量子・ナノサイズ電子工学時代 Ⅲ

  

  

   

 　　  世界はオープンであればあるほどいいというのが僕たちの考えです。
                  情報が多ければ多いほどよい選択ができ、世の中に大きなインパクトを与えられます。

                                                                                              マーク・ザッカーバーグ

                                                                                                

 【量子・ナノサイズ電子工学時代 Ⅲ：テッペンを取りに行く】 


米国特許申請を調べていると、村上春樹の『羊をめぐる冒険』に登場する翻訳家の台詞を思い出すほど
だ。そのことはさておいて、下図の新規技術について概説する。表題は「CdTe / CDS / ZnSのコア/シェ
ル（核）/シェル（殻）なそのナノ結晶とのコーティング」、つまりその製造方法、さらに、生物医学
に使用する細胞中検体のセンサ、フォトニックアプリケーション、電界効果トランジスタの製造」と長
々しい。特に、CdTeのコアをもつナノ結晶を提供し、コア上にコーティングしたCdSのナノ結晶は、約
６５０ナノメータmから９００ナナ光ルミネセンス（発光現象）の極大するCdS／ZnSコアの被覆に関す
る新規技術を掲載してみた。
（US9202867 Nanocrystals containing CdTe core with CdS and ZnS coatings)。

●　技術背景

（１）ナノワイヤ

励起子ボーア半径以下の極薄径の半導体ナノワイヤ（ナノワイヤ）、マジック・サイズ（すなわち、２
ナノメーの直径をもつが、得意な量子閉じ込め効果の量子コンダクタンス――バリスティック伝導、低熱伝導率、
増大した表面積特性、熱電装置、センサー、触媒などのナノデバイスや潜在的な原子球面マジックサイズの半導
体クラスタ（または超小型ナノ結晶種々の技術で製造されてきたが、マジックサイズの直径をもつ極薄半導体ナ
ノワイヤの達成の困難を極めた。導体材料は、広く、レーザー、エレクトロルミネセンスデバイス、フラットパ
ネルディスプレイフィールドエミッタ、赤外線ウィンドウで使用されますそしてUV光検出器. ２ミクロン以下
の直径を持つ高品質のZnSのナノワイヤ（NW）の報告はない。

硫化亜鉛（ZnS）は、室温で３.６ eVでの直接バンドギャップと４０ミリeVでの大きな励起子結合エネ
ルギーの重要な半導体材料で、広く、レーザー、エレクトロルミネセンスデバイス、フラットパネルデ
ィスプレイ、フィールドエミッタ、赤外線窓、UV光検出器など使用されている。

ドーピングには、光学的、電子的、輸送、ピントロニクス特性は強力な制御法ができ、半導体の特性を
向上できる。 マンガン（Mn）をドープした亜鉛カルコゲナイド量子ドットは、CdSeの量子ドットの代替
として検討されている。また、鋭い励起子吸収ピーク――細かく調整可能な均一な直径、調整可能なレ
ベルピングレベル、高量子収量にの特徴をもち、高品質のマンガン（Mn）をドープしたZnS量子ドット合
成方法が求められている。

（２）量子ドット

コロイド量子ドット、または半導体ナノ結晶）ベースのナノテクノロジー分野では２大挑戦にある。その
１つがは、堅牢な非点滅量子ドットの実現、っもう１つは。単一粒子レベルで階層制御編成したナノアー
キテクチャな独自光学特性の異なる量子ドットの組み立てある。それのためのいくつかの課題が残ってい
える。


１）青から近赤外スペクトル範囲に調整可能な滅非点滅マルチカラー量子ドットの合成。。
２）生物学的イメージング用途使用でき、生体分子結合に、水溶性で非点滅動作な量子ドットの実現。
３）非点滅動作をのために、異なる組成と光学特性の非点滅QDの合成の研究。
４）量子ドット間の相互作用――蛍光エネルギー移動――の研究とバイオセンシング応用のナノデバイス
　の製造用プラットフォームを提供と、画像形成のアドレス指定のアーキテクチャの階層的なアセンブリ
　達成

