JPH06183710A - 炭素系化合物素子 - Google Patents
炭素系化合物素子Info
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- JPH06183710A JPH06183710A JP3254461A JP25446191A JPH06183710A JP H06183710 A JPH06183710 A JP H06183710A JP 3254461 A JP3254461 A JP 3254461A JP 25446191 A JP25446191 A JP 25446191A JP H06183710 A JPH06183710 A JP H06183710A
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- doping
- sample
- shutter
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は炭素クラスターＣ60（フラーレン）
等のフラーレン構造を持ち一般式Ｃ2n（ｎは自然数）で
表される炭素材料を電子素子の原料として用いることを
目的とするものである。 【構成】 フラーレン構造を持つ炭素材料にアルカリ金
属元素、アルカリ土類金属元素、ハロゲン元素、希土類
元素、Ｔｌ、Ｔａ，またはアルカリ金属元素、アルカリ
土類金属元素、ハロゲン元素、希土類元素、Ｔｌ、Ｔａ
の混合物をドープして作製した半導体、伝導体または超
伝導体を用いている炭素化合物素子を炭素薄膜でコーテ
ィングした構成。
等のフラーレン構造を持ち一般式Ｃ2n（ｎは自然数）で
表される炭素材料を電子素子の原料として用いることを
目的とするものである。 【構成】 フラーレン構造を持つ炭素材料にアルカリ金
属元素、アルカリ土類金属元素、ハロゲン元素、希土類
元素、Ｔｌ、Ｔａ，またはアルカリ金属元素、アルカリ
土類金属元素、ハロゲン元素、希土類元素、Ｔｌ、Ｔａ
の混合物をドープして作製した半導体、伝導体または超
伝導体を用いている炭素化合物素子を炭素薄膜でコーテ
ィングした構成。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素クラスターＣ60等
のようにフラーレン構造を有し、さらに一般式Ｃ2n（ｎ
は自然数）で表される炭素材料を用いて作製する、ｐ型
半導体、ｎ型半導体、導電体または超伝導体に関する。
のようにフラーレン構造を有し、さらに一般式Ｃ2n（ｎ
は自然数）で表される炭素材料を用いて作製する、ｐ型
半導体、ｎ型半導体、導電体または超伝導体に関する。
【０００２】加えて、本発明は、炭素クラスターＣ60等
のＣ2n（ｎは自然数）化合物を電子素子の材料として用
いる際に、該化合物の電気的特性の長期信頼性を落とす
ことなく電子素子を用いる方法に関する。
のＣ2n（ｎは自然数）化合物を電子素子の材料として用
いる際に、該化合物の電気的特性の長期信頼性を落とす
ことなく電子素子を用いる方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】従来より、ｐ型半導体、ｎ型半導体、導
電体、および超伝導体が様々な材料を用いて作製されて
いる。例えば、半導体は４族のＳｉ、Ｇｅなどが主に用
いられている。この様な半導体材料を利用してｎ型半導
体を作製するにはＮ（窒素）、Ａｓ（砒素）、Ｐ（リ
ン）、Ｓｂ（アンチモン）のような不純物（この場合は
ドナー）をドープし利用されている。また、ｐ型半導体
を作製するにはＢ（ボロン）、Ａｌ（アルミニウム）、
Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）のような不純物
（この場合はアクセプター）をドープし利用されてい
る。ｐ型およびｎ型半導体はドープ量を増すことによっ
て導電体に変わる半導体もあるが、大部分はドープ量を
増すことによって半導体構造が破壊されてしまう場合が
ある。
電体、および超伝導体が様々な材料を用いて作製されて
いる。例えば、半導体は４族のＳｉ、Ｇｅなどが主に用
いられている。この様な半導体材料を利用してｎ型半導
体を作製するにはＮ（窒素）、Ａｓ（砒素）、Ｐ（リ
ン）、Ｓｂ（アンチモン）のような不純物（この場合は
ドナー）をドープし利用されている。また、ｐ型半導体
を作製するにはＢ（ボロン）、Ａｌ（アルミニウム）、
Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）のような不純物
（この場合はアクセプター）をドープし利用されてい
る。ｐ型およびｎ型半導体はドープ量を増すことによっ
て導電体に変わる半導体もあるが、大部分はドープ量を
増すことによって半導体構造が破壊されてしまう場合が
ある。
【０００４】超伝導体として最近は酸化超伝導体がよく
知られている。これはイットリウムバリウム銅の酸化物
材料系がもっとも一般的であり、臨界温度Ｔｃが約９０
Ｋである。高温超伝導物質は正孔（ホール）をキャリア
としたｐ型の酸化物が大半を占めている。その他の超伝
導としては合金系が有名である。
知られている。これはイットリウムバリウム銅の酸化物
材料系がもっとも一般的であり、臨界温度Ｔｃが約９０
Ｋである。高温超伝導物質は正孔（ホール）をキャリア
としたｐ型の酸化物が大半を占めている。その他の超伝
導としては合金系が有名である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の半導体、導電
