JP2003185832A

JP2003185832A - 微粒子構造体および微粒子構造体の作成方法

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Publication number: JP2003185832A
Application number: JP2001383165A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hino; 威日野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】微粒子構造体の基板面内での方向および面方
位を制御し、（１１１）配向以外の面心立方構造を有す
る微粒子構造体を形成することによって所望の特性が得
られる微粒子構造体を得る。【解決手段】結晶性の基板１０１の表面を加工するこ
とによってパターン１０２ａを形成する。パターン１０
２ａは、顕在化された結晶学的方位が（１１１）である
面１０３ａを含む。面１０３ａの領域に微粒子を堆積す
ることによって面心立方晶のオパール結晶の結晶形を持
つ微粒子構造体を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニック結晶
を構成する微粒子構造体および微粒子構造体の作成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、屈折率の違う物質を光の波長程度
の周期で組み合わせることによってまったく伝搬されな
い光のエネルギー領域（フォトニックバンドギャップ）
を持つ微粒子構造体が開発されている。このような微粒
子構造体は、フォトニック結晶とも呼ばれ、光デバイス
や電磁波フィルターに応用できる材料として注目されて
いる。また、自然界ではオパールが一種のフォトニック
結晶となっていることが知られており、微粒子が高度に
規則配列して結晶構造を形成する微粒子構造体をオパー
ル結晶ともいう。

【０００３】従来の微粒子構造体の作成方法には、横方
向堆積法と呼ばれる方法と、縦方向堆積法と呼ばれる方
法がある。横方向堆積法は、基板の表面に沿って微粒子
膜を二次元的に成長させていくもので、基板上に粒子層
を１〜数層配列させることに適している。また、縦方向
堆積法は、図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板１
７２を微粒子の分散液１７１中に静置し、分散液中の微
粒子１７４を基板１７２上に沈降、堆積させることによ
って微粒子構造体１７３を得るものである。縦方向堆積
法は、横方向堆積法に比較して膜厚が厚い微粒子構造体
１７３を作成することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た横方向堆積法、縦方向堆積法は、いずれも微粒子が最
密に充填されようとする現象を利用して微粒子構造体を
作成するものであるため、微粒子構造体の結晶形が面心
立方晶となる。また、縦方向堆積法にあっては、基板上
で微粒子が二次元的に最密充填構造となろうとするた
め、通常（１１１）配向以外の微粒子構造体が得られな
い（（１１１）配向微粒子構造体の中に六方最密充填構
造のドメインや面心立方晶の他の面がドメインになる場
合もある。しかし、このような状態は、微粒子の結晶成
長時にできた欠陥によって発生するものである）。

【０００５】また、一般的にフォトニック結晶としては
結晶方位に依存した特性が用いられる。ところが、横方
向堆積法、縦方向堆積法は、いずれも方向性が決まらな
い基板面内で微粒子の凝集が起こる場合、作成される微
粒子構造体の結晶学的な方位を制御することができない
といった不具合がある。

【０００６】ここで、（１１１）配向以外の微粒子構造
体が得られない理由、基板面内の結晶学的方位が制御で
きない理由について縦方向堆積法を例にして述べる。図
１７に示した縦方向堆積法では、分散液１７１が入った
容器１７５の底に基板１７２を静置する。分散液１７１
は、水に球形の微粒子１７４や有機溶媒などを分散させ
たものである（図１７（ａ））。微粒子１７４は、分散
液１７１中で次第に沈降し、堆積中に互いの斥力で規則
構造（結晶構造）を形成する（図１７（ｂ））。

【０００７】このとき、微粒子１７４は、分散液１７１
において境界条件を定める基板１７２の面上で二次元的
な最密充填構造をとる。図１８は、二次元的な最密充填
構造を示す図であって、（ａ）、（ｂ）は二次元的最密
充填構造の上面図であり、（ｃ）は斜視図である。面内
の方位が決まっていない状態で最密充填構造をとる場
合、微粒子は、例えば（ａ）、（ｂ）に示すいずれの状
態にもなり得る。さらに、場合によっては、基板１７２
上の複数の箇所でそれぞれ方向の異なる最密充填構造が
形成され、マルチドメインが形成される。図１９は、方
向が異なるドメインＡ、ドメインＢが同一の面上に形成
された状態を示している。

