JP2004025371A

JP2004025371A - Probe tip generating method for nanostructure and its generating device

Info

Publication number: JP2004025371A
Application number: JP2002186030A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kawakatsu; 川勝　英樹
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP3756469B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probe tip generating method for a nanostructure and its generating device which generates a microscopic probe tip part and controls its growth direction. <P>SOLUTION: This device is provided with: a chamber 1; a probe heating means 7; a setting means of a catalyst; an electric field application means 8 applying an electric field between the catalyst 3 and a probe 5; and a cantilever moving means 6. Diffusion of a catalyst material to the probe tip is generated by contacting the probe made in advance with the catalyst and keeping them at a high temperature to grow a carbon nanotube and/or a whisker-like silicon crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノ構造物の探針先端生成方法及びその生成装置に係り、特に探針先端へのカーボンナノチューブや髭状結晶の生成方法及びその生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブや、シリコンなどの髭状結晶は、その優れた機械特性や非常に高いアスペクト比のため、材料やプローブとしての有用性が注目されている。しかし、そのいずれも、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による方法においては、基板上に触媒となる物質の塗布が必要であり、カーボンナノチューブや髭状結晶の直径が小さいものを作製する場合、小さい直径の触媒を基板上に塗布することが重要な課題となっている。
【０００３】
今までの例としては、シリコン髭状結晶を作製する場合、メサ状の台地をシリコン基板上に作製し、その上に金の薄膜を塗布する方法が採られている。これにより、基板が高温に加熱されて金が溶けた場合、溶けた金の滴が互いに集まり、大きくなってしまうことを防げる。結果的に、メサの直径で規定されるシリコン髭状結晶の作製が可能となる。
【０００４】
カーボンナノチューブの場合、鉄やニッケル、もしくはその酸化物を触媒として用いるが、この場合もいかに小さな触媒を基板に塗布するかが課題となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来はＳｉウエハーにフォトリソ技術を活用しカンチレバーを作製してきたが、センシング用途によっては必ずしも満足できるものではなかった。
【０００６】
また、カーボンナノチューブの場合も同様に、小さな触媒を選択することが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、極微細な探針先端部を生成させるとともに、その成長方向を制御可能なナノ構造物の探針先端生成方法及びその生成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ナノ構造物の探針先端生成方法において、金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させることを特徴とする。
【０００９】
〔２〕ナノ構造物の探針先端生成方法において、金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させることを特徴とする。
【００１０】
〔３〕ナノ構造物の探針先端生成方法において、金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させることを特徴とする。
【００１１】
〔４〕ナノ構造物の探針先端生成方法において、金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させることを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記探針の先鋭性を用いて、その探針の先端にのみ触媒を塗布することを特徴とする。
【００１３】
〔６〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記カーボンナノチューブや髭状結晶を成長させる際、前記探針が設けられている基板の法線方向もしくは前記探針の軸方向に電界をかけることを特徴とする。
【００１４】
〔７〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針を触媒に接触させ、高温に保持することによって触媒材料の探針先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において前記探針を高温に保持することによってカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とする。
【００１５】
〔８〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針を触媒基板に近接させ、液体中に保持し、電流を前記探針と液体の間に流すことによって触媒材料の探針先端への拡散やメッキを生じさせ、その後、近接させた触媒基板を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において前記探針を高温に保持することによってカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とする。
【００１６】
〔９〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針と触媒の間に電流を流すことによって触媒材料の探針先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において前記探針を高温に保持することによってカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とする。
【００１７】
〔１０〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針を触媒に接触させ、その際、探針先端近傍の結晶面を考慮することにより、特定の面の法線方向にカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とする。
【００１８】
〔１１〕上記〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔９〕又は〔１０〕記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記触媒を加熱して作用を高めることを特徴とする。
【００１９】
〔１２〕ナノ構造物の探針先端生成装置において、チャンバーと、探針加熱手段と、触媒の設定手段と、前記触媒と探針間に印加される電界印加手段と、カンチレバー移動手段とを具備することを特徴とする。
【００２０】
〔１３〕上記〔１２〕記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記カンチレバー移動手段は、カンチレバー上下移動機構であることを特徴とする。
【００２１】
〔１４〕上記〔１２〕記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記カンチレバー移動手段は、カンチレバー上下左右移動機構であることを特徴とする。
【００２２】
〔１５〕上記〔１４〕記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記探針と触媒間に電流を流す電源を具備することを特徴とする。
【００２３】
〔１６〕上記〔１２〕、〔１３〕、〔１４〕又は〔１５〕記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記触媒を加熱して作用を高める触媒加熱用電流源を具備することを特徴とする。
【００２４】
