JPH0321518B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0321518B2 JPH0321518B2 JP60056478A JP5647885A JPH0321518B2 JP H0321518 B2 JPH0321518 B2 JP H0321518B2 JP 60056478 A JP60056478 A JP 60056478A JP 5647885 A JP5647885 A JP 5647885A JP H0321518 B2 JPH0321518 B2 JP H0321518B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- carbon
- reaction tube
- carbon thin
- benzene
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は、比較的低温の熱分解化学気相堆積法
（熱分解CVD法）により高配向性を有する黒鉛構
造を有する炭素薄膜を製造する方法に関し、特定
の炭化水素を出発物質とし、単結晶基板を用い
て、金属光沢を呈する一様平坦な炭素堆積物を基
板上に成長させる技術であつて、新規な機能素子
を創作する上で有用な基本材料製造技術を確立し
たものである。
（熱分解CVD法）により高配向性を有する黒鉛構
造を有する炭素薄膜を製造する方法に関し、特定
の炭化水素を出発物質とし、単結晶基板を用い
て、金属光沢を呈する一様平坦な炭素堆積物を基
板上に成長させる技術であつて、新規な機能素子
を創作する上で有用な基本材料製造技術を確立し
たものである。
＜従来の技術とその問題点＞
化学的に安定で、3000℃以上の高温まで相変態
せず、熱と電気の伝導性に関して著しい異方性を
有する黒鉛に人工合成には、通常長期間に亘る高
温高圧の製造プロセスが必要とされた。例えば、
メタン出発物質とする場合には高温（約2000℃以
上）で熱分解しさらに高配向化する目的で高温高
圧下での熱処理が用いられている。出発物質とし
て特殊な有機化合物を用い、脱水素反応、脱ハロ
ゲン化水素反応、脱炭酸反応、脱水反応等を利用
した炭素薄膜の形成法も度々用いられている。し
かしながらこの場合、炭素堆積物の高配向化が得
られず機能材料または機能素子を実現するところ
までは至つていない。高分子繊維を高温処理する
ことにより繊維状炭素を得る方法も古くから知ら
れている。この方法では、得られる材料は、構造
材料への応用については既に考えられているもの
の物理的性質が不安定で再現性が得られないため
電気的及び熱的特性（異法性）を利用した機能材
料または機能素子への応用は困難である。
せず、熱と電気の伝導性に関して著しい異方性を
有する黒鉛に人工合成には、通常長期間に亘る高
温高圧の製造プロセスが必要とされた。例えば、
メタン出発物質とする場合には高温（約2000℃以
上）で熱分解しさらに高配向化する目的で高温高
圧下での熱処理が用いられている。出発物質とし
て特殊な有機化合物を用い、脱水素反応、脱ハロ
ゲン化水素反応、脱炭酸反応、脱水反応等を利用
した炭素薄膜の形成法も度々用いられている。し
かしながらこの場合、炭素堆積物の高配向化が得
られず機能材料または機能素子を実現するところ
までは至つていない。高分子繊維を高温処理する
ことにより繊維状炭素を得る方法も古くから知ら
れている。この方法では、得られる材料は、構造
材料への応用については既に考えられているもの
の物理的性質が不安定で再現性が得られないため
電気的及び熱的特性（異法性）を利用した機能材
料または機能素子への応用は困難である。
＜発明の目的＞
本発明は上記従来の現状に鑑みてなされたもの
であり、異方性を利用した機能材料または機能素
子の実現を可能とするために、高配向性を有する
結晶性の良好な雇鉛構造を有する炭素薄膜を比較
的低温で製造するための方法を提供することを目
的とする。
であり、異方性を利用した機能材料または機能素
子の実現を可能とするために、高配向性を有する
結晶性の良好な雇鉛構造を有する炭素薄膜を比較
的低温で製造するための方法を提供することを目
的とする。
＜発明の概要＞
本発明の黒鉛構造を有する炭素薄膜の製造方法
は、芳香族炭化水素または不飽和炭化水素を出発
物質とし、基板として単結晶基板を用い、比較的
低温の熱分解化学気相堆積法により炭素薄膜を製
造することを特徴とする。
は、芳香族炭化水素または不飽和炭化水素を出発
物質とし、基板として単結晶基板を用い、比較的
低温の熱分解化学気相堆積法により炭素薄膜を製
造することを特徴とする。
＜実施例＞
第１図は本発明の１実施例に用いられる炭素薄