【０００８】また、平面上で形成された微粒子の最密充
填構造は、面心立方晶の（１１１）面と同じ粒子配置を
持つことが知られている。そして、２層目以降の微粒子
が（１１１）面でなる１層目の微粒子膜上に積み重なっ
ていくために（１１１）面（図中の２００１も（１１
１）面）となり、微粒子によって形成される規則構造
（結晶構造）が（１１１）配向した面心立方構造とな
る。（１１１）配向した面心立方構造を、図２０に示
す。なお、図２０の規則構造は、分散液１７１を蒸発さ
せた後に得られるものである。

【０００９】本発明は上述の問題点を解決するために成
されたものであり、微粒子構造体の基板面内での方向お
よび面方位を制御し、（１１１）配向以外の面心立方構
造を有する微粒子構造体を形成することによって所望の
特性が得られる微粒子構造体および微粒子構造体の作成
方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決し、
目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる微
粒子構造体は、結晶性の基板表面を加工することによっ
て顕在化された結晶学的方位が（１１１）である面を含
む領域に形成され、面心立方晶のオパール結晶の結晶形
を持つことを特徴とする。

【００１１】この請求項１に記載の発明によれば、結晶
性の基板表面を加工して面を顕在化することによってオ
パール結晶を形成する面に方向を持たせることができ
る。また、（１１１）面を含む領域と接する面にオパー
ル結晶を形成することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明にかかる微粒子構造
体は、結晶性の基板表面を加工することによって顕在化
された結晶学的方位が（１１１）である面を含む領域と
接して形成され、面心立方晶の逆オパール結晶の結晶形
を持つことを特徴とする。

【００１３】この請求項２に記載の発明によれば、結晶
性の基板表面を加工して面を顕在化することによって逆
オパール結晶を形成する面に方向を持たせることができ
る。また、（１１１）面を含む領域と接する面に逆オパ
ール結晶を形成することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明にかかる微粒子構造
体は、（１００）配向結晶性基板の（１１１）面を含む
領域上に形成され、（１００）配向のオパール結晶の結
晶形または（１００）配向の逆オパール結晶の結晶形を
持つことを特徴とする。

【００１５】この請求項３に記載の発明によれば、（１
００）配向結晶性基板の（１１１）面を含む領域上に
（１００）配向のオパール結晶の結晶形または（１０
０）配向の逆オパール結晶の結晶形を持つ微粒子構造体
を形成することができる。

【００１６】請求項４に記載の発明にかかる微粒子構造
体は、（１１０）配向結晶性の基板の（１１１）面を含
む領域上に形成され、（１１０）配向のオパール結晶の
結晶形または（１１０）配向の逆オパール結晶の結晶形
を持つことを特徴とする。

【００１７】この請求項４に記載の発明によれば、（１
１０）配向結晶性基板の（１１１）面を含む領域上に
（１１０）配向のオパール結晶の結晶形または（１１
０）配向の逆オパール結晶の結晶形を持つ微粒子構造体
を形成することができる。

【００１８】請求項５に記載の発明にかかる微粒子構造
体は、前記基板がシリコン基板であることを特徴とす
る。

【００１９】この請求項５に記載の発明によれば、請求
項１〜４のいずれか一つに記載された微粒子構造体にシ
リコン基板を用いることができる。

【００２０】請求項６に記載の発明にかかる微粒子構造
体は、前記基板がＳＯＩ（siliconon insulator）基板
であることを特徴とする。

【００２１】この請求項６に記載の発明によれば、請求
項１〜４のいずれか一つに記載された微粒子構造体にＳ
ＯＩ（silicon on insulator）基板を用いることができ
る。

【００２２】請求項７に記載の発明にかかる微粒子構造
体は、非結晶層と、該非結晶層と共に基板を構成する
（１１１）配向の結晶層表面を加工して顕在化された
（１１１）面を含む領域と接して形成され、（１１１）
配向のオパール結晶の結晶形または（１１１）配向の逆
オパール結晶の結晶形を持つことを特徴とする。

【００２３】この請求項７に記載の発明によれば、非結
晶層とともに基板を構成する（１１１）配向の結晶層表
面を加工して（１１１）面を含む領域を顕在化すること
により、結晶層と非結晶層との加工速度の違いを利用し
て（１１１）配向のオパール結晶の結晶形または（１１
１）配向の逆オパール結晶の結晶形を持つ微粒子構造体
を形成することができる。

【００２４】請求項８に記載の発明にかかる微粒子構造
体の作成方法は、結晶性の基板表面を加工して（１１
１）面を顕在化する面顕在化工程と、顕在化された前記
（１１１）面に微粒子分散液を展開し、該微粒子分散液
中の微粒子を前記（１１１）面に堆積させる堆積工程
と、前記微粒子分散液の溶媒を堆積した前記微粒子から
除き、堆積された前記微粒子を乾燥させることによって
堆積された前記微粒子をオパール結晶とする結晶化工程
と、を含むことを特徴とする。

