JPH06279015A - Production of ultrafine silicon particle - Google Patents
Production of ultrafine silicon particleInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン超微粒子の製
造方法に関するものであって、特に粒径の揃った半導体
グレードの高純度なシリコン超微粒子を提供することを
目的とする。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing ultrafine silicon particles, and it is an object of the present invention to provide ultrafine silicon ultrafine particles of semiconductor grade having uniform particle diameters.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超微粒子はその特異な物性から、高性能
な各種電子部品、化学製品等への応用がなされている。
例えばシリコン超微粒子は、量子井戸構造を形成できて
発光素子としての応用が可能である。この発光素子で
は、シリコン超微粒子に要求される特性は、前記量子井
戸構造を実現するための超微粒子の粒径が例えば１０ｎ
ｍときわめて小さく、かつその粒径が揃っていること
と、および純度である。2. Description of the Related Art Ultrafine particles have been applied to various high-performance electronic parts, chemical products, etc. due to their unique physical properties.
For example, silicon ultrafine particles can form a quantum well structure and can be applied as a light emitting device. In this light emitting device, the characteristics required for the ultrafine silicon particles are that the diameter of the ultrafine particles for realizing the quantum well structure is, for example, 10 n.
m is extremely small, and the particle size is uniform, and the purity.
【０００３】従来のシリコン超微粒子の製造方法には各
種のものがある。中でも、減圧ガス雰囲気中でアークプ
ラズマ等の高温プラズマを熱源に用いて超微粒子の原料
部材を蒸発して超微粒子を製造する方法は、高純度雰囲
気で製造するため高純度な微粒子が製造出来ること、あ
るいは熱エネルギーが大きい高温プラズマで原料を加
熱、蒸発させるために高速で多量に製造出来ること等の
理由から、シリコン超微粒子の製造に用いられている。There are various conventional methods for producing ultrafine silicon particles. Among them, a method of producing ultrafine particles by evaporating a raw material member of ultrafine particles by using high temperature plasma such as arc plasma as a heat source in a reduced pressure gas atmosphere is capable of producing high purity fine particles because it is produced in a high purity atmosphere. Alternatively, it is used for the production of ultrafine silicon particles because it can be produced in large quantities at high speed because the raw material is heated and vaporized by high-temperature plasma with large thermal energy.
【０００４】図３は従来の高温プラズマを用いたシリコ
ン超微粒子の製造方法の代表例を示す装置概略図である
（引用資料：超微粒子；林主税、上田良二、田崎明、
編；三田出版会、ｐ．４９〜ｐ．５１）。以下にこの従
来例でシリコン超微粒子を製造する手順例を記す。上の
シリコン電極３７と下のシリコン電極３６とをそれぞれ
上の電極部品３２、試料台３４に設置し、真空容器３４
を例えば３×１０ー6Ｔｏｒｒまで真空排気する。その
後、プラズマガスとしてアルゴンガスを真空容器３４に
導入し３００Ｔｏｒｒに設定する。引続き、電源３３で
上のシリコン電極３７と下のシリコン電極３６とへ直流
電圧を印加すると、これらシリコン電極間に直流放電に
よる高温プラズマが発生する。下のシリコン電極３６は
この高温プラズマの熱によって、加熱、溶融し、蒸発す
る。このように蒸発した下のシリコン電極３６からのシ
リコン原子は、雰囲気ガスのアルゴンとの衝突によって
冷却されるため、過飽和状態となり凝縮してシリコン超
微粒子が生成する。図中の煙はこのシリコン超微粒子が
気流によって上昇するために観測されるものであって、
捕集器３８で捕集された後にシリコン超微粒子として提
供される。FIG. 3 is a schematic view of an apparatus showing a typical example of a conventional method for producing ultrafine silicon particles using high-temperature plasma (cited materials: ultrafine particles; Kyo Hayashi, Ryoji Ueda, Akira Tasaki,
Edited by Mita Publishing Association, p. 49-p. 51). An example of the procedure for producing ultrafine silicon particles in this conventional example will be described below. The upper silicon electrode 37 and the lower silicon electrode 36 are installed on the upper electrode part 32 and the sample table 34, respectively, and the vacuum container 34
Is evacuated to, for example, 3 × 10 -6 Torr. After that, argon gas as a plasma gas is introduced into the vacuum container 34 and set to 300 Torr. Subsequently, when a DC voltage is applied to the upper silicon electrode 37 and the lower silicon electrode 36 by the power supply 33, high temperature plasma due to DC discharge is generated between these silicon electrodes. The lower silicon electrode 36 is heated, melted and evaporated by the heat of this high temperature plasma. The silicon atoms from the lower silicon electrode 36 thus evaporated are cooled by the collision with argon of the atmospheric gas, so that they become supersaturated and condensed to generate ultrafine silicon particles. The smoke in the figure is observed because the silicon ultrafine particles rise due to the air flow,
After being collected by the collector 38, it is provided as ultrafine silicon particles.