膜生成装置のブロツク構成図である。
膜生成装置のブロツク構成図である。
出発物質としては炭化水素化合物を用いること
ができるが、芳香族炭化水素または不飽和炭化水
素を用いるのが望ましく、これらは約1000℃で熱
分解される。
ができるが、芳香族炭化水素または不飽和炭化水
素を用いるのが望ましく、これらは約1000℃で熱
分解される。
具体的な炭化水素名としては、ベンゼン、ビフ
エニル、アントラセン、ヘキサメチルベンゼン、
1.2−ジブロモエチレン、２−ブチン、アセチレ
ン、ジフエニルアセチレン等がある。使用した炭
化水素の種類によつて、後述する反応管への供給
方法バブラー法、蒸発法または昇華法等を用い、
毎時数ミリモル以下の一定の供給量に制御され
る。この一定量は、出発物質の種類に強く依存す
る。この一定値以上に供給量を設定するとスス状
炭素堆積物が生成されることになる。
エニル、アントラセン、ヘキサメチルベンゼン、
1.2−ジブロモエチレン、２−ブチン、アセチレ
ン、ジフエニルアセチレン等がある。使用した炭
化水素の種類によつて、後述する反応管への供給
方法バブラー法、蒸発法または昇華法等を用い、
毎時数ミリモル以下の一定の供給量に制御され
る。この一定量は、出発物質の種類に強く依存す
る。この一定値以上に供給量を設定するとスス状
炭素堆積物が生成されることになる。
炭素薄膜が生成される単結晶基板としては、シ
リコン、サフアイヤ炭化珪素（α形及びβ形）、
窒化硼素、キツシユ黒鉛、高配向黒鉛等を用い、
約1000℃の反応温度で変質しない条件を満足しな
ければならない。バブラー法では水素好ましくは
アルゴンをキヤリアガスとして使用する。第１図
はバブラー法を利用した装置構成を示している。
またこの装置では減圧CVDを行うこともできる。
この場合には炭素堆積層の膜厚を、常圧CVDの
場合と比べてより均一に実現することが可能であ
る。
リコン、サフアイヤ炭化珪素（α形及びβ形）、
窒化硼素、キツシユ黒鉛、高配向黒鉛等を用い、
約1000℃の反応温度で変質しない条件を満足しな
ければならない。バブラー法では水素好ましくは
アルゴンをキヤリアガスとして使用する。第１図
はバブラー法を利用した装置構成を示している。
またこの装置では減圧CVDを行うこともできる。
この場合には炭素堆積層の膜厚を、常圧CVDの
場合と比べてより均一に実現することが可能であ
る。
以下、製造工程に従つて説明する。
真空蒸留による精製操作を行なつたベンゼンが
収納されたバブル容器１内にアルゴンガス制御系
２よりアルゴンガスを供給してベンゼンをバブル
させ、パイレツクスガラス管３を介して石英反応
管４へベンゼン分子を給送する。この際バブル容
器１内の液体ベンゼンの温度を一定に保持してア
ルゴンガス流量をバブル５で調節し、ベンゼン分
子の反応管４内への供給量を毎時ミリモルに一定
制御する。一方、希釈ライン６よりアルゴンガス
を流し、反応管４へ給送される直前のガラス管３
内におけるアルゴンガス中のベンゼン分子数密度
を最適化する。反応管４には前述したシリコン等
の単結晶から成る成長用基板の載置された試料台
７が配設されており反応管４の外周囲には加熱炉
８が設けられている。この加熱炉８によつて反応
管４の成長用基板は約1000℃の温度に保持されて
いる。ベンゼン分子が反応管４内に給送されると
ベンゼン分子は反応管４内で熱分解し、成長用基
板上には金属光沢の炭素堆積物が生成される。ま
た反応管４の後方には白色板状の結晶性副生成物
が生じる。これはビフエニールであることが赤外
吸収スペクトル、DSC、ガスクロマトグラフに
より確認された。反応管４内のガスは排気パイプ
９を介して排気系１０へ導出され、反応管４から
除去される。
収納されたバブル容器１内にアルゴンガス制御系
２よりアルゴンガスを供給してベンゼンをバブル
させ、パイレツクスガラス管３を介して石英反応
管４へベンゼン分子を給送する。この際バブル容
器１内の液体ベンゼンの温度を一定に保持してア
ルゴンガス流量をバブル５で調節し、ベンゼン分
子の反応管４内への供給量を毎時ミリモルに一定
制御する。一方、希釈ライン６よりアルゴンガス
を流し、反応管４へ給送される直前のガラス管３
内におけるアルゴンガス中のベンゼン分子数密度
を最適化する。反応管４には前述したシリコン等
の単結晶から成る成長用基板の載置された試料台
７が配設されており反応管４の外周囲には加熱炉
８が設けられている。この加熱炉８によつて反応
管４の成長用基板は約1000℃の温度に保持されて
いる。ベンゼン分子が反応管４内に給送されると
ベンゼン分子は反応管４内で熱分解し、成長用基
板上には金属光沢の炭素堆積物が生成される。ま