【００２５】この請求項８に記載の発明によれば、結晶
性の基板を加工して（１１１）面を顕在化し、顕在化さ
れた（１１１）面に微粒子分散液中の微粒子を堆積させ
る。また、堆積された前記微粒子を乾燥させることによ
って堆積された微粒子をオパール結晶とすることができ
る。

【００２６】請求項９に記載の発明にかかる微粒子構造
体の作成方法は、結晶性の基板表面を加工して（１１
１）面を顕在化する面顕在化工程と、顕在化された前記
（１１１）面に微粒子分散液を展開し、該微粒子分散液
中の微粒子を前記（１１１）面に堆積させる堆積工程
と、前記微粒子分散液の溶媒を堆積した前記微粒子から
除き、堆積された前記微粒子を乾燥させることによって
堆積された前記微粒子をオパール結晶とする結晶化工程
と、前記オパール結晶を構成する前記微粒子間に微粒子
と異なる材料の物質を充填する異物質充填工程と、異な
る材料の物質が充填された前記オパール結晶から前記微
粒子を除去することによって前記オパール結晶を逆オパ
ール結晶とする逆オパール結晶化工程と、を含むことを
特徴とする。

【００２７】この請求項９に記載の発明によれば、結晶
性の基板を加工して（１１１）面を顕在化し、顕在化さ
れた（１１１）面に微粒子分散液を中の微粒子を堆積さ
せる。また、堆積された前記微粒子を乾燥させることに
よって堆積された微粒子をオパール結晶とする。さら
に、オパール結晶の微粒子間に微粒子と異なる材料の物
質を充填し、オパール結晶から微粒子を除去することに
よってオパール結晶を逆オパール結晶とすることができ
る。

【００２８】請求項１０に記載の発明にかかる微粒子構
造体の作成方法は、前記基板が非結晶層と該非結晶層と
共に基板を構成する（１１１）配向の結晶層でなり、前
記面顕在化工程が、前記結晶層の表面を加工して（１１
１）面を含む領域を顕在化することを特徴とする。

【００２９】この請求項１０に記載の発明によれば、請
求項８または請求項９に記載の非結晶層とともに基板を
構成する（１１１）配向の結晶層の表面を加工して（１
１１）面を含む領域を顕在化し、顕在化された（１１
１）面に微粒子分散液を中の微粒子を堆積させてオパー
ル結晶を形成することができる。また、このオパール結
晶を用いて逆オパール結晶を形成することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる微粒子構造体および微粒子構造体の作成方
法の好適な実施の形態である、実施の形態１ないし４を
詳細に説明する。

【００３１】（実施の形態１）図１および図２は実施の
形態１の微粒子構造体の作成方法を説明するための図で
あり、図１は斜視図、図２は、図１中に示した線分２−
２’に沿う断面図である。なお、図１、図２において、
それぞれ（ａ）、（ｂ）…といった文字が同じ図は、同
じ作成の工程を示している。図１および図２の説明にお
いて、（ａ）、（ｂ）…といった文字は、いずれも図１
の（ａ）、（ｂ）…と、図２の（ａ）、（ｂ）…とを示
している。

【００３２】実施の形態１の微粒子構造体は、（１０
０）配向のＳｉ基板１０１を使って作成される（ａ）。
Ｓｉ基板１０１には、例えば熱ＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition）によって酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１０２が形
成される。ＳｉＯ₂膜１０２は、図示しないレジストマ
スクを使った通常のフォトリソグラフィ技術によって円
形のパターン１０２ａを形成される（ｂ）。この際、円
形のパターン１０２ａの底部では、基板１０１表面が露
出している。

【００３３】次に、基板１０１は、パターン１０２ａが
形成されたＳｉＯ₂膜１０２をマスクにして異方性エッ
チングされる。このエッチングは、例えば水酸化カリウ
ム（KOH）をエッチング液として行われる。KOHによる基
板１０１の（１１１）面のエッチング速度は、（１０
０）面よりも遅い。このため、基板１０１は基板の配向
とマスクのパターンに応じて形状が決まる部分をエッチ
ングされ、（１１１）面を含むパターンが形成される。