体、および超伝導体を用い電子素子を作製するとき、そ
れぞれ材料が違うため、それぞれを成膜させる方法が違
う。そのため、電子素子作製の行程が煩雑になってく
る。さらに、高温加熱（特に超伝導体であるＹＢＣＯ）
が作製行程で行われるため、限られたものに限られた方
法でしか用いることはできない。
体、および超伝導体を用い電子素子を作製するとき、そ
れぞれ材料が違うため、それぞれを成膜させる方法が違
う。そのため、電子素子作製の行程が煩雑になってく
る。さらに、高温加熱（特に超伝導体であるＹＢＣＯ）
が作製行程で行われるため、限られたものに限られた方
法でしか用いることはできない。
【０００６】さらに、これらの材料を複合化して、多機
能の電子素子、例えばハイブリッドＩＣ等を作製するこ
とを考えた場合作製方法に一貫性がないことや、加工ま
たは形成温度に差があることがその実現をさまたげるこ
とになっていた。
能の電子素子、例えばハイブリッドＩＣ等を作製するこ
とを考えた場合作製方法に一貫性がないことや、加工ま
たは形成温度に差があることがその実現をさまたげるこ
とになっていた。
【０００７】また、フラーレン構造を持つ Ｃ60にＫを
ドープすることにより、臨界温度１８Ｋである超伝導体
が作製されている。Ｋをドープした化合物はＫ3 Ｃ60と
なっている。測定結果の詳細はＮａｔｕｒｅ誌の１９９
１年４月１８日号に掲載されているが、このような、Ｃ
60等のフラーレン構造を持ち、かつ一般式Ｃ2n（ｎは自
然数）で表される材料を主として利用した半導体、導電
体、または超伝導体を実際に電子素子として用いるには
重要な問題点がある。前記のＣ60等のフラーレン構造の
炭素材料にドープを施すことによって得られた半導体、
導電体、または超伝導体は、空気中では不安定であるた
め容易に自己分解し、絶縁体になってしまう可能性があ
り、この材料単体の状態では使用が困難である。特に、
本問題点はアルカリ金属をこの炭素材料中にド─プした
ときに顕著である。
ドープすることにより、臨界温度１８Ｋである超伝導体
が作製されている。Ｋをドープした化合物はＫ3 Ｃ60と
なっている。測定結果の詳細はＮａｔｕｒｅ誌の１９９
１年４月１８日号に掲載されているが、このような、Ｃ
60等のフラーレン構造を持ち、かつ一般式Ｃ2n（ｎは自
然数）で表される材料を主として利用した半導体、導電
体、または超伝導体を実際に電子素子として用いるには
重要な問題点がある。前記のＣ60等のフラーレン構造の
炭素材料にドープを施すことによって得られた半導体、
導電体、または超伝導体は、空気中では不安定であるた
め容易に自己分解し、絶縁体になってしまう可能性があ
り、この材料単体の状態では使用が困難である。特に、
本問題点はアルカリ金属をこの炭素材料中にド─プした
ときに顕著である。
【０００８】
【問題を解決するための手段】本願は上記問題点を解決
するものであり、フラーレン構造を有し、一般式Ｃ
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料中にアルカリ金属
元素（Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、アルカリ土類金属元素
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ハロゲン元素（Ｆ、Ｃ
ｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ）、希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ
など）、Ｔｌ、Ｔａ、またはアルカリ金属元素（Ｎａ、
Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、アルカリ土類金属元素（Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ハロゲン元素（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、
Ｉ、Ａｔ）、希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなど）、Ｔ
ｌ、Ｔａの混合物を不純物としてドープすることによ
り、ｐ型半導体特性、ｎ型半導体特性、導電体特性また
は超伝導特性を発現する炭素系化合物素子を実現し、こ
れにより、作製プロセス温度の低温化、簡略化ならびに
作製工程の統一化を行なうものであります。
するものであり、フラーレン構造を有し、一般式Ｃ
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料中にアルカリ金属
元素（Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、アルカリ土類金属元素
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ハロゲン元素（Ｆ、Ｃ
ｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ）、希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ
など）、Ｔｌ、Ｔａ、またはアルカリ金属元素（Ｎａ、
Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、アルカリ土類金属元素（Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ハロゲン元素（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、
Ｉ、Ａｔ）、希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなど）、Ｔ
ｌ、Ｔａの混合物を不純物としてドープすることによ
り、ｐ型半導体特性、ｎ型半導体特性、導電体特性また
は超伝導特性を発現する炭素系化合物素子を実現し、こ
れにより、作製プロセス温度の低温化、簡略化ならびに
作製工程の統一化を行なうものであります。
【０００９】このように、特性構造の良く似た炭素材料
に異なる元素または異なる元素を組み合わせた複合物を
添加、ドーピングすることにより、ｐ型半導体特性、ｎ
型半導体特性、導電体特性または超伝導特性を発現させ
ることができる。よって、基本的な作製方法はほぼ同じ
で、ドーピング材を変更するだけでよいことになる。
に異なる元素または異なる元素を組み合わせた複合物を
添加、ドーピングすることにより、ｐ型半導体特性、ｎ
型半導体特性、導電体特性または超伝導特性を発現させ
ることができる。よって、基本的な作製方法はほぼ同じ
で、ドーピング材を変更するだけでよいことになる。
【００１０】Ｃ60等のフラーレン構造を持ち、一般式Ｃ
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料、特にＣ60は閉殻
構造で安定しているにもかかわらず、反応する相手を酸
化し易い性質を持っている。すなわち、ドーピングや反
応に対して活性である。このことを利用して、このよう
な炭素材料で構成される半導体、導電体または超伝導体
を作製することができる。例えば、膜状のＣ60にＫ（カ
リウム）をドープすると、ｎ型半導体ができる。このと
き、Ｋがドナーの働きをする。また、他のアルカリ金属
元素（Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ）およびアルカリ土類金属元素
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）をドープすることによって
も同様にｎ型の半導体を作製することができる。フラー
レン構造を持つ炭素材料のｎ型半導体は格子点と考える
と分子間の隙間が広いためにアルカリ金属およびアルカ
リ土類金属のドープ量しだいでｎ型の性質を調整できる
ようになり、導電体も作製することができる。また、フ
ラーレン構造の内部の空洞にアルカリ金属およびアルカ
リ土類金属をドープした炭素系混合物も作製することが
できる。
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料、特にＣ60は閉殻
構造で安定しているにもかかわらず、反応する相手を酸
化し易い性質を持っている。すなわち、ドーピングや反
応に対して活性である。このことを利用して、このよう
な炭素材料で構成される半導体、導電体または超伝導体
を作製することができる。例えば、膜状のＣ60にＫ（カ
リウム）をドープすると、ｎ型半導体ができる。このと
き、Ｋがドナーの働きをする。また、他のアルカリ金属
元素（Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ）およびアルカリ土類金属元素
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）をドープすることによって
も同様にｎ型の半導体を作製することができる。フラー
レン構造を持つ炭素材料のｎ型半導体は格子点と考える
と分子間の隙間が広いためにアルカリ金属およびアルカ
リ土類金属のドープ量しだいでｎ型の性質を調整できる
ようになり、導電体も作製することができる。また、フ
ラーレン構造の内部の空洞にアルカリ金属およびアルカ
リ土類金属をドープした炭素系混合物も作製することが
できる。
【００１１】一方、Ｃ60等のフラーレン構造を持ち一般
式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料にハロゲン元
素（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ）をドープすることによ
ってｐ型の半導体を作製することができる。このとき、
ハロゲン元素がアクセプターの働きをする。このような
炭素材料のｐ型半導体は格子点と考えると分子間の隙間
が広いためにｎ型の場合と同様にハロゲン元素のドープ
量しだいでｐ型の性質を調整できるようになり、導電体
も作製することができる。また、フラーレン構造の内部
の空洞にハロゲン元素をドープした炭素系混合物も作製
することができる。
式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料にハロゲン元
素（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ）をドープすることによ
ってｐ型の半導体を作製することができる。このとき、
ハロゲン元素がアクセプターの働きをする。このような
炭素材料のｐ型半導体は格子点と考えると分子間の隙間
が広いためにｎ型の場合と同様にハロゲン元素のドープ
量しだいでｐ型の性質を調整できるようになり、導電体
も作製することができる。また、フラーレン構造の内部