〔１７〕ナノ構造物の探針先端生成装置において、チャンバーと、触媒基板と、この触媒基板の近傍に設定される探針と、前記触媒基板と探針の先端を浸す液体と、前記触媒基板と探針間に印加される電圧源とを具備することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、探針の先端に、その構造的先鋭性を用いて先端にのみ触媒を塗布し、その部分にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる。すなわち、走査型プローブ顕微鏡が、探針の先鋭性によって今までにない空間分解能を達成している作動原理を応用し、探針の先端にのみ触媒を塗布するようにしたものである。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は本発明の第１実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００２８】
この図において、１はチャンバー、２はチャンバー１の下部に配置される発熱体、３は触媒、４はカンチレバー、５は触媒３に接触させるカンチレバー４の先端の探針（探針状の突起）、６はカンチレバー上下移動機構、７は探針５を加熱する探針加熱用電流源、８は電界印加用電圧源、９は触媒加熱用電流源、１０は気体導入部、１１は排気部（真空ポンプへ接続される）である。
【００２９】
このように、あらかじめ作製した探針５を触媒３に接触させ、高温に保持することによって触媒材料の探針５先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒３を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において探針５を探針加熱用電流源７に接続された発熱体２で高温に保持することによって、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせるようにする。
【００３０】
また、触媒加熱用電流源９によって触媒３も加熱して、活発に作用させることができる。
【００３１】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針５が設けられている基板の法線方向もしくは探針５の軸方向に電界印加用電圧源８から電界をかけることにより、その電界の方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００３２】
図２は本発明の第２実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００３３】
この図において、２１はチャンバー、２２は触媒基板、２３は探針（探針状の突起）、２４は液体（水や電解液）、２５は電圧源である。
【００３４】
あらかじめ作製した探針２３を触媒基板２２に近接させ、液体（水や電界液）２４中に保持し、電流を探針２３と液体２４の間に流すことによって触媒材料の探針２３先端への拡散やメッキを生じさせ、その後、近接させた触媒基板２２を遠ざけるようにする。
【００３５】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針２３が設けられている基板の法線方向もしくは探針２３の軸方向に電圧源２５から電界をかけることにより、その方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００３６】
図３は本発明の第３実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００３７】
この実施例では、カンチレバー４の探針（探針状の突起）５を上下左右に移動させることができるカンチレバー上下左右移動機構３１を設けるようにした。その他の点は図１の第１実施例と同様であり、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００３８】
そこで、あらかじめ作製した探針５を触媒３に接触させ、探針５と触媒３を互いに摺動させることによって、触媒材料の探針５先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒３を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において、探針５を探針加熱用電流源７に接続された発熱体２で高温に保持することによって、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせるようにする。また、触媒加熱用電流源９によって触媒３も加熱して、活発に作用させることができる。
【００３９】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針５が設けられている基板の法線方向もしくは探針５の軸方向に電界印加用電源８から電界をかけることにより、その電界の方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００４０】
図４は本発明の第４実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００４１】
この実施例では、探針（探針状の突起）５と触媒３の間に電流を流すための電源４１を設けるようにしている。その他の点は図１の第１実施例または図３の第３実施例と同様であり、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００４２】
そこで、あらかじめ作製した探針５を触媒３に接触させ、探針５と触媒３の間に電源４１から電流４２を流すことによって触媒材料の探針先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒３を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において、探針５を探針加熱用電流源７に接続された発熱体２で高温に保持することによって、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせるようにする。また、触媒加熱用電流源９によって触媒３も加熱して、活発に作用させることができる。
【００４３】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針５が設けられている基板の法線方向もしくは探針５の軸方向に電界印加用電源８から電界をかけることにより、その電界の方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００４４】
図５は本発明の第５実施例を示すナノ構造物の探針先端の模式図である。
【００４５】
この図において、５１はカンチレバーアレー、５２はカンチレバーなどの弾性支持体、５３は探針、５４は触媒基板である。
【００４６】
そこで、探針５３をカンチレバーなどの弾性支持体５２の上に作製し、この弾性支持体５２の変形を用いて探針５３の先端を破壊することなく適切な圧力で触媒基板５４の触媒に接触させる。
【００４７】
この方法は、探針５３が１個の場合も、多数存在する場合も有効である。例えば、一平方センチメートルあたりに探針付きカンチレバーが１００万個存在する場合、０．１ｇの基板の自重を支持するためには各探針あたり１ｎＮ受け持つことになり、力の能動制御をしなくても、カンチレバーや探針を破壊することなく探針と触媒の接触を得ることが可能となる。
【００４８】
また、探針の高さに１０ｎｍオーダーの不均一があっても、カンチレバーのバネ定数が１Ｎ／ｍの場合、１０ｎＮ程度の押しつけ力の不均一が生じるだけで、探針先端を破壊する面圧にはならない。
【００４９】
図６は本発明の第６実施例を示すナノ構造物の探針先端を示す斜視図である。
【００５０】
この図において、６１は探針（探針状の突起）、６２はシリコン髭状結晶、６３はシリコン〈１１１〉面である。
【００５１】
あらかじめ作製した探針６１を触媒に接触させ、その際、探針６１先端近傍の結晶面を考慮することにより、特定の面の法線方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせる。例えば、シリコン髭状結晶６２はシリコン〈１１１〉面６３上に、面の法線方向に成長するため、探針６１先端近傍を構成する結晶面の一つがシリコン〈１１１〉面６３となるようにし、探針６１先端近傍に触媒を拡散させることにより、シリコン〈１１１〉面６３の法線方向にのみ、触媒の拡散した領域をおおよその直径とするシリコン髭状結晶を成長させることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、極微細な探針先端部を生成させるとともに、その成長方向を制御することができる。
【００５４】
また、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針が設けられている基板の法線方向もしくは探針の軸方向に電界をかけることにより、その成長方向を制御し、その電界方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図２】本発明の第２実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図３】本発明の第３実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図４】本発明の第４実施例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図５】本発明の第５実施例を示すナノ構造物の探針先端の模式図である。
【図６】本発明の第６実施例を示すナノ構造物の探針先端の斜視図である。
【符号の説明】
１，２１　　チャンバー
２　　発熱体
３　　触媒
４　　カンチレバー
５，２３，５３，６１　　探針（探針状の突起）
６　　カンチレバー上下移動機構
７　　探針加熱用電流源
８　　電界印加用電圧源
９　　触媒加熱用電流源
１０　　気体導入部
１１　　排気部（真空ポンプへ接続される）
２２，５４　　触媒基板
２４　　液体（水や電解液）