【００３４】実施の形態１にあって、エッチングされる
部分は底面が略正方形の四角錘を頂点を下にして配置し
たような形状を有している。そして、基板１０１の表面
には、エッチングされた部分に対応する凹部であるパタ
ーン１０３が形成される。パターン１０３の面１０３ａ
は、（１１１）面となっている（ｃ）。基板１０１のエ
ッチングの後、ＳｉＯ₂膜１０２のマスクを除去するこ
とにより、（１１１）面が顕在化された基板１０１が得
られる（ｄ）。

【００３５】図３は、以上述べた工程によって形成され
た面１０３ａに対して微粒子３０１を堆積することを説
明するための図である。微粒子３０１は、面１０３ａ上
ばかりでなくエッチングで残った（１００）面である面
１０３ｂ上にも堆積する。面１０３ｂ上において（１１
１）面と同じ配列の最密充填構造を微粒子３０１が形成
することを防ぐため、基板１０１のエッチングには極力
面１０３ｂが残る面積が小さくなる条件を用いることが
望ましい。また、微粒子３０１が最密充填構造を形成す
るためにはある程度の面積が必要である。このため、基
板１０１のエッチングには最密充填構造を形成できる程
度の面１０３ａの面積を確保できる条件を用いることが
望ましい。エッチングの条件、さらにパターン１０２ａ
のサイズやピッチは、堆積される微粒子３０１の粒径に
よって決定される。

【００３６】図４（ａ）〜（ｃ）は、パターン１０３が
形成された基板１０１に微粒子３０１を堆積することを
説明するための図である。実施の形態１では、パターン
３０１が形成された基板１０１を分散液４０１が入った
容器４０３中で静置する（ａ）。微粒子３０１は、時間
の経過と共に基板１０１上に沈降、堆積する（ｂ）、
（ｃ）。実施の形態１の微粒子の堆積条件は、以下の通
りである。微粒子の粒子径：３００ｎｍ分散媒：純水分散液の微粒子濃度：４０ｗｔ％

【００３７】図１、２に示した工程によって形成された
基板１０１に対し、上記した条件で微粒子を堆積した結
果、図５に示す（１００）配向のシリカの微粒子構造体
５０１が得られる。微粒子構造体５０１はオパール結晶
であり、５０１ａで示した面は、（１００）面である。

【００３８】以上述べた実施の形態１によれば、結晶性
の基板表面を加工（エッチングなど）して面を顕在化す
ることにより、顕在化された面に方向性を持たせること
ができる。また、結晶学的に方位が規定される面を顕在
化し、この面に微粒子を堆積することによって任意の配
向の面心立方構造を持つ微粒子構造体を提供することが
できる。特に実施の形態１では、（１００）配向結晶性
基板の（１１１）面を含む領域上に微粒子を沈降、堆積
したことによって（１００）配向のオパール結晶である
微粒子構造体を提供することができる。

【００３９】なお、本発明は実施の形態１に限定される
ものでなく、シリコン基板の他、エピタキシャルウェ
ハ、非晶質の基板上に結晶材料を形成したＳＯＩ基板を
使用してもよい。さらに、（１１１）面を顕在化するた
め基板をエッチングする際のパターンは、実施の形態１
で説明したパターンに限定されるものでなく、（１０
０）基板にオパール結晶を形成するのに充分な（１１
１）面が確保できるパターンであればよい。

【００４０】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２について説明する。図６および図７は実施の形態２
の微粒子構造体の作成方法を説明するための図であり、
図６は斜視図、図７は、図６中に示した線分７−７’に
沿う断面図である。なお、図６、図７において、それぞ
れ（ａ）、（ｂ）…といった文字が同じ図は、同じ作成
の工程を示している。図６および図７の説明において、
（ａ）、（ｂ）…といった文字は、いずれも図６の
（ａ）、（ｂ）…と、図７の（ａ）、（ｂ）…とを示し
ている。

【００４１】実施の形態２の微粒子構造体は、（１１
０）配向のＳｉ基板６０１を使って作成される（ａ）。
Ｓｉ基板６０１には、例えば熱ＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition）によって酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１０２が形
成される。ＳｉＯ₂膜１０２は、図示しないレジストマ
スクを使った通常のフォトリソグラフィ技術によって円
形のパターン１０２ａを形成される（ｂ）。この際、円
形のパターン１０２ａの底部では、基板６０１表面が露
出している。