の空洞にハロゲン元素をドープした炭素系混合物も作製
することができる。
【００１２】さらにまた、Ｃ60等のフラーレン構造を持
ち一般式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料にＫや
Ｒｂなどのアルカリ金属元素をドープすることによって
臨界温度の高い超伝導体の作製が可能である。例えば、
Ｒｂをドープした場合では、臨界温度が３０Ｋである超
伝導体を作製することができた。また、アルカリ土類金
属元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ハロゲン元素
（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ）、希土類元素（Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｎｄなど）をドープしたときも超伝導性が確認され
た。これらの元素を単体でドープするのみならず、複数
の元素を混合してドープすることでも上記半導体特性、
導電体特性または超伝導性を発現することができる。
ち一般式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料にＫや
Ｒｂなどのアルカリ金属元素をドープすることによって
臨界温度の高い超伝導体の作製が可能である。例えば、
Ｒｂをドープした場合では、臨界温度が３０Ｋである超
伝導体を作製することができた。また、アルカリ土類金
属元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ハロゲン元素
（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ）、希土類元素（Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｎｄなど）をドープしたときも超伝導性が確認され
た。これらの元素を単体でドープするのみならず、複数
の元素を混合してドープすることでも上記半導体特性、
導電体特性または超伝導性を発現することができる。
【００１３】これらＣ60等のフラーレン構造を持ち一般
式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料への不純物の
ドープは比較的簡単である。不純物の蒸気をこれら炭素
材料に対して曝せばドープは完了する。例えば、アルカ
リ金属元素（Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）をドープするとき
は、これら炭素材料と該アルカリ金属元素を同じガラス
容器の両端に置き、封入し、該容器を加熱炉に入れる。
このとき、アルカリ金属元素側を高温にすることによ
り、熱勾配を与える。さすれば、高温側においたアルカ
リ金属が気化して炭素材料中に取り込まれる。
式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料への不純物の
ドープは比較的簡単である。不純物の蒸気をこれら炭素
材料に対して曝せばドープは完了する。例えば、アルカ
リ金属元素（Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）をドープするとき
は、これら炭素材料と該アルカリ金属元素を同じガラス
容器の両端に置き、封入し、該容器を加熱炉に入れる。
このとき、アルカリ金属元素側を高温にすることによ
り、熱勾配を与える。さすれば、高温側においたアルカ
リ金属が気化して炭素材料中に取り込まれる。
【００１４】このようにフラーレン構造を持ち一般式Ｃ
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料を原料にすること
によって不純物のコントロールで半導体、導電体、また
は超伝導体を作製することができる。また、これら炭素
材料への不純物ドープの際に高温加熱を必要としないた
め低温プロセスが可能である。
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料を原料にすること
によって不純物のコントロールで半導体、導電体、また
は超伝導体を作製することができる。また、これら炭素
材料への不純物ドープの際に高温加熱を必要としないた
め低温プロセスが可能である。
【００１５】このように、炭素クラスターであるＣ60等
のＣ2n（ｎは自然数）の炭素材料を用いることによっ
て、電子素子作製の煩雑さを減ずることができ、さらに
低温で半導体、導電体、超伝導体の作製が可能である。
のＣ2n（ｎは自然数）の炭素材料を用いることによっ
て、電子素子作製の煩雑さを減ずることができ、さらに
低温で半導体、導電体、超伝導体の作製が可能である。
【００１６】一方、フラーレン構造を持ち一般式Ｃ
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料を原料とする半導
体、導電体、または超伝導体を実際に電子素子として用
いるには重要な問題がある。前述のようにこれらの炭素
材料にドープを施すことによって得られた半導体、導電
体、または超伝導体は、空気中では不安定であるため容
易に自己分解し、絶縁体になってしまうために実用上の
使用が困難である。特に、本問題点はアルカリ金属元素
をドープして利用したときに顕著であった。そのため、
前記Ｃ60等のＣ2n（ｎは自然数）にドープを施した試料