２５　　電圧源
３１　　カンチレバー上下左右移動機構
４１　　電源
４２　　電流
５１　　カンチレバーアレー
５２　　カンチレバーなどの弾性支持体
６２　　シリコン髭状結晶
６３　　シリコン〈１１１〉面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for generating a probe tip of a nanostructure and a device for generating the same, and more particularly to a method for generating carbon nanotubes and whiskers at the probe tip and a device for generating the same.
[0002]
[Prior art]
Carbon nanotubes and beard-like crystals such as silicon have attracted attention for their usefulness as materials and probes because of their excellent mechanical properties and extremely high aspect ratio. However, in any case, in a method by chemical vapor deposition (CVD), it is necessary to apply a substance serving as a catalyst on a substrate, and when a carbon nanotube or a beard-like crystal having a small diameter is manufactured, a material having a small diameter is used. It is an important issue to apply a catalyst on a substrate.
[0003]
As an example to date, in the case of producing a silicon whisker-like crystal, a method of producing a mesa-shaped plateau on a silicon substrate and applying a gold thin film thereon has been adopted. Thereby, when the substrate is heated to a high temperature and the gold is melted, it is possible to prevent the melted gold droplets from collecting and growing together. As a result, it becomes possible to produce a silicon whisker crystal defined by the diameter of the mesa.
[0004]
In the case of carbon nanotubes, iron, nickel, or an oxide thereof is used as a catalyst, and in this case, how to apply a small catalyst to the substrate is an issue.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, cantilevers have been manufactured by utilizing photolithography technology on Si wafers, but this is not always satisfactory depending on the sensing application.
[0006]
Similarly, in the case of carbon nanotubes, it was difficult to select a small catalyst.
[0007]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for generating a nanostructured probe tip capable of generating an extremely fine tip and controlling the growth direction thereof. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in order to achieve the above object,
[1] A method for generating a probe tip of a nanostructure is characterized in that carbon nanotubes are grown in a predetermined direction at the tip of one probe made of metal or silicon.
[0009]
[2] A method for generating a probe tip of a nanostructure, characterized in that a beard-like crystal is grown in a predetermined direction at a tip of one probe made of metal or silicon.
[0010]
[3] A method for generating a tip of a nanostructured tip is characterized in that carbon nanotubes are grown in a predetermined direction at tips of a plurality of tips made of metal or silicon.
[0011]
[4] A method for generating a probe tip of a nanostructure, wherein a beard-like crystal is grown in a predetermined direction at the tips of a plurality of probes made of metal or silicon.
[0012]
[5] The method for generating a tip of a nanostructure according to [1], [2], [3] or [4], wherein a catalyst is provided only at the tip of the probe by using the sharpness of the probe. Is applied.
[0013]
[6] In the method for generating a tip of a nanostructure according to [1], [2], [3] or [4], the probe is provided when growing the carbon nanotube or the beard-like crystal. The method is characterized in that an electric field is applied in the normal direction of the substrate or the axial direction of the probe.
[0014]
[7] In the method for producing a tip of a nanostructure according to the above [1], [2], [3] or [4], the probe prepared in advance is brought into contact with the catalyst and kept at a high temperature. Diffusion of the material to the tip of the probe occurs, and thereafter, the contacted catalyst is moved away, and the probe is kept at a high temperature in a gas containing silicon, carbon, or a compound thereof, thereby forming carbon nanotubes or beard-like crystals. It is characterized by causing growth.
[0015]