【００４２】次に、基板６０１は、パターン１０２ａが
形成されたＳｉＯ₂膜１０２をマスクにして異方性エッ
チングされる。このエッチングは、例えば水酸化カリウ
ム（KOH）をエッチング液として行われる。KOHによって
基板６０１の（１１０）面をエッチングした場合、基板
６０１の配向とマスクのパターンに応じて形状が決まる
部分がエッチングされ、（１１１）面を含むパターンが
形成される。

【００４３】実施の形態２にあって、エッチングされる
部分は底面および上面の三角形の頂点を下にして配置し
た三角柱の形状を有し、基板６０１の表面には三角柱に
応じた形状の凹部であるパターン６０３が形成される。
図中にエッチングされた三角柱の底面（あるいは上面）
に対応するパターン６０３の面を面６０３ｂとして示
し、側面に対応する面を面６０３ａとして示す（ｃ）。
なお、図８は図６に示した線分７−７’と直交する線分
９−９’を示す図であり、図９は図８に示した基板６０
１の線分７−７’と直交する線分９−９’に沿う断面を
説明するための図である。

【００４４】図７、図９に示すように、面６０１ｂは基
板６０１の表面に対して垂直な（１１１）面であり、面
６０１ａは基板６０１の表面に対して斜めの（１１１）
面である。基板６０１のエッチングの後、ＳｉＯ₂膜１
０２のマスクを除去することにより、（１１１）面が顕
在化された基板６０１が得られる（ｄ）。

【００４５】図１０（ａ）〜（ｃ）は、パターン６０３
が形成された基板６０１に微粒子３０１を堆積すること
を説明するための図である。実施の形態２では、実施の
形態１と同様に、パターン６０３が形成された基板６０
１を分散液４０１が入った容器４０３中で静置する
（ａ）。微粒子３０１は、時間の経過と共に基板６０１
上に沈降、堆積する（ｂ）、（ｃ）。実施の形態２の微
粒子の堆積条件は、以下の通りである。微粒子の粒子径：３００ｎｍ分散媒：純水分散液の微粒子濃度：４０ｗｔ％

【００４６】図６、７に示した工程によって形成された
基板６０１に対し、上記した条件で微粒子を堆積した結
果、図１１に示す（１１０）配向のシリカの微粒子構造
体１１０１が得られる。微粒子構造体１１０１はオパー
ル結晶であり、１１０１ａで示した面は、（１１０）面
である。

【００４７】以上述べた実施の形態２によれば、結晶性
の基板表面を加工（エッチングなど）して面を顕在化す
ることにより、顕在化された面に方向性を持たせること
ができる。また、特に実施の形態２では、（１１０）配
向結晶性基板の（１１１）面を含む領域上に微粒子を沈
降、堆積したことによって（１１０）配向のオパール結
晶である微粒子構造体を提供することができる。

【００４８】なお、本発明は実施の形態２に限定される
ものでなく、シリコン基板の他、エピタキシャルウェ
ハ、非晶質の基板上に結晶材料を形成したＳＯＩ基板を
使用してもよい。さらに、（１１１）面を顕在化するた
め基板をエッチングする際のパターンは、実施の形態２
で説明したパターンに限定されるものでなく、（１１
０）基板にオパール結晶を形成するのに充分な（１１
１）面が確保できるパターンであればよい。

【００４９】（実施の形態３）次に、本発明の実施の形
態３について説明する。図１２および図１３は実施の形
態３の微粒子構造体の作成方法を説明するための図であ
り、図１２は斜視図、図１３は、図１２中に示した線分
１３−１３’に沿う断面図である。なお、図１２、図１
３において、それぞれ（ａ）、（ｂ）…といった文字が
同じ図は、同じ作成の工程を示している。図１２および
図１３の説明において、（ａ）、（ｂ）…といった文字
は、いずれも図１２の（ａ）、（ｂ）…と、図１３の
（ａ）、（ｂ）…とを示している。

【００５０】実施の形態３の微粒子構造体は、（１１
１）配向のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１２０
１を使って作成される。ＳＯＩ基板１２０１は、ＳｉＯ
₂層１２０１ｂとＳｉ層１２０１ａとでなり、Ｓｉ層１
２０１ａの厚さは、後の工程で堆積される微粒子の粒径
程度が好ましい（ａ）。

【００５１】ＳＯＩ基板１２０１には、例えば熱ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）によって酸化膜（Ｓｉ
Ｏ₂膜）１０２が形成される。ＳｉＯ₂膜１０２は、図示
しないレジストマスクを使った通常のフォトリソグラフ
ィ技術によって円形のパターン１０２ａを形成される
（ｂ）。この際、円形のパターン１０２ａの底部では、
ＳＯＩ基板１２０１のＳｉ層１２０１ａ表面が露出して
いる（ｂ）。

