1金属部は幅15nm以下の線状パターンを有し、
前記第2金属部は前記第1金属部の表面を連続的に覆い、
前記第2金属部は前記第1金属部の表面の露出する結晶粒に対応してヘテロエピタキシャル界面を形成する領域を含み、
前記第1電極と前記第2電極とは、それぞれの一端が相対し間隙をもって配置され、前記間隙の長さが5nm以下である、
ことを特徴とするナノギャップ電極。

【請求項26】
前記第2金属部は、結晶方位の異なる複数の結晶領域を含む、請求項25に記載のナノギャップ電極。

【請求項27】
前記第1金属部が、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rd)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)から選ばれた一種の金属元素を含み、前記第2金属部は金(Au)である、請求項25に記載のナノギャップ電極。

【請求項28】
前記第1金属部がパラジウム(Pd)であり、前記第2金属部が金(Au)であり、背第1金属部と前記第2金属部との界面に前記第1金属部と前記第2金属部の固溶体を含む、請求項25に記載のナノギャップ電極。

【請求項29】
多結晶構造を有する第1金属部により、幅20nm以下の線状パターンを有し、それぞれの一端が相対し且つ離間して配置される第1電極パターンと第2電極パターンとを形成し、
前記第1電極パターン及び前記第2電極パターンを、前記第1金属部と異なる種類の第2の金属の金属イオン、酸化剤としてのハロゲン元素のイオン、及び還元剤を含む無電解めっき液に浸漬し、
前記第1電極パターン及び前記第2電極パターンの表面を、前記酸化剤と前記還元剤とにより還元しつつ、電気化学的置換反応により前記第2の金属の金属イオンから還元された金属が、前記第1電極パターン及び前記第2電極パターンの表面を連続的に覆うようにヘテロエピタキシャル成長させ、
前記第1電極パターンと前記第2電極パターンとの前記それぞれの一端が相対する間隔を5nm以下に形成する
ことを特徴とするナノギャップ電極の作製方法。

【請求項30】
前記ヘテロエピタキシャル成長により、前記第1金属部の表面にヘテロエピタキシャル界面を形成する第2金属部を半球状に成長させる、請求項29に記載のナノギャップ電極の作製方法。

【請求項31】
前記ヘテロエピタキシャル成長により、前記第1金属部の表面を被覆するように第2金属部を成長させる、請求項29に記載のナノギャップ電極の作製方法。

【請求項32】
前記第1金属部が白金であり、前記金属イオンが、金イオン(Au、Au3+)であり、前記ハロゲン元素のイオンがヨウ素イオン(I、I3+)であり、前記還元剤が、L(+)-アスコルビン酸(C)である、請求項29に記載のナノギャップ電極の作製方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2020550206thum.jpg
出願権利状態 公開
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close