JPH048366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、炭化水素化合物と金属ハロゲン化物
を同時に熱分解することによつて層間に金属原子
を挿入する黒鉛層間化合物の合成方法に関するも
のである。

＜従来の技術とその問題点＞ 黒鉛層間化合物は、従来挿入物質を液相または
気相で黒鉛と接触させることにより、天然黒鉛ま
たは高配向黒鉛の層間に異種物質を挿入する方法
で合成されている。然しながら、この方法では挿
入される化学種は多くの場合融点が低くあるいは
また蒸気圧が比較的高く、層間への出入が容易な
場合に限定される。このため、従来の方法では得
られる黒鉛層間化合物は熱、水分、空気中の酸素
等に対して不安定であり、また挿入される金属元
素としては、アルカリ金属とアルカリ土類金属の
みが確認されているに過ぎない。黒鉛層間化合物
の異方性を利用した機能電子材料または機能素子
を実現するには、金属原子を層間に安定に固定さ
せて顕著なステージ構造を示す層間化合物を合成
する技術の確立が必要である。

＜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、熱分解炭素あるいは熱分解黒鉛の成長過程
で金属原子を黒鉛構造の層間に挿入し、空気中で
も安定で顕著なステージ構造を示す層間化合物を
合成する新規な製造技術を提供することを目的と
するものである。

＜発明の概要＞ 本発明は黒鉛層間化合物を合成するため、天然
または合成された高配向黒鉛に後から挿入すべき
物質を導入する方法に代えて炭化水素化合物と金
属ハロゲン化物の同時熱分解法を利用し、金属光
沢の炭素堆積物あるいは高配向熱分解炭素の形式
過程中に挿入すべき金属原子を一定量導入するこ
とにより、顕著なステージ構造を示す黒鉛層間化
合物を再現性よく合成するとともに双方の混合比
を制御することで該層間化合物のステージ数の制
御をも可能としたことを特徴とする。

＜実施例＞ 図面は本発明の１実施例に用いられる炭素層間
化合物生成装置のブロツク構成図である。黒鉛の
出発物質として使用される炭化水素化合物として
は芳香族化合物または不飽和化合物（例えばベン
ゼン、ビフエニル、アントラセン、ヘキサメチル
ベンゼン、アセチレン、１，２−ジブロモエチレ
ン、２−ブチン、ジフエニルアセチレン等）が望
ましく、一方挿入されるべき金属の出発物質とし
て使用される金属ハロゲン化物としては、四塩化
スズ、四塩化チタン、六フツ化タングステン、六
フツ化モリブデン、六フツ化クロム、六フツ化テ
クネチウム、四塩化バナジウム、六フツ化レニウ
ム等の比較的低融点のものが望ましい。これら２
種類の出発物質は、1000℃前後の反応温度で同時
に熱分解される。炭素層間化合物が形成される基
板としては、石英ガラス、シリコン、サフアイ
ア、炭化珪素（α形及びβ形）、窒化硼素、キツ
シユ黒鉛または高配向黒鉛等の単結晶を用い、約
1000℃の反応温度でも変質しない条件を満足しな
ければならない。

反応管への原料供給方法は常圧バブラー法また
は減圧法を用いる。いずれの方法でも後述する様
にそれぞれの原料の供給量及びその比を制御する
ことにより、顕著なステージング構造を示す炭素
層間化合物が得られ、ステージ数の制御も可能で
ある。常圧バブラー法ではキヤリアガスとして水
素またはアルゴンガスを使用する。図面は常圧バ
ブラー法を利用した装置構成を示しているが、こ
の装置で減圧CVD法を利用することもできる。
この場合には、炭素層間化合物の膜厚を常圧バブ
ラー法に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つたベンゼン及び
四塩化スズがそれぞれ収約されたバブル容器１及
び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及び四塩化スズを独立にバ
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へベンゼン分子及び四塩化チタン分子を
同時に給送する。この際、バブル容器１，１′内
の液体ベンゼン及び液体四塩化スズの温度を一定
に保持してアルゴンガス流量をバルブ５でそれぞ
れ独立に調節し、ベンゼン分子及び四塩化スズ分
子の反応管４内への供給量をそれぞれ一定制御す
る。一方、希釈ライン９よりアルゴンを流し、反
応管４へ給送されるベンゼン分子と四塩化スズ混
合ガスの数密度及び流速を最適化する。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が設置されており、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内の成長用基板は
約1000℃の温度に保持されている。

反応管４内に導入されたベンゼンと四塩化スズ
の混合ガスは、1000℃前後の温度に加熱されて、
それぞれのガスは同時に熱分解される。この際、
基板上に形成される炭素堆積物は、その成長過程
で反応雰囲気中の四塩化スズの熱分解により生じ
たスズ原子を取り込む結果、得られる炭素堆積物
はスズ原子の挿入された炭素層間化合物となる。

得られた炭素層間化合物は、Ｘ線回折実験によ
りスズ原子層をはさんだ炭素層間の距離が4.2Å
であることが確認された。

また、反応管４内に導入される四塩化スズの供
給量を変化させると、熱分解によつて生じるスズ
原子の数密度も変化するので、炭素層間内のスズ
原子層の周期（ステージング）の制御も可能であ
り、スズ原子層が最も密に詰まつた状態（第１ス
テージ）では、この炭素層間化合物は銀色に変化
することが確かめられた。またこの様にして得ら
れた層間化合物は、そのステージ構造が空気中に
放置されたままでも変化しないことが同様の方法
で確認された。

尚、層間化合物を形成する金属ハロゲン化物と
しては、四塩化スズ以外に四塩化チタンを使用し
ても同様の結果が得られた。

＜発明の効果＞ 以上の如く、本発明に係る炭素層間化合物の合
成法は、黒鉛の層状構造の層間に、種々の金属原
子を安定に挿入することを可能にし、またそのス
テージ数の制御も可能であるので、異方性を利用
した新規な機能電子材料を創出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の１実施例の説明に供する炭
素層間化合物生成装置のブロツク構成図である。 １，１′……バブル容器、２……アルゴンガス
制御系、３……ガラス管、４……反応管、６，９
……希釈ライン、７……試料台、８……加熱炉。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 芳香族化合物または不飽和化合物を反応系で
   熱分解させて基板上に金属光沢または高配向の炭
   素薄膜層を堆積させると同時に前記反応系で比較
   的低融点の金属ハロゲン化物を熱分解せしめるこ
   とにより、前記炭素薄膜層の層間に前記金属ハロ
   ゲン化物の金属原子を挿入することを特徴とする
   黒鉛層間化合物の合成法。