[8] In the method for generating a tip of a nanostructure according to the above [1], [2], [3] or [4], a probe prepared in advance is brought close to a catalyst substrate and held in a liquid, By causing a current to flow between the probe and the liquid, diffusion or plating of the catalyst material to the tip of the probe is caused, and then, the separated catalyst substrate is moved away, in a gas containing silicon, carbon, or a compound thereof. By maintaining the probe at a high temperature, growth of carbon nanotubes and whisker-like crystals is caused.
[0016]
[9] In the method for generating a tip of a nanostructure according to the above [1], [2], [3] or [4], by passing an electric current between the previously prepared probe and the catalyst, Diffusion to the tip of the probe is caused, then the contacted catalyst is moved away, and the probe is kept at a high temperature in a gas containing silicon, carbon, or a compound thereof to grow carbon nanotubes and beard-like crystals. It is characterized by causing.
[0017]
[10] In the method for generating a tip of a nanostructure according to the above [1], [2], [3] or [4], a probe prepared in advance is brought into contact with a catalyst, and at that time, the vicinity of the tip of the probe is By taking into account the crystal plane, carbon nanotubes and whiskers grow in the normal direction of the specific plane.
[0018]
[11] The method for producing a tip of a nanostructure according to the above [5], [6], [7], [9] or [10], wherein the action is enhanced by heating the catalyst. .
[0019]
[12] An apparatus for generating a probe tip of a nanostructure, comprising: a chamber, a probe heating means, a catalyst setting means, an electric field applying means applied between the catalyst and the probe, and a cantilever moving means. It is characterized by doing.
[0020]
[13] The apparatus for generating a tip of a nanostructure according to the above [12], wherein the cantilever moving means is a cantilever vertical moving mechanism.
[0021]
[14] The apparatus for generating a tip of a nanostructure according to the above [12], wherein the cantilever moving means is a cantilever up / down / left / right moving mechanism.
[0022]
[15] The apparatus for generating a tip of a nanostructure according to the above [14], further comprising a power supply for supplying a current between the probe and a catalyst.
[0023]
[16] The apparatus for generating a tip of a nanostructure according to the above [12], [13], [14] or [15], further comprising a catalyst heating current source for heating the catalyst to enhance the action. It is characterized by.
[0024]
[17] In the device for generating a probe tip of a nanostructure, a chamber, a catalyst substrate, a probe set in the vicinity of the catalyst substrate, a liquid for immersing the catalyst substrate and the tip of the probe, And a voltage source applied between the probes.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the present invention, a catalyst is applied only to the tip of the probe using its structural sharpness, and carbon nanotubes or silicon whiskers are grown on the tip. That is, the scanning probe microscope applies an operating principle that achieves an unprecedented spatial resolution by the sharpness of the probe, and applies the catalyst only to the tip of the probe.
[0026]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for generating a probe tip of a nanostructure according to a first embodiment of the present invention.
[0028]
In this figure, 1 is a chamber, 2 is a heating element disposed below the chamber 1, 3 is a catalyst, 4 is a cantilever, 5 is a probe at the tip of the cantilever 4 to be brought into contact with the catalyst 3 (probe-like projection). , 6 is a cantilever vertical movement mechanism, 7 is a probe heating current source for heating the probe 5, 8 is an electric field application voltage source, 9 is a catalyst heating current source, 10 is a gas introduction unit, and 11 is an exhaust unit ( Connected to a vacuum pump).
[0029]
As described above, the probe 5 prepared in advance is brought into contact with the catalyst 3 and kept at a high temperature to cause diffusion of the catalyst material to the tip of the probe 5. Thereafter, the contacted catalyst 3 is moved away, and silicon or carbon is removed. Alternatively, by keeping the probe 5 at a high temperature in the gas containing the compound by the heating element 2 connected to the probe heating current source 7, the growth of carbon nanotubes or silicon whiskers is caused to occur. .