の電気的特性の測定は不活性ガス雰囲気中に封入した試
料を用いておこなっている。正確な理由は不明である
が、空気中ではドープした物質が抜けることもその一因
であると考えられる。
2n（ｎは自然数）で表される炭素材料を原料とする半導
体、導電体、または超伝導体を実際に電子素子として用
いるには重要な問題がある。前述のようにこれらの炭素
材料にドープを施すことによって得られた半導体、導電
体、または超伝導体は、空気中では不安定であるため容
易に自己分解し、絶縁体になってしまうために実用上の
使用が困難である。特に、本問題点はアルカリ金属元素
をドープして利用したときに顕著であった。そのため、
前記Ｃ60等のＣ2n（ｎは自然数）にドープを施した試料
の電気的特性の測定は不活性ガス雰囲気中に封入した試
料を用いておこなっている。正確な理由は不明である
が、空気中ではドープした物質が抜けることもその一因
であると考えられる。
【００１７】前記理由によりドープを施したＣ60等のフ
ラーレン構造を持つ炭素材料を長時間大気にさらすこと
なく使用できるようにしなければならない。そのため
に、これらの炭素材料を用いた電子素子を炭素膜でコー
ティングすれば、Ｃ60を用いた電子素子は大気に触れる
ことがないため、Ｃ60を用いた電子素子の電気的特性を
落とすことなく、Ｃ60系化合物素子を作製することがで
きるようになる。前記炭素膜は大気を透過しない特性を
示す成膜条件で作成しなければならない。即ち、この炭
素薄膜が水素をほとんど含んでいない、高密度の炭素膜
が要求される。また、この炭素膜の特徴である、硬度は
特に必要ではない。この際、ドープを施したＣ60等のＣ
2n（ｎは自然数）を長時間大気に触れさせてはいけない
ので、ドープを行うドーピング室と炭素薄膜を作製する
成膜室とを真空、減圧または不活性ガス雰囲気中で接続
しなければならない。すなわち、マルチチャンバー方式
の製造装置を用いることが有用である。
ラーレン構造を持つ炭素材料を長時間大気にさらすこと
なく使用できるようにしなければならない。そのため
に、これらの炭素材料を用いた電子素子を炭素膜でコー
ティングすれば、Ｃ60を用いた電子素子は大気に触れる
ことがないため、Ｃ60を用いた電子素子の電気的特性を
落とすことなく、Ｃ60系化合物素子を作製することがで
きるようになる。前記炭素膜は大気を透過しない特性を
示す成膜条件で作成しなければならない。即ち、この炭
素薄膜が水素をほとんど含んでいない、高密度の炭素膜
が要求される。また、この炭素膜の特徴である、硬度は
特に必要ではない。この際、ドープを施したＣ60等のＣ
2n（ｎは自然数）を長時間大気に触れさせてはいけない
ので、ドープを行うドーピング室と炭素薄膜を作製する
成膜室とを真空、減圧または不活性ガス雰囲気中で接続
しなければならない。すなわち、マルチチャンバー方式
の製造装置を用いることが有用である。
【００１８】これらフラーレン構造を持つ炭素材料を用
いた電子素子が大気と接触するのを防ぐために炭素薄膜
を保護膜として用いるのは、フラーレン構造の炭素材料
とこの炭素薄膜は成分が同じであり、フラーレン構造の
炭素材料を用いた電子素子に対して、相性がよく密着性
のよいコーティング膜として最適だからである。
いた電子素子が大気と接触するのを防ぐために炭素薄膜
を保護膜として用いるのは、フラーレン構造の炭素材料
とこの炭素薄膜は成分が同じであり、フラーレン構造の
炭素材料を用いた電子素子に対して、相性がよく密着性
のよいコーティング膜として最適だからである。
【００１９】
「実施例１」本実施例においてはフラーレン構造を持
ち、一般式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料とし
て、炭素電極を用いたコンタクトアーク法により生成し
た煤より抽出、精製したＣ60（カーボン６０）を用い
た。前記精製物はＣ60が９８％以上であることが確認さ
れている。
ち、一般式Ｃ2n（ｎは自然数）で表される炭素材料とし
て、炭素電極を用いたコンタクトアーク法により生成し
た煤より抽出、精製したＣ60（カーボン６０）を用い
た。前記精製物はＣ60が９８％以上であることが確認さ
れている。
【００２０】真空蒸着法により、ガラス基板上に成膜し
たＣ60を試料として用いる。該試料にアルミの電極を形
成し、不純物ドーピングと同時に電気抵抗を測定する。
このとき電極とは点接触にしておく。更に、コーティン
グ後に電気的特性を測定できるようにしておく。本実施
例で用いたドーピングおよびコーティングを行うことが
できる装置の概略図を図１に示す。まず、ドーピング室
13の試料台４に試料３を置き、真空排気５を行う。この
とき、シャッター15およびゲートバルブ７は閉じてお
く。次に、ドープ剤加熱室12にドープ剤６（本実施例で
はＫカリウムを使用）をガス導入口１より不活性ガス
（本実験ではアルゴン）を流した状態で設置する。シャ
ッター15を徐々に開けていき、同時に真空排気系５、不
活性ガス導入系１を停止し、ドーピング室内を不活性ガ
ス雰囲気でかつ圧力を常圧以下（１００Ｔｏｒｒ前後）
に保つ。誘導コイル２によりドープ剤６を加熱し気化さ
せる。気化したドープ剤６はシャッター15を通って試料
３に取り込まれる。ドープ終了後、シャッター15を閉
じ、真空排気系５により反応室の排気を行う。以上で、
Ｃ60と他の物質（本実験ではＫ）の化合物を作製するこ
とができる。
たＣ60を試料として用いる。該試料にアルミの電極を形
成し、不純物ドーピングと同時に電気抵抗を測定する。