た反応管４の後方には白色板状の結晶性副生成物
が生じる。これはビフエニールであることが赤外
吸収スペクトル、DSC、ガスクロマトグラフに
より確認された。反応管４内のガスは排気パイプ
９を介して排気系１０へ導出され、反応管４から
除去される。
四塩化炭素と二臭化メタンの混合溶液を使用し
た浮遊法を用いて得られた炭素堆積物の密度測定
を行なつた。その結果、該炭素堆積物の薄膜は密
度α＝2.1±0.1ｇ／cm2なる値が得られた。また赤
外線吸収実験によれば炭素堆積物中には−CH、
−CH2、−CH3の存在に基く吸収は見られないこ
とが判明した。
た浮遊法を用いて得られた炭素堆積物の密度測定
を行なつた。その結果、該炭素堆積物の薄膜は密
度α＝2.1±0.1ｇ／cm2なる値が得られた。また赤
外線吸収実験によれば炭素堆積物中には−CH、
−CH2、−CH3の存在に基く吸収は見られないこ
とが判明した。
第２図にシリコン単結晶基板上に上記方法によ
り堆積された炭素薄膜表面のRHEEDパターンの
概略図を示す。図中、（002）、（004）、（006）は黒
鉛結晶の面指数を表わしており、回折パターンは
スポツトとなり、第３図に示す基板に石英、出発
物質にメタンを用いて上記同様にして堆積された
従来の炭素薄膜に比べて非常に良好なＣ軸配向性
が有していることがわかつた。
り堆積された炭素薄膜表面のRHEEDパターンの
概略図を示す。図中、（002）、（004）、（006）は黒
鉛結晶の面指数を表わしており、回折パターンは
スポツトとなり、第３図に示す基板に石英、出発
物質にメタンを用いて上記同様にして堆積された
従来の炭素薄膜に比べて非常に良好なＣ軸配向性
が有していることがわかつた。
反応管４内に導入されたベンゼン分子は1000℃
前後の温度に加熱されて熱分解し、順次成長用基
板上に成長形成される。この場合、成長される炭
素薄膜は成長用基板の結晶性を受け継いで良好な
結晶性を有する薄膜となり、さらに、ベンゼンは
黒鉛と同じ六員環構造を有しているために、従来
に比べて低い温度で高配向化が達成される。また
反応管４内に導入されるベンゼン分子の量は一定
に制御されているため、成長用基板に形成された
炭素堆積物の膜厚は均一となり結晶性の向上と相
俟つて金属光沢や鏡面を呈する薄膜が得られる。
前後の温度に加熱されて熱分解し、順次成長用基
板上に成長形成される。この場合、成長される炭
素薄膜は成長用基板の結晶性を受け継いで良好な
結晶性を有する薄膜となり、さらに、ベンゼンは
黒鉛と同じ六員環構造を有しているために、従来
に比べて低い温度で高配向化が達成される。また
反応管４内に導入されるベンゼン分子の量は一定
に制御されているため、成長用基板に形成された
炭素堆積物の膜厚は均一となり結晶性の向上と相
俟つて金属光沢や鏡面を呈する薄膜が得られる。
＜発明の効果＞
本発明の芳香族炭化水素または不飽和炭化水素
を出発物質とし、基板として単結晶基板を用いる
方法によれば、芳香族炭化水素または不飽和炭化
水素を出発物質とすることによる効果と単結晶基
板を用いることによる効果によつて、結晶性の良
い、高い配向性を有する異方性の黒鉛構造を有す
る炭素薄膜を比較的低温で製造することができ
る。これにより、機能電子材料への応用を促進さ
せることが期待される。
を出発物質とし、基板として単結晶基板を用いる
方法によれば、芳香族炭化水素または不飽和炭化
水素を出発物質とすることによる効果と単結晶基
板を用いることによる効果によつて、結晶性の良
い、高い配向性を有する異方性の黒鉛構造を有す
る炭素薄膜を比較的低温で製造することができ
る。これにより、機能電子材料への応用を促進さ
せることが期待される。
第１図は本発明の１実施例の説明に供する炭素
薄膜生成装置のブロツク構成図、第２図は実施例
による炭素薄膜表面のRHEEDパターンの概略
図、第３図は従来の炭素薄膜表面のRHEEDパタ
ーンの概略図である。 １……ベンゼン容器、２……アルゴンガス制御
系、３……ガラス管、４……反応管、６……希釈
ライン、７……試料台、８……加熱炉。
薄膜生成装置のブロツク構成図、第２図は実施例
による炭素薄膜表面のRHEEDパターンの概略
図、第３図は従来の炭素薄膜表面のRHEEDパタ
ーンの概略図である。 １……ベンゼン容器、２……アルゴンガス制御
系、３……ガラス管、４……反応管、６……希釈
ライン、７……試料台、８……加熱炉。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 芳香族炭化水素または不飽和炭化水素を出発
物質とし、基板として単結晶基板を用いて、上記
炭化水素を低温熱分解することにより、 上記単結晶基板上に化学気相堆積法により炭素