[0030]
Also, the catalyst 3 can be heated by the catalyst heating current source 9 and activated.
[0031]
Further, when growing a carbon nanotube or a silicon whisker-like crystal, an electric field is applied from a voltage source 8 for applying an electric field in the normal direction of the substrate on which the probe 5 is provided or in the axial direction of the probe 5, whereby the electric field is increased. , It is possible to cause the growth of carbon nanotubes and silicon whiskers in the direction of.
[0032]
FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for generating a probe tip of a nanostructure according to a second embodiment of the present invention.
[0033]
In this figure, 21 is a chamber, 22 is a catalyst substrate, 23 is a probe (probe-like projection), 24 is a liquid (water or electrolyte), and 25 is a voltage source.
[0034]
A probe 23 prepared in advance is brought close to the catalyst substrate 22, held in a liquid (water or an electric field solution) 24, and an electric current is caused to flow between the probe 23 and the liquid 24. Diffusion and plating are caused, and then the catalyst substrate 22 that is brought close is moved away.
[0035]
Further, when growing a carbon nanotube or a silicon whisker-like crystal, an electric field is applied from the voltage source 25 in the normal direction of the substrate on which the probe 23 is provided or in the axial direction of the probe 23, so that the carbon nanotube is oriented in that direction. And growth of silicon whiskers.
[0036]
FIG. 3 is a schematic view of an apparatus for generating a tip of a nanostructure according to a third embodiment of the present invention.
[0037]
In this embodiment, a cantilever up / down / left / right moving mechanism 31 capable of moving the probe (probe-like projection) 5 of the cantilever 4 up / down / left / right is provided. The other points are the same as those of the first embodiment of FIG. 1, and the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
[0038]
Then, the probe 5 prepared in advance is brought into contact with the catalyst 3, and the probe 5 and the catalyst 3 are slid with each other to cause diffusion of the catalyst material to the tip of the probe 5. Is maintained at a high temperature in the gas containing silicon, carbon, or a compound thereof by the heating element 2 connected to the current source 7 for heating the probe. Let it grow. Also, the catalyst 3 can be heated by the catalyst heating current source 9 and activated.
[0039]
Further, when growing a carbon nanotube or a silicon whisker-like crystal, an electric field is applied from the electric field applying power source 8 in the normal direction of the substrate on which the probe 5 is provided or in the axial direction of the probe 5, so that the electric field is reduced. It is possible to cause carbon nanotubes or silicon whiskers to grow in the direction.
[0040]
FIG. 4 is a schematic view of an apparatus for generating a probe tip of a nanostructure according to a fourth embodiment of the present invention.
[0041]
In this embodiment, a power supply 41 for supplying a current between the probe (probe-like projection) 5 and the catalyst 3 is provided. Other points are the same as those of the first embodiment of FIG. 1 or the third embodiment of FIG. 3, and the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
[0042]
Then, the probe 5 prepared in advance is brought into contact with the catalyst 3, and a current 42 is supplied from the power supply 41 between the probe 5 and the catalyst 3 to cause diffusion of the catalyst material to the tip of the probe. By keeping the catalyst 3 away and keeping the probe 5 at a high temperature in the gas containing silicon, carbon, or a compound thereof by the heating element 2 connected to the probe heating current source 7, carbon nanotubes and silicon mustaches can be obtained. So that the growth of crystallites occurs. Also, the catalyst 3 can be heated by the catalyst heating current source 9 and activated.
[0043]
Further, when growing a carbon nanotube or a silicon whisker-like crystal, an electric field is applied from the electric field applying power source 8 in the normal direction of the substrate on which the probe 5 is provided or in the axial direction of the probe 5, so that the electric field is reduced. It is possible to cause carbon nanotubes or silicon whiskers to grow in the direction.