このとき電極とは点接触にしておく。更に、コーティン
グ後に電気的特性を測定できるようにしておく。本実施
例で用いたドーピングおよびコーティングを行うことが
できる装置の概略図を図１に示す。まず、ドーピング室
13の試料台４に試料３を置き、真空排気５を行う。この
とき、シャッター15およびゲートバルブ７は閉じてお
く。次に、ドープ剤加熱室12にドープ剤６（本実施例で
はＫカリウムを使用）をガス導入口１より不活性ガス
（本実験ではアルゴン）を流した状態で設置する。シャ
ッター15を徐々に開けていき、同時に真空排気系５、不
活性ガス導入系１を停止し、ドーピング室内を不活性ガ
ス雰囲気でかつ圧力を常圧以下（１００Ｔｏｒｒ前後）
に保つ。誘導コイル２によりドープ剤６を加熱し気化さ
せる。気化したドープ剤６はシャッター15を通って試料
３に取り込まれる。ドープ終了後、シャッター15を閉
じ、真空排気系５により反応室の排気を行う。以上で、
Ｃ60と他の物質（本実験ではＫ）の化合物を作製するこ
とができる。
【００２１】続いて、大気に試料を触れさせることなし
に炭素膜でコーティングを行う。成膜室側の真空排気５
からドーピング室と同程度まで真空排気を行ったのち、
ゲートバルブ７を開ける。マジックハンド10を用いてド
ーピング室側の試料台４および試料３を成膜室14に移動
させる。移動が終了したのち、ゲートバルブ７を閉め、
成膜室側のガス導入口１より反応ガス（本実施例ではＣ
Ｈ4 １０ｓｃｃｍ、Ｈ2 １０ｓｃｃｍ）を導入し、真空
排気５をコントロールして反応圧力を０．０５Ｔｏｒｒ
にする。Ｒｆ電源９からの電力を試料３および試料台４
に印加（本実験では３００Ｗ）するとプラズマが発生す
る。１時間成膜を行ったのち試料３を取り出す。該方法
によると試料を高温雰囲気にさらすことなく超伝導薄膜
を作成することができる。
に炭素膜でコーティングを行う。成膜室側の真空排気５
からドーピング室と同程度まで真空排気を行ったのち、
ゲートバルブ７を開ける。マジックハンド10を用いてド
ーピング室側の試料台４および試料３を成膜室14に移動
させる。移動が終了したのち、ゲートバルブ７を閉め、
成膜室側のガス導入口１より反応ガス（本実施例ではＣ
Ｈ4 １０ｓｃｃｍ、Ｈ2 １０ｓｃｃｍ）を導入し、真空
排気５をコントロールして反応圧力を０．０５Ｔｏｒｒ
にする。Ｒｆ電源９からの電力を試料３および試料台４
に印加（本実験では３００Ｗ）するとプラズマが発生す
る。１時間成膜を行ったのち試料３を取り出す。該方法
によると試料を高温雰囲気にさらすことなく超伝導薄膜
を作成することができる。
【００２２】該試料を用いて低温における電気抵抗特性
を測定した。図２にその結果を示す。およそ１６Ｋで抵
抗の減少が始まり、５Ｋで１０-4Ω・cm未満になった。
一度大気にさらした試料であっても、従来と同じ超伝導
特性が確認できた。比較のためにドーピングのみを施し
た試料も用意し、低温における電気特性を測定した。し
かし、温度に関わらず電気抵抗１０3 Ω・cm以上の絶縁
体であった。
を測定した。図２にその結果を示す。およそ１６Ｋで抵
抗の減少が始まり、５Ｋで１０-4Ω・cm未満になった。
一度大気にさらした試料であっても、従来と同じ超伝導
特性が確認できた。比較のためにドーピングのみを施し
た試料も用意し、低温における電気特性を測定した。し
かし、温度に関わらず電気抵抗１０3 Ω・cm以上の絶縁
体であった。
【００２３】「実施例２」本実験においても、実施例１
で用いたドーピングおよびコーティングを行うことがで
きる装置を用いた。装置の操作手順は実施例１に示す通
りである。
で用いたドーピングおよびコーティングを行うことがで
きる装置を用いた。装置の操作手順は実施例１に示す通
りである。
【００２４】ドーピング室内の不活性ガスをヘリウムと
しドープ剤としてＲｂとＴｌの混合物を用いた。また、
炭素膜コーティングの条件を変え、反応ガスとしてＣ2
Ｈ4１０ｓｃｃｍとし、Ｈ2 での希釈を行わずこれによ
り、膜の硬度は若干低下したが、膜中の水素残存量を減
らすことができ、炭素化合物素子と外気との遮蔽をより
協力に行うことができる。反応圧力を０．０１Ｔｏｒｒ
とし、Ｒｆ電力を３００Ｗで炭素膜を１時間成膜した。
この試料を用いて低温における電気抵抗特性を測定し
た。およそ４０Ｋで抵抗の減少が始まり、２５Ｋで１０
-4Ω・cm未満になった。一度大気にさらしても本特性は
変化しなかった。
しドープ剤としてＲｂとＴｌの混合物を用いた。また、
炭素膜コーティングの条件を変え、反応ガスとしてＣ2
Ｈ4１０ｓｃｃｍとし、Ｈ2 での希釈を行わずこれによ
り、膜の硬度は若干低下したが、膜中の水素残存量を減
らすことができ、炭素化合物素子と外気との遮蔽をより
協力に行うことができる。反応圧力を０．０１Ｔｏｒｒ
とし、Ｒｆ電力を３００Ｗで炭素膜を１時間成膜した。
この試料を用いて低温における電気抵抗特性を測定し
た。およそ４０Ｋで抵抗の減少が始まり、２５Ｋで１０
-4Ω・cm未満になった。一度大気にさらしても本特性は
変化しなかった。
【００２５】「実施例３」本実験においても、実施例１
で用いたドーピングおよびコーティングを行うことがで
きる装置を用いたが、コーティングを行わない試料を作
製した。装置の操作手順は実施例１に示す通りである。
で用いたドーピングおよびコーティングを行うことがで
きる装置を用いたが、コーティングを行わない試料を作
製した。装置の操作手順は実施例１に示す通りである。
【００２６】また、本実験ではドーピング室内の不活性