【０００５】また、前記従来例に記されている直流放電
による製造方法以外にも、高周波電力による無電極放電
で耐熱容器内において高温プラズマを発生させて超微粒
子原料を蒸発し、超微粒子を製造する方法もある。この
方法を用いてシリコン超微粒子を製造することも十分可
能である。（引用資料例：超微粒子；林主税、上田良
二、田崎明、編；三田出版会、ｐ．１４０〜ｐ．１４
６）。この従来の技術でシリコン超微粒子を製造する場
合は、シリコン粉末を粉末供給装置からパイプを介して
前記高温プラズマ中に供給し、蒸発させてシリコン超微
粒子を製造する。In addition to the manufacturing method by the direct current discharge described in the conventional example, high temperature plasma is generated in the heat resistant container by electrodeless discharge by high frequency power to evaporate the ultrafine particle raw material to produce ultrafine particles. There is also a way to do it. It is sufficiently possible to produce ultrafine silicon particles using this method. (Examples of cited materials: ultrafine particles; tax by Hayashi, Ryoji Ueda, Akira Tasaki, edited by Mita Publishing Co., Ltd., p.
6). When ultrafine silicon particles are manufactured by this conventional technique, silicon powder is supplied from a powder supply device into the high temperature plasma through a pipe and evaporated to produce ultrafine silicon particles.
【０００６】高周波電力による無電極放電で発生された
高温プラズマは、電極部材が高温プラズマに直接には曝
されにくいため、高純度な高温プラズマを容易に発生し
やすく、より高純度な超微粒子の製造に適している。The high temperature plasma generated by the electrodeless discharge by the high frequency power is not likely to directly expose the electrode member to the high temperature plasma, so that the high purity high temperature plasma is easily generated, and the high purity ultra fine particles Suitable for manufacturing.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記直流放
電による従来の技術でシリコン超微粒子を製造する場合
には、前記引用資料にも記されているように、上のシリ
コン電極３７と下のシリコン電極３６間に高温プラズマ
が発生している間では、目視でも十分観測されるほどの
飛沫が発生する。そして前記飛沫は冷却されて粗大粒子
となる。このような粗大粒子は、生成条件にもよるが数
１０μｍもの粒径であって、超微粒子中に混入した場
合、例えば前記のような発光素子の実現を阻害するもの
である。However, in the case of producing silicon ultrafine particles by the conventional technique using the direct current discharge, as described in the above cited reference, the upper silicon electrode 37 and the lower silicon electrode 37 are formed. While high-temperature plasma is generated between the electrodes 36, droplets are generated that can be sufficiently observed by visual observation. Then, the droplets are cooled to become coarse particles. Such coarse particles have a particle diameter of several tens of μm depending on the generation conditions, and when mixed in the ultrafine particles, they hinder the realization of the light emitting device as described above, for example.
【０００８】前記粗大粒子の生成は、前記従来の技術例
に限らず他の従来例でも生じている（引用資料例：宇田
雅弘、大野悟；溶接学会誌；４４（１９７５年）ｐ．７
９９）。そして、前記の粗大粒子の発生を抑制すること
は困難となっている。The formation of the coarse particles is not limited to the above-mentioned conventional technology example, but also occurs in other conventional examples (reference material examples: Masahiro Uda, Satoru Ohno; Journal of Welding Society; 44 (1975) p. 7).
99). Then, it is difficult to suppress the generation of the coarse particles.