[0044]
FIG. 5 is a schematic view of the tip of a nanostructure probe according to a fifth embodiment of the present invention.
[0045]
In this figure, 51 is a cantilever array, 52 is an elastic support such as a cantilever, 53 is a probe, and 54 is a catalyst substrate.
[0046]
Therefore, the probe 53 is formed on an elastic support 52 such as a cantilever, and the tip of the probe 53 is brought into contact with the catalyst on the catalyst substrate 54 at an appropriate pressure without breaking the tip of the probe 53 by using the deformation of the elastic support 52. Let it.
[0047]
This method is effective when the number of the probes 53 is one or many. For example, if there are one million cantilevers with a probe per square centimeter, 1 nN will be assigned to each probe in order to support the weight of the 0.1 g substrate, and even if active control of force is not performed. Thus, contact between the probe and the catalyst can be obtained without destroying the cantilever or the probe.
[0048]
Further, even if the height of the probe is non-uniform on the order of 10 nm, when the spring constant of the cantilever is 1 N / m, only a non-uniform pressing force of about 10 nN is generated, and the surface pressure that destroys the tip of the probe is generated. It does not become.
[0049]
FIG. 6 is a perspective view showing a probe tip of a nanostructure according to a sixth embodiment of the present invention.
[0050]
In this figure, 61 is a probe (probe-like projection), 62 is a silicon whisker-like crystal, and 63 is a silicon <111> plane.
[0051]
The probe 61 prepared in advance is brought into contact with the catalyst. At this time, by taking into account the crystal plane near the tip of the probe 61, the growth of carbon nanotubes or silicon whiskers occurs in the normal direction of the specific plane. For example, since the silicon whisker-like crystal 62 grows on the silicon <111> plane 63 in the normal direction of the plane, one of the crystal planes near the tip of the probe 61 is made to be the silicon <111> plane 63. By diffusing the catalyst in the vicinity of the tip of the probe 61, it is possible to grow a silicon whisker-like crystal having a region where the catalyst is diffused with an approximate diameter only in the normal direction of the silicon <111> plane 63.
[0052]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0053]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to generate an extremely fine tip of a probe and to control the growth direction thereof.
[0054]
When growing carbon nanotubes or silicon whiskers, an electric field is applied in the normal direction of the substrate on which the probe is provided or in the axial direction of the probe to control the growth direction, and in the direction of the electric field. It is possible to cause growth of carbon nanotubes and silicon whiskers.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for generating a probe tip of a nanostructure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for generating a probe tip of a nanostructure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of an apparatus for generating a probe tip of a nanostructure according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of an apparatus for generating a probe tip of a nanostructure according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a tip of a nanostructure probe according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a tip of a nanostructure probe according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 21 chamber 2 heating element 3 catalyst 4 cantilever 5, 23, 53, 61 probe (probe-like projection)
6 Cantilever vertical movement mechanism 7 Probe heating current source 8 Electric field application voltage source 9 Catalyst heating current source 10 Gas introduction unit 11 Exhaust unit (connected to vacuum pump)
22, 54 Catalyst substrate 24 Liquid (water or electrolyte)
25 Voltage source 31 Cantilever up / down / left / right moving mechanism 41 Power supply 42 Current 51 Cantilever array 52 Elastic support body 62 such as cantilever 62 Silicon beard crystal 63 Silicon <111> plane