薄膜を形成することを特徴とする黒鉛構造を有す
る炭素薄膜の製造方法。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60056478A JPS61222989A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 黒鉛構造を有する炭素薄膜の製造方法 |
| EP88113145A EP0305790B1 (en) | 1985-03-20 | 1986-03-20 | Production of graphite intercalation compound and doped carbon films |
| DE8686103833T DE3678030D1 (de) | 1985-03-20 | 1986-03-20 | Herstellung von kohlenstoffschichten. |
| EP86103833A EP0201696B1 (en) | 1985-03-20 | 1986-03-20 | Production of carbon films |
| DE8888113145T DE3687529T2 (de) | 1985-03-20 | 1986-03-20 | Herstellung von graphiteinlagerungsverbindung und gedopte carbonfilme. |
| US07/190,353 US4946370A (en) | 1985-03-20 | 1988-05-05 | Method for the production of carbon films having an oriented graphite structure |
| US07/344,961 US5049409A (en) | 1985-03-20 | 1989-04-28 | Method for metal or metal compounds inserted between adjacent graphite layers |
| US07/706,006 US5273778A (en) | 1985-03-20 | 1991-05-28 | Method for producing graphite intercalation compound |
| US08/051,441 US5404837A (en) | 1985-03-20 | 1993-04-22 | Method for preparing a graphite intercalation compound having a metal or metal compounds inserted between adjacent graphite layers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60056478A JPS61222989A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 黒鉛構造を有する炭素薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61222989A JPS61222989A (ja) | 1986-10-03 |
| JPH0321518B2 true JPH0321518B2 (ja) | 1991-03-22 |
Family
ID=13028201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60056478A Granted JPS61222989A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 黒鉛構造を有する炭素薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61222989A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927753B2 (ja) * | 1981-11-25 | 1984-07-07 | 科学技術庁無機材質研究所長 | ダイヤモンドの合成法 |
-
1985
- 1985-03-20 JP JP60056478A patent/JPS61222989A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61222989A (ja) | 1986-10-03 |
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