【００５２】次に、ＳＯＩ基板１２０１は、パターン１
０２ａが形成されたＳｉＯ₂膜１０２をマスクにして異
方性エッチングされる。このエッチングは、例えば水酸
化カリウム（KOH）をエッチング液とし、Ｓｉ層１２０
１ａのうち露出した表面下の部分がすべてエッチングさ
れた後も続けられる。この結果、ＫＯＨは、ＳｉＯ₂膜
のマスクとなる部分下にも入り込んでＳｉ層１２０１ａ
をエッチングする。エッチングされる部分の形状は、Ｓ
ｉ層１２０１ａの配向とマスクのパターンに応じて決定
する（ｃ）。

【００５３】実施の形態３にあって、エッチングされる
部分は、Ｓｉ層１２０１ａ表面を上面から見た場合に略
六角形の形状を有し、ＳＯＩ基板１２０１の表面には六
角形に応じた形状の凹部であるパターン１２０３が形成
される。この際、ＳＯＩ基板１２０１上に形成された複
数のパターン１２０３は、Ｓｉ層１２０３ｂの結晶性に
したがって一定の方向に揃う。パターン１２０３は、六
角形の周辺を規定する面１２０３ａが（１１１）面であ
り、底面１２０３ｂがＳｉＯ₂となる（ｄ）。

【００５４】なお、上記したエッチングの際、Ｓｉ層１
２０１ａとＳｉＯ₂層１２０１ｂとのエッチング速度の
差によってＳｉＯ₂層マスク下のＳｉ層１２０１ａがエ
ッチングされている間にもＳｉＯ₂層１２０１ｂのエッ
チングが進むことがない。このため、実施の形態３で
は、エッチング速度とＳｉ層１２０１ａの厚さとによっ
て六角形のパターン１２０３の底面積と深さとを任意に
設定することができる。

【００５５】図１４（ａ）〜（ｃ）は、パターン１２０
３が形成されたＳＯＩ基板１２０１に微粒子３０１を堆
積することを説明するための図である。実施の形態３で
は、実施の形態１、実施の形態２と同様に、パターン１
２０３が形成されたＳＯＩ基板１２０１を分散液４０１
が入った容器４０３中で静置する（ａ）。微粒子３０１
は、時間の経過と共に基板１２０１上に沈降、堆積する
（ｂ）、（ｃ）。実施の形態３の微粒子の堆積条件は、
以下の通りである。微粒子の粒子径：３００ｎｍ分散媒：純水分散液の微粒子濃度：４０ｗｔ％

【００５６】図１２、１３に示した工程によって形成さ
れたＳＯＩ基板１２０１に対し、上記した条件で微粒子
を堆積した結果、図１５に示す（１１１）配向のシリカ
微粒子構造体が得られる。微粒子構造体１５０１はオパ
ール結晶であり、１５０１ａで示した面は、（１１１）
面である。

【００５７】以上述べた実施の形態３によれば、結晶性
層の表面を加工（エッチング）して面を顕在化すること
により、顕在化された面に方向性を持たせることができ
る。特に実施の形態３では、ＳＯＩ基板１２０１のＳｉ
層１２０１ａをエッチングして（１１１）面の壁面を形
成して微粒子の堆積に方向を持たせ、ＳｉＯ₂層１２０
１ｂ面上に微粒子を沈降、堆積したことによって（１１
１）配向のオパール結晶である微粒子構造体を提供する
ことができる。

【００５８】（実施の形態４）次に、本発明の実施の形
態４について説明する。図１６（ａ）〜（ｃ）は、実施
の形態４の微粒子構造体の作成方法を説明するための図
である。実施の形態４の微粒子構造体は、実施の形態１
で述べた（１００）配向したシリカの微粒子３０１でな
る微粒子構造体５０１を使用して作成される。微粒子構
造体５０１は容器４０３中のポリマー溶液１６０１中に
静置され、微粒子３０１にポリマー溶液１６０１を浸潤
させる（ａ）。

【００５９】次に、実施の形態４では、微粒子構造体５
０１に浸潤したポリマー溶液１６０１が固化され、ポリ
マー樹脂１６０２になる（ｂ）。さらに、シリカの微粒
子３０１をフッ酸で除去することによって微粒子３０１
がａｉｒ１６０４に置き換わり、（１００）配向したポ
リマー樹脂１６０２の微粒子構造体１６０３が形成され
る（ｃ）。なお、このように、オパール結晶を形成した
微粒子構造体５０１の微粒子間に異なる材料（ポリマー
樹脂）を充填し、微粒子を除去したものを逆オパール結
晶ともいう。

