電子線誘起蒸着法は、電子ビームの照射により有機金属ガスが分解され、金属或いはその化合物が蒸着する性質を利用し、電子ビームのサイズ及び位置をコントロールすることでナノ構造体を作製する有用な方法です。一般的に、導電体基板を利用し、その上にナノ構造体を作成しますが、構造体のサイズは電子ビームのサイズに依存し、ナノ構造体を作製するには、そのサイズより細いビームが必要です。
一方、私達は絶縁体基板を利用し、その上に、3nm以下の枝を有するナノサイズ樹木状構造及び3nm以下のワイヤを作製することに世界で初めて成功しました。この作製法は、電子ビーム照射により絶縁体基板表面が帯電する性質を利用するため、構造体の特徴サイズ（枝のサイズ、ワイヤの直径など）は照射する電子ビームのサイズに殆ど依存しないこと、電子ビームの強度をコントロールにより、異なる特徴の構造体を作製できることなどの利点があります。
このナノ構造体作製の一例として、200kV電界放射型電子銃を装備した透過型電子顕微鏡を用い、絶縁体基板に、ナノメートルの精度で照射位置を制御しながら電子ビームの照射を行いました。ガス導入システムを用いることで、電子顕微鏡試料室を高真空に保ったまま目的元素を含んだガスを試料近傍に導入し、基板上にナノ樹木状及びナノワイヤ構造を作製しました。図1に作製の仕組みの模式図を示します。
図2に実施例を示します。絶縁体のAl2O3基板表面近傍に有機金属ガスの一種であるW(CO)6を導入し、電子線を基板に照射するとナノワイヤ状構造が成長しました。図で確認できるワイヤ状物質は直径3nm以下です。照射条件をコントロールすることで、ナノデンドライト、ナノ樹木状構造の作製にも成功しました。
作製したナノ構造体の解析から、このナノ構造は目的元素を主に含んでいること、ナノサイズ結晶粒子が多く存在すること、導電性があること、表面積が極めて大きいことなどが分かりました。本手法は、構造体全体のサイズと生成する場所を容易にコントロールできるほか、多種の基板とガス源の組み合わせも可能です。これらの特徴により、本研究成果は、表面効果デバイス、センサー、ナノサイズ触媒及び触媒を担持する構造物の作製・配置などの研究開発や、化学、生物、製薬などの分野で広く応用が期待されます。 |