ガスをヘリウムとし、ハロゲンであるＩ2 をドープ剤と
して用いた。Ｉ2 は気化しやすくガスとして用いるには
便利である。アルカリ金属をドープするのは電子ドープ
であるのに対して、ハロゲンをドープするのはホールド
ープになっていると考えられる。さらに、アルカリ金属
は大気に対する反応性が高いが、ハロゲンは大気に対す
る反応性がアルカリ金属より低いために、大気中で使用
が可能な程度の安定性を確保することができた。
ガスをヘリウムとし、ハロゲンであるＩ2 をドープ剤と
して用いた。Ｉ2 は気化しやすくガスとして用いるには
便利である。アルカリ金属をドープするのは電子ドープ
であるのに対して、ハロゲンをドープするのはホールド
ープになっていると考えられる。さらに、アルカリ金属
は大気に対する反応性が高いが、ハロゲンは大気に対す
る反応性がアルカリ金属より低いために、大気中で使用
が可能な程度の安定性を確保することができた。
【００２７】上記装置を用いて作製したＩがドーピング
されている試料に、電極を取り付けて低温における電気
特性を調べた。電極の形成はＡｌのスパッタにより行っ
た。およそ７５Ｋで抵抗の減少が始まり、５８Ｋで１０
-4Ω・cm未満になった。炭素膜でコーティングすること
なく超伝導特性が得られた。
されている試料に、電極を取り付けて低温における電気
特性を調べた。電極の形成はＡｌのスパッタにより行っ
た。およそ７５Ｋで抵抗の減少が始まり、５８Ｋで１０
-4Ω・cm未満になった。炭素膜でコーティングすること
なく超伝導特性が得られた。
【００２８】上記の実施例においては、いずれも不純物
として単体の材料を使用しているが特に単体の材料に制
限されるわけではなく、不純物となる元素を含む材料を
使用することも可能である。特に有機金属化合物や有機
ハロゲン化物は材料として野入手や取扱が比較的楽であ
り、フラーレン構造を持つ炭素材料に対して、影響を及
ぼす他の元素を含んでいない為有効なドーピング用材料
である。
として単体の材料を使用しているが特に単体の材料に制
限されるわけではなく、不純物となる元素を含む材料を
使用することも可能である。特に有機金属化合物や有機
ハロゲン化物は材料として野入手や取扱が比較的楽であ
り、フラーレン構造を持つ炭素材料に対して、影響を及
ぼす他の元素を含んでいない為有効なドーピング用材料
である。
【００２９】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、フラ
ーレン構造を持つ炭素材料にドープする不純物によって
半導体、導電体または超伝導体を作製できるようになっ
た。また、この炭素材料を原料とした、半導体、導電体
または超伝導体を用いて作製した電子素子を炭素膜でコ
ーティングすることによって、該電子素子の長期信頼性
を向上させ、実用に供することができる。さらにまた、
複数の機能を持つ炭素化合物素子を不純物の種類を変更
することで実現でき、製造工程の簡略化、統一化をはか
ることができる。
ーレン構造を持つ炭素材料にドープする不純物によって
半導体、導電体または超伝導体を作製できるようになっ
た。また、この炭素材料を原料とした、半導体、導電体
または超伝導体を用いて作製した電子素子を炭素膜でコ
ーティングすることによって、該電子素子の長期信頼性
を向上させ、実用に供することができる。さらにまた、
複数の機能を持つ炭素化合物素子を不純物の種類を変更
することで実現でき、製造工程の簡略化、統一化をはか
ることができる。
【図１】ドーピングおよびコーティングを行うことがで
きる装置の概略図である。
きる装置の概略図である。
【図２】炭素膜コーティング装置を用いた素子の、温度
ー抵抗特性である。
ー抵抗特性である。
１ ガス導入口 ２ 誘導コイル ３ 試料 ４ 試料台 ５ 真空排気系 ６ ドープ剤 ７ ゲートバルブ ８ 絶縁台 ９ Ｒｆ電源 10 マジックハンド 11 マジックハンド操作部 12 ドープ剤加熱室 13 ドーピング室 14 成膜室 15 シャッター
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 39/12 ＺＡＡ Ｃ 9276−4Ｍ // Ｈ０１Ｂ 13/00 ５６５ Ｚ 7244−5Ｇ
Claims (3)
- 【請求項１】フラーレン構造を有し、一般式Ｃ2n（ｎは
自然数）で表される炭素材料中にアルカリ金属元素、ア
ルカリ土類金属元素、ハロゲン元素、希土類元素、Ｔ
ｌ、Ｔａ、またはアルカリ金属元素、アルカリ土類金属
元素、ハロゲン元素、希土類元素、Ｔｌ、Ｔａの混合物
を不純物としてドープすることにより、ｐ型半導体特
性、ｎ型半導体特性、導電体特性または超伝導特性を発
現する炭素系化合物素子。 - 【請求項２】フラーレン構造を有し、一般式Ｃ2n（ｎは
自然数）で表される炭素材料中にアルカリ金属元素、ア
ルカリ土類金属元素、ハロゲン元素、希土類元素、Ｔ
ｌ、Ｔａ、またはアルカリ金属元素、アルカリ土類金属
元素、ハロゲン元素、希土類元素、Ｔｌ、Ｔａの混合物
を不純物としてドープすることにより、ｐ型半導体特
性、ｎ型半導体特性、導電体特性または超伝導特性を発
現する炭素系化合物素子の保護膜として、炭素薄膜を用
いたことを特徴とする炭素系化合物素子。 - 【請求項３】請求項２記載の炭素薄膜として、ダイヤモ
ンド膜、ダイヤモンド状炭素膜、またはアモルファスカ