（３） 量子シートとリボン

硫化鈴（SNS）は、重要なメイングループIV-VI族（IV＝Ge、Sn、Pb、VI＝ S、SE、TE）で、その狭いバン
ドギャップと豊富な電子・光学的特性に注目されている。SnSはまた、安価な自然豊かな、環境に優しい
――カドミウム、鉛、水銀を含まない――として知られている。理論計算は、SNSは、クリーンエネルギ
ー転換素子の組み込みに適した太陽エネルギーの効率的変化特性をもつ。そのほか、光導電性、光触媒、
ペルチェ効果の熱電冷却、熱電発電など近赤外光エレクトロニクスなどの多機能性を持ち、豊富な資源
量をもつナノ構造合成利用が可能だが、高品質のSNSナノ構造体合成は硫化鉛やセレン鉛特性と比して
課題も多い。

●　課題と解決

ここでまで、単結晶のZnSナノワイヤ合成とのZnSナノワイヤードープした高品質のウルツ鉱型（例えば、
マンガンをドープしたZnSナノワイヤー）の、簡単で高速、無触媒コロイド法を報告している。ZnS（2.5
ナノメーター）の励起子ボーア半径以下の1.2ナノで、大きなブルーシフトUV /可視励起子吸収スペクト
ル、表面欠陥状態優なルミネセンス発光スペクトルや幾何学的Ｘ線解析（XRD）パターンと極薄のZnSナ
ノワイヤの固有の性質に関連する異常特性を観察した。特に、緑色及び空気中で安定な塩の硝酸亜鉛は
ZnSのナノワイヤ合成の亜鉛源に使用でき。この前駆体は、化学的により安定し、可燃性ジエチル亜鉛
（毒物）を超える。

例えば、高品質のウルツ鉱型マンガンをドープした硫化亜鉛（ZnS）の量子ロッド（QRS）は細かく、例
えば、1.6〜5.6ナノメートルに調整可能で、あるいは0.18％から1.6％の範囲でマンガン（Mn）のドー
ピングレベルの直径に調製可能である。これは鋭い励起子吸収ピーク、微調整可能かつ均一な直径、45
5％までの高い量子収率で、高品質なマンガンドープしたコロイドZnS量子ロッド合成の初事例である。
また、マンガンドープ硫化亜鉛の量子ロッドは、調整可能なデュアルカラー（オレンジ、青）の排出と
フォトニックデバイスとバイオイメージングアプリケーションを創製可能で、明るい多（二次元・三光
子）励起発光を実証する。

また、得意な準安定相転移過程を経て形成した単結晶IV-VI族の硫化錫ナノリボンコロイド合成を示す。ナ
ノ正方形、ナノリボンの両端と二相中間の硫化錫ヘテロ構造に、そして純粋な斜方晶相の単結晶の硫化錫ナノ
リボンに、閃亜鉛鉱相の硫化錫ナノスフェアから明確な相転移を観察し。 さらに、単一のナノリボン系電界効果
トランジスタ（FET）性能改善に、元の有機オレイルアミンリガンドを置換に、単純な無機硫化水素リガンドを使用
する(攻略)。 

 

 

 

  

字数制限で掲載できずに残件扱いとなった。時宜をえて連続けいさいしていく。このように米国関連特許申請質
量が膨大であることをご理解いただければ幸甚である。
 

 

【我が家の焚書顛末記 Ⅲ】

最近おかしなことがつづいている。『水木しげるの遠野物語』も焚書処分寸前だったが、急な訃報、デ
ジタル（ファイル）化することになり残ることとなったが、今度は、「テッペンを取りに行く宣言」を
したのがはよいが、『量子・ナノサイズ工学時代』をこのブログでシリーズ化を掲載することになり、
フッ酸によるエッチング――例えば、わたし（たち）は、吸光度法で数ＰＰＭ能動（１リットル当たり
０.２ミリグラムの低濃度検出、あるいは不純物含まれていてもフーリエ変換吸光度法で検出の装置に
成功している――などのプロセス技術など半導体製造技術が頻繁に出てくるので、これも焚書寸前でデ
ジタル（ファイル）化することに決め、午後からその作業にかかるその図書とは上図（初版）の２０年
前の『半導体デバイス工程評価技術―ライフライム、ＤＬＴＳ評価を中心として』をデジタル化する作
業に入る。（定価？その当時で約７万円弱？）。しかしまだまだ焚書対象は尽ず滞蔵されている。