【００６０】このような実施の形態４によれば、任意の
配向の面心立方構造を持つ微粒子構造体の逆オパール結
晶を提供することができる。特に実施の形態４では、
（１００）配向結晶性基板の（１１１）面を含む領域上
に微粒子を沈降、堆積したことによって形成された（１
００）配向のオパール結晶を用いたため、（１００）配
向の逆オパール結晶を提供することができた。

【００６１】なお、本発明は上記したように実施の形態
１の微粒子構造体を使って逆オパール結晶を作成するも
のに限定されるものでなく、実施の形態２ないし３のい
ずれで形成されるオパール結晶を使ってなされるもので
あってもよい。また、本発明は、実施の形態４のように
ポリマー樹脂を充填するものに限定されるものでなく、
例えば、微粒子よりもさらに小さな微粒子を充填するも
のであってもよい。また、充填の方法についても、ＣＶ
Ｄやゾル、ゲルの特性を用いて微粒子間を充填するもの
であってもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明は、（１１１）配向以外の面心立方構造を有するオ
パール結晶の微粒子構造体を形成することによって（１
１１）配向以外のオパール結晶の特性が得られる微粒子
構造体を提供することができるという効果を奏する。

【００６３】請求項２に記載の発明は、（１１１）配向
以外の面心立方構造を有する逆オパール結晶の微粒子構
造体を形成することによって（１１１）配向以外の逆オ
パール結晶の特性が得られる微粒子構造体を提供するこ
とができるという効果を奏する。

【００６４】請求項３に記載の発明は、（１００）配向
結晶性基板の（１１１）面を含む領域上にオパール結晶
または逆オパール結晶を形成することによって（１０
０）配向のオパール結晶の結晶形または（１００）配向
の逆オパール結晶の結晶形の特性を持つ微粒子構造体を
提供することができるという効果を奏する。

【００６５】請求項４に記載の発明は、（１１０）配向
結晶性基板の（１１１）面を含む領域上にオパール結晶
または逆オパール結晶を形成することによって（１１
０）配向のオパール結晶の結晶形または（１１０）配向
の逆オパール結晶の結晶形の特性を持つ微粒子構造体を
提供することができるという効果を奏する。

【００６６】請求項５に記載の発明は、比較的安価であ
りながら高品位かつ入手が容易なシリコン基板を用いて
請求項１〜４のいずれか一つに記載された微粒子構造体
を提供することができるので、高品位の微粒子構造体を
安価にかつ容易に提供することができるという効果を奏
する。

【００６７】請求項６に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか一つに記載された微粒子構造体にＳＯＩ基板の
結晶的性質を利用することができ、微粒子構造体設計の
自由度を高めるという効果を奏する。

【００６８】請求項７に記載の発明は、結晶層と非結晶
層の加工速度の違いを利用することによって結晶層表面
の加工の自由度を高め、設計の自由度の高い微粒子構造
体を提供することができるという効果を奏する。

【００６９】請求項８に記載の発明は、（１１１）配向
以外の面心立方構造を有するオパール結晶の微粒子構造
体を形成することによって（１１１）配向以外のオパー
ル結晶の特性が得られる微粒子構造体の作成方法を提供
することができるという効果を奏する。

【００７０】請求項９に記載の発明は、（１１１）配向
以外の面心立方構造を有する逆オパール結晶の微粒子構
造体を形成することによって（１１１）配向以外の逆オ
パール結晶の特性が得られる微粒子構造体の作成方法を
提供することができるという効果を奏する。

【００７１】請求項１０に記載の発明は、結晶層と非結
晶層の加工速度の違いを利用することによって結晶層表
面の加工の自由度を高め、設計の自由度の高い微粒子構
造体の作成方法を提供することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の微粒子構造体の作成方
法を説明するための図である。