Claims

金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。A method for generating a probe tip of a nanostructure, comprising: growing a carbon nanotube in a predetermined direction at the tip of one probe made of metal or silicon.

金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。A method for generating a probe tip of a nanostructure, comprising: growing a beard-like crystal in a predetermined direction at the tip of one probe made of metal or silicon.

金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。A method for generating a tip of a nanostructure, comprising: growing a carbon nanotube in a predetermined direction at the tip of a plurality of tips made of metal or silicon.

金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。A method for generating a probe tip of a nanostructure, comprising: growing a beard-like crystal in a predetermined direction at the tip of a plurality of probes made of metal or silicon.

請求項１、２、３又は４記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記探針の先鋭性を用いて、該探針の先端にのみ触媒を塗布することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。5. The method for generating a tip of a nanostructure according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein a catalyst is applied only to the tip of the probe using the sharpness of the probe. How to generate the tip of an object.

請求項１、２、３又は４記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記カーボンナノチューブや髭状結晶を成長させる際、前記探針が設けられている基板の法線方向もしくは前記探針の軸方向に電界をかけることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。5. The method according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein, when growing the carbon nanotube or the whisker-like crystal, a normal direction of a substrate provided with the probe or the probe. A method for generating a probe tip of a nanostructure, comprising applying an electric field in an axial direction of the needle.

請求項１、２、３又は４記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針を触媒に接触させ、高温に保持することによって触媒材料の探針先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において前記探針を高温に保持することによってカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。5. The method of claim 1, 2, 3, or 4, wherein the catalyst material is diffused to the probe tip by bringing the previously prepared probe into contact with the catalyst and maintaining the temperature at a high temperature. Then, the contacted catalyst is moved away, and the tip is kept at a high temperature in a gas containing silicon, carbon, or a compound thereof. A method for generating the tip of a structure.

