JPH0526536B2 - - Google Patents

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JPH0526536B2
JPH0526536B2 JP60084930A JP8493085A JPH0526536B2 JP H0526536 B2 JPH0526536 B2 JP H0526536B2 JP 60084930 A JP60084930 A JP 60084930A JP 8493085 A JP8493085 A JP 8493085A JP H0526536 B2 JPH0526536 B2 JP H0526536B2
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JP
Japan
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gas
compound particles
vacuum
sno
producing ultrafine
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JP60084930A
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JPS61242631A (ja
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Hirotane Ikeda
Tadashi Hatsutori
Minoru Oota
Shinichi Konakano
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/14Methods for preparing oxides or hydroxides in general
    • C01B13/20Methods for preparing oxides or hydroxides in general by oxidation of elements in the gaseous state; by oxidation or hydrolysis of compounds in the gaseous state
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation

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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、低圧の反応性ガス中で材料を蒸発さ
せ、蒸気とガスの反応により化合物超微粒子を作
製する方法および装置に関するものである。
[従来技術] 真空容器内で材料を加熱し蒸発せしめるととも
に容器内に反応性ガスを導入し、蒸気とガスとを
反応せしめることにより化合物超微粒子が得られ
る。例えば錫(Sn)を蒸発させ酸素(O2)と反
応させて酸化第2錫(SnO2)の超微粒子を生成
し、これを真空容器内に設けた基板面に付着せし
めて超微粒子膜を形成することが行なわれてお
り、この超微粒子はガスセンサの感ガス素子とし
て用いられる。
しかしながら、この超微粒子作製方法の一つの
問題点は蒸気とガスとが完全に反応せず未反応の
超微粒子が副生成することである。例えば上記
SnO2超微粒子作製の場合、SnとO2の反応が不十
分であるため酸化第1錫(SnO)超微粒子が副生
成する。
そこでSnOの生成をなくする対策として、生成
したSnO2とSnOの混合超微粒子を酸素を含む雰
囲気中で熱処理することによりSnOをSnO2に変
換する手段が提案されているが、工程が増加する
他に、熱処理によつて粒成長が起り、粒子が粗大
化するという問題がある。更に熱処理により基板
等が障害を受ける。例えば基板にSnO2超微粒子
膜を形成してガスセンサを構成する場合、基板
や、その他電極、センサを集積化する場合に半導
体素子が熱影響を受け、センサの信頼性を低下せ
しめるおそれがある。
またSnとO2の反応性を高めるために、高周波
電力を用いてO2を励起状態にしてSnと反応させ
る方法も提案されている。しかしながら、この方
法では1tprrのO2中でSnを蒸発させた場合、生成
した超微粒子中に含まれるSnO2の割合は最高で
70%弱である。
[本発明が解決しようとする問題点] 本発明は上記の実情に鑑みてなれたもので、処
理工程を増すことなく、副生成物を含まない化合
物超微粒子を生成せしめる方法およびその方法を
実施する装置を提供し、もつて上記従来の問題点
を解決することを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] 真空容器のガス中で材料を蒸発させた場合、材
料の蒸気が存在するのは熱源から数mmの距離範囲
にあり、反応はこの範囲内で起る。本発明は、こ
の反応領域内へガスを強制的に供給し、反応領域
の中心側から外周へ向うガスの流れを作ることに
より、上記の目的を達成するものである。そして
上記のようにガスを供給する手段としては、ガス
導入パイプのガス噴出口を上記反応領域の中心部
ないしその近傍に位置せしめるものである。
[作用] 材料の蒸発とガスの反応性が不足する原因は、
局所的に、蒸発物質の原子数に対しガスの分子数
が不足することにある。
発明者らの実験によれば、真空ガス容器内で蒸
発源たるボートによりSnを加熱して蒸発せしめ
てO2ガスと反応させ、生成された化合物超微粒
子をボートの真上の位置に設けた基板に付着させ
て超微粒子膜を形成した場合、第8図に示すよう
に基板の中心部においてSnO2含有量がもつとも
少なく、外方へ向つてSnO2含有量が増加するこ
とを見出した。
この減少は次のような理由によるものと認め
た。即ち第9図に示すようにボートで加熱された
Sn材料が蒸発し始めると、Sn原子とO2分子が衝
突して反応する反応領域に存在するO2は消費さ
れる。O2が消費された後はSnの蒸発量が多いた
め雰囲気中のO2が反応領域に入り込めない状態