【図２】実施の形態１の微粒子構造体の作成方法を説明
するための他の図である。

【図３】実施の形態１において微粒子が堆積されること
を説明するための図である。

【図４】実施の形態１の微粒子の堆積について説明する
ための図である。

【図５】実施の形態１の微粒子構造体を説明するための
図である。

【図６】実施の形態２の微粒子構造体の作成方法を説明
するための図である。

【図７】実施の形態２の微粒子構造体の作成方法を説明
するための他の図である。

【図８】図６に示した線分７−７’と直交する線分９−
９’を説明するための図である。

【図９】図８に示した線分９−９’に沿う断面図であ
る。

【図１０】実施の形態２の微粒子の堆積について説明す
るための図である。

【図１１】実施の形態２の微粒子構造体を説明するため
の図である。

【図１２】実施の形態３の微粒子構造体の作成方法を説
明するための図である。

【図１３】実施の形態３の微粒子構造体の作成方法を説
明するための他の図である。

【図１４】実施の形態３の微粒子の堆積について説明す
るための図である。

【図１５】実施の形態３の微粒子構造体を説明するため
の図である。

【図１６】実施の形態４の微粒子構造体の作成方法を説
明するための図である。

【図１７】従来の縦方向堆積法を説明するための図であ
る。

【図１８】微粒子の二次元的な最密充填構造を示す図で
ある。

【図１９】マルチドメインを説明するための図である。

【図２０】（１１１）配向した面心立方構造を持つ微粒
子構造体を説明するための図である。

【符号の説明】

１０１，６０１基板１０２ａ，１０３，６０３，１２０３パターン１０２ＳｉＯ₂膜３０１微粒子４０１分散液４０３容器５０１，１１０１，１５０１微粒子構造体１２０１ＳＯＩ基板１６０１ポリマー溶液１６０２ポリマー樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性の基板表面を加工することによっ
て顕在化された結晶学的方位が（１１１）である面を含
む領域に形成され、面心立方晶のオパール結晶の結晶形
を持つことを特徴とする微粒子構造体。
【請求項２】結晶性の基板表面を加工することによっ
て顕在化された結晶学的方位が（１１１）である面を含
む領域と接して形成され、面心立方晶の逆オパール結晶
の結晶形を持つことを特徴とする微粒子構造体。
【請求項３】（１００）配向結晶性の基板の（１１
１）面を含む領域上に形成され、（１００）配向のオパ
ール結晶の結晶形または（１００）配向の逆オパール結
晶の結晶形を持つことを特徴とする微粒子構造体。
【請求項４】（１１０）配向結晶性の基板の（１１
１）面を含む領域上に形成され、（１１０）配向のオパ
ール結晶の結晶形または（１１０）配向の逆オパール結
晶の結晶形を持つことを特徴とする微粒子構造体。
【請求項５】前記基板がシリコン基板であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の微粒子構
造体。
【請求項６】前記基板がＳＯＩ（Silicon On Insulat
or）基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か一つに記載の微粒子構造体。
【請求項７】非結晶層と、該非結晶層と共に基板を構
成する（１１１）配向の結晶層表面を加工して顕在化さ
れた（１１１）面を含む領域と接して形成され、（１１
１）配向のオパール結晶の結晶形または（１１１）配向
の逆オパール結晶の結晶形を持つことを特徴とする微粒
子構造体。
【請求項８】結晶性の基板表面を加工して（１１１）
面を顕在化する面顕在化工程と、顕在化された前記（１１１）面に微粒子分散液を展開
し、該微粒子分散液中の微粒子を前記（１１１）面に堆
積させる堆積工程と、前記微粒子分散液の溶媒を堆積した前記微粒子から除
き、堆積された前記微粒子を乾燥させることによって堆
積された前記微粒子をオパール結晶とする結晶化工程
と、を含むことを特徴とする微粒子構造体の作成方法。
【請求項９】結晶性の基板表面を加工して（１１１）
面を顕在化する面顕在化工程と、顕在化された前記（１１１）面に微粒子分散液を展開
し、該微粒子分散液中の微粒子を前記（１１１）面に堆
積させる堆積工程と、前記微粒子分散液の溶媒を堆積した前記微粒子から除
き、堆積された前記微粒子を乾燥させることによって堆
積された前記微粒子をオパール結晶とする結晶化工程
と、前記オパール結晶を構成する前記微粒子間に微粒子と異
なる材料の物質を充填する異物質充填工程と、異なる材料の物質が充填された前記オパール結晶から前
記微粒子を除去することによって前記オパール結晶を逆
オパール結晶とする逆オパール結晶化工程と、を含むことを特徴とする微粒子構造体の作成方法。
【請求項１０】前記基板が非結晶層と該非結晶層と共
に基板を構成する（１１１）配向の結晶層でなり、前記
面顕在化工程が、前記結晶層の表面を加工して（１１
１）面を含む領域を顕在化することを特徴とする請求項
８または請求項９に記載の微粒子構造体の作成方法。