ーボンを採用したことを特徴とする炭素系化合物素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03254461A JP3133110B2 (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 炭素系化合物及び半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03254461A JP3133110B2 (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 炭素系化合物及び半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06183710A true JPH06183710A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3133110B2 JP3133110B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=17265350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03254461A Expired - Fee Related JP3133110B2 (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 炭素系化合物及び半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3133110B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08175813A (ja) * | 1994-12-26 | 1996-07-09 | Nec Corp | フラーレン系インターカレーション化合物薄膜およびその作製方法 |
| US6414338B1 (en) * | 1998-11-30 | 2002-07-02 | Sandia National Laboratories | n-Type diamond and method for producing same |
| WO2016143999A1 (ko) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | 한양대학교 산학협력단 | 박막, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치 |
| KR20160110873A (ko) * | 2015-03-09 | 2016-09-22 | 한양대학교 산학협력단 | 박막, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치 |
| CN114686848A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-07-01 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | 半导体零部件、半导体处理装置及形成耐腐蚀涂层的方法 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP03254461A patent/JP3133110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08175813A (ja) * | 1994-12-26 | 1996-07-09 | Nec Corp | フラーレン系インターカレーション化合物薄膜およびその作製方法 |
| US6414338B1 (en) * | 1998-11-30 | 2002-07-02 | Sandia National Laboratories | n-Type diamond and method for producing same |
| WO2016143999A1 (ko) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | 한양대학교 산학협력단 | 박막, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치 |
| KR20160110873A (ko) * | 2015-03-09 | 2016-09-22 | 한양대학교 산학협력단 | 박막, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치 |
| CN114686848A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-07-01 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | 半导体零部件、半导体处理装置及形成耐腐蚀涂层的方法 |
| CN114686848B (zh) * | 2020-12-29 | 2024-05-14 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | 半导体零部件、半导体处理装置及形成耐腐蚀涂层的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3133110B2 (ja) | 2001-02-05 |
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