となり、対流となつて上昇する。また反応領域内
に入り込もうとするO2も領域の中心部分に達す
る前にSnによつて消費される。かくして反応領
域の中心部ほどO2が不足した状態となり、Sn+
1/2O2→SnOなる反応が起りやすくなる。
本発明は上記の知見に基づくものであり、ガス
が不足する反応領域内の中心部およびその近傍へ
ガスを強制的に送り込み、領域の中心から外部へ
向かうガスの流れを生じせしめることで蒸発物質
とガスとを完全に反応せしめ、副生成物を含まな
い目的とする化合物超微粒子のみを生成せしめる
ことに成功したのである。
[実施例] 第1図に示すように、ベルジヤー1A、フイー
ドスルーカラー1B、ベースプレート1Cにより
真空容器1を構成する。真空容器1内には容器外
の電源3に接続する銅製の電極2a,2bがベー
スプレート1Cに絶縁材を介して設置してあり、
その先端に蒸発源たるタングステン製のボート4
が支持せしめてある。ボート4は蒸発せしめるべ
き材料Snを保持する。
ベースプレート1Cには真空ポンプ6に接続し
たバキユームパイプ5が開口せしめてある。バキ
ユームパイプ5にはバキユームバルブ7が取付け
てあつて、これを開閉することにより容器1内を
10-6 tprr程度の真空度とすることができる。
フイードスルーカラー1Bにはガス導入パイプ
8が気密に挿通してあり、その大気側にはガス導
入バルブ9が取付けてあり、導入ガス流量を任意
に変えることができる。ガス導入パイプ8の容器
内のガス噴書口81は、ボート4の中央約2cmの
直上に位置し、上方に開口している。
フイードスルーカラー1Bにはまた、容器1内
の圧力をモニターする真空計10が取付けてあ
る。容器1内にはボート4の上方位置に冷却され
た基板11が支持せしめてある。
真空ポンプ6をオンし、バキユームバルブ7を
開き、真空容器1内を10-6 tprr程度の真空にした
後、バキユームバルブを閉じる。ガス導入バルブ
9を開き、容器1内が所定圧力、例えば1tprrにな
るまでO2を導入する。1tprrとなつた後、バルブ9
を閉じる。電源3をオンし、ボート4に通電す
る。ボート4の加熱によりSnが蒸発し始めると
O2が消費されて容器1内の圧力が低下する。こ
の圧力を真空計10によりモニターしながらバル
ブ9の開度を調整し、圧力が1tprrを維持するよう
にO2の流量を制御し、O2をガス導入パイプ8の
噴出口81から材料Snの直上へ直接供給する。
上記噴出口1がその中心近傍に位置する反応領
域で、蒸発したSnとO2が反応してSnO2超微粒子
が生成され、該超微粒子はO2ガスの対流に乗つ
て上昇し、基板11に付着する。
第7図に本装置により得られた超微粒子中の
SnO2含有量を示す。O2圧力1tprr以上で、副生成
物(SnO)を伴わない完全なSnO2超微粒子を得
ることができる。
ガス導入パイプ8のガス噴出口81は上記実施
例に限らず種々の構造とすることができる。
材料がボート4上に広がりをもつて置かれてお
り、反応領域が広くなる場合には、第2図に示す
ように多数の小孔82を有するノズル状とし、ガ
スを広範囲に均一に噴出させるのが効果的であ
る。また蒸発が不均一に起こる場合には、それに
対応して第3図に示すように大きさの異なる小孔
83,84を設けるのが有効である。また、反応
領域がボート4に極めて近接している場合は、第
4図に示すようにパイプ8の噴出口81をボート
4に向けるとよい。また第5図にに示すように噴
出口81をボート4の下部に位置せしめてもよ
い。更に、複数のガス導入パイプを設け、例えば
第6図に示すように、パイプ8aによりボート4
の上方から、パイプ8bによりボート4の下方か
らガスを噴出せしめてもよい。
蒸発せしめる材料はSnに限らず蒸発可能な他
の材料を用いることができる。またガスはO2
限らず窒化物超微粒子を作製する場合にはNH3
等を、炭化物超微粒子の場合にはCH4等を用いる
ことができる。
蒸発源については、上記実施例に限らず、るつ
ぼ型のものを用いてもよいし、加熱には高周波誘
導加熱等の手段を用いてもよい。
本発明によれば、従来の方法に比べ工数やコス
ト増をきたすことなく、副生成物を含まない化合
物超微粒子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例を示す図、第2
図、第3図、第4図、第5図、第6図はそれぞれ
本発明装置に用いるガス導入パイプの開口の構造
を示す図、第7図は本発明の効果に関する実験結
果を示す図、第8図は従来の装置を用いた場合の
超微粒子中のSnO2含有量の分布を示す図、第9
図は従来の装置を用いた場合の超微粒子生成機構
のモデル図である。 1……真空容器、2a,2b……電極、4……
蒸発源、5……バキユームパイプ、8……ガス導
入パイプ、81……ガス噴出口、82,83……
小孔、11……基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 低圧の反応性ガス中で材料を蒸発させ、ガス
    と材料の蒸気とを反応せしめて化合物超微粒子を
    作製する方法において、ガスと蒸気との反応領域
    の中心部ないしその近傍位置にガスを強制的に送
    給し、反応領域の中心側から外周方向へのガス流
    を生ぜしめることを特徴とする化合物超微粒子の
    作製方法。 2 真空容器と、真空容器中に設け材料を加熱し
    て蒸発せしめる蒸発源と、真空容器内へ反応性ガ
    スを供給するガス導入パイプを備え、ガス導入パ
    イプのガス噴出口を、ガスと材料の蒸気との反応
    領域の中心部ないしその近傍に位置せしめたこと
    を特徴とする化合物超微粒子の作製装置。 3 上記噴出口を複数の小孔を有するノズルとし
    た特許請求の範囲第2項記載の化合物超微粒子の
    作製装置。
JP60084930A 1985-04-20 1985-04-20 化合物超微粒子の作製方法および作製装置 Granted JPS61242631A (ja)

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