請求項１、２、３又は４記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針を触媒に近接させ、液体中に保持し、電流を前記探針と液体の間に流すことによって触媒材料の探針先端への拡散やメッキを生じさせ、その後、近接させた触媒を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において前記探針を高温に保持することによってカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。5. The method of claim 1, 2, 3 or 4, wherein a probe made in advance is brought close to a catalyst, held in a liquid, and an electric current flows between the probe and the liquid. This causes diffusion and plating of the catalyst material to the tip of the probe, and then moves away the close catalyst, and keeps the probe at a high temperature in a gas containing silicon, carbon, or a compound thereof. A method for generating a tip of a nanostructure, characterized by causing growth of a whisker-like crystal.

請求項１、２、３又は４記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針と触媒の間に電流を流すことによって触媒材料の探針先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において前記探針を高温に保持することによってカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。The method for generating a nanostructured probe tip according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein a current is caused to flow between the previously prepared probe and the catalyst to cause diffusion of the catalyst material to the probe tip, Thereafter, the contacted catalyst is moved away, and the tip is kept at a high temperature in a gas containing silicon, carbon, or a compound thereof, thereby causing growth of carbon nanotubes or beard-like crystals. Probe tip generation method.

請求項１、２、３又は４記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、あらかじめ作製した探針を触媒に接触させ、その際、探針先端近傍の結晶面を考慮することにより、特定の面の法線方向にカーボンナノチューブや髭状結晶の成長を生じさせることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。5. The method for generating a tip of a nanostructure according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the probe is prepared by contacting a previously prepared probe with a catalyst and taking into account a crystal plane near the tip of the probe. Characterized in that carbon nanotubes and whiskers grow in the normal direction of the surface of (1).

請求項５、６、７、９又は１０記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記触媒を加熱して作用を高めることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。11. The method according to claim 5, 6, 7, 9 or 10, wherein the catalyst is heated to enhance the action.

（ａ）チャンバーと、
（ｂ）探針加熱手段と、
（ｃ）触媒の設定手段と、
（ｄ）前記触媒と探針間に印加される電界印加手段と、
（ｅ）カンチレバー移動手段とを具備することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成装置。(A) a chamber;
(B) probe heating means;
(C) catalyst setting means;
(D) an electric field applying means applied between the catalyst and the probe;
(E) An apparatus for generating a probe tip of a nanostructure, comprising: a cantilever moving means.

請求項１２記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記カンチレバー移動手段は、カンチレバー上下移動機構であることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成装置。13. The apparatus according to claim 12, wherein the cantilever moving means is a cantilever vertical movement mechanism.

請求項１２記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記カンチレバー移動手段は、カンチレバー上下左右移動機構であることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成装置。13. The apparatus according to claim 12, wherein the cantilever moving means is a cantilever up / down / left / right moving mechanism.

請求項１４記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記探針と触媒間に電流を流す電源を具備することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成装置。15. The nanostructure tip generation device according to claim 14, further comprising a power supply for supplying a current between the probe and a catalyst.

請求項１２、１３、１４又は１５記載のナノ構造物の探針先端生成装置において、前記触媒を加熱して作用を高める触媒加熱用電流源を具備することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成装置。16. The nanostructure probe tip generating device according to claim 12, further comprising a catalyst heating current source for heating the catalyst to enhance the action. Advanced generation device.

（ａ）チャンバーと、
（ｂ）触媒基板と、
（ｃ）該触媒基板の近傍に設定される探針と、
（ｄ）前記触媒基板と探針の先端を浸す液体と、
（ｅ）前記触媒基板と探針間に印加される電圧源とを具備することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成装置。(A) a chamber;
(B) a catalyst substrate;
(C) a probe set near the catalyst substrate;
(D) a liquid for immersing the catalyst substrate and the tip of the probe,
(E) An apparatus for generating a probe tip of a nanostructure, comprising: the catalyst substrate; and a voltage source applied between the probe and the probe.