【０００９】また、前記従来の高周波熱プラズマを用い
てシリコン超微粒子を製造する場合、前記直流放電によ
る製造方法に比べては、粗大粒子の発生が抑制されるも
のの、超微粒子の純度に関して課題が発生する。Further, when the silicon ultrafine particles are produced by using the conventional high frequency thermal plasma, the generation of coarse particles is suppressed as compared with the production method by the DC discharge, but there is a problem regarding the purity of the ultrafine particles. Occur.
【００１０】すなわち、原料にシリコン粉末を用いてい
るために、粉末供給パイプの内壁は前記粉末との摩擦に
よって摩耗し、その結果発生したパイプの構成材料成分
も高温プラズマ中に供給される。従って、半導体グレー
ドの高純度なシリコン超微粒子を製造することは困難と
なる。That is, since silicon powder is used as the raw material, the inner wall of the powder supply pipe is abraded by friction with the powder, and the constituent material components of the resulting pipe are also supplied into the high temperature plasma. Therefore, it becomes difficult to produce semiconductor-grade high-purity ultrafine silicon particles.
【００１１】以上記した従来の直流放電の高温プラズマ
を用いるシリコン超微粒子の製造方法、および高周波放
電の高温プラズマを用いるシリコン超微粒子の製造方法
では、各々課題があって、粒径の揃った半導体グレード
の高純度なシリコン超微粒子を製造することは困難であ
った。そのために、例えばシリコン超微粒子の発光素子
を、工業的に実現することは困難であった。The above-described conventional method for producing ultrafine silicon particles using high temperature plasma for direct current discharge and the method for producing ultrafine silicon particles using high temperature plasma for high frequency discharge have respective problems, and semiconductors with uniform particle size It has been difficult to produce high-grade ultrafine silicon particles. Therefore, it has been difficult to industrially realize a light emitting device made of, for example, ultrafine silicon particles.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは前
記のようなシリコン超微粒子の特長を活かすことで、優
れた特性の発光素子等を工業的に実現しようと、粒径の
揃った高純度シリコン超微粒子の製造方法の開発に取り
組んだ。本発明はその結果なされたものである。Therefore, the present inventors have attempted to industrially realize a light-emitting device or the like having excellent characteristics by making full use of the characteristics of the ultrafine silicon particles as described above, and thus the particle diameters have been made uniform. We worked on the development of a method for producing high-purity ultrafine silicon particles. The present invention has been made as a result.
【００１３】第一の発明は、対向するシリコン電極間で
発生させた第一の高温プラズマによって前記シリコン電
極を蒸発させた後、引続き前記蒸発物を減圧雰囲気中に
おいて無電極放電で発生させた第二の高温プラズマ中に
通過させてなるシリコン超微粒子の製造方法である。According to a first aspect of the present invention, after the silicon electrode is evaporated by the first high temperature plasma generated between the facing silicon electrodes, the evaporated material is continuously generated by electrodeless discharge in a reduced pressure atmosphere. Second, it is a method for producing ultrafine silicon particles which are passed through high temperature plasma.
【００１４】また第二の発明は、減圧雰囲気中におい
て、無電極放電で発生させた高温プラズマ中に棒状、も
しくは塊状のシリコン部材を供給しつつ蒸発してなるシ
リコン超微粒子の製造方法である。A second aspect of the present invention is a method for producing ultrafine silicon particles obtained by evaporating while supplying a rod-shaped or lump-shaped silicon member into a high temperature plasma generated by electrodeless discharge in a reduced pressure atmosphere.
【００１５】[0015]
【作用】第一の発明の作用を以下に記す。第一の発明の
特徴は、シリコン電極で発生させた高温プラズマで前記
シリコンを蒸発させた後に、前記電極からの蒸発物を無
電極放電で発生させた第二の高温プラズマ中に通過させ
ることを特徴としている。The function of the first invention will be described below. A feature of the first invention is that after vaporizing the silicon by high temperature plasma generated at a silicon electrode, vaporized substances from the electrode are passed through a second high temperature plasma generated by electrodeless discharge. It has a feature.
【００１６】従来の直流放電による超微粒子製造技術で
は、前記解決すべき課題にて記したように、粒径が１０
μm程度の粗大粒子も発生していた。そこで本発明者ら
は、直流放電と高周波放電とを発生させて、直流放電で
発生した第一の高温プラズマでシリコン電極を加熱し、
このシリコン電極からの蒸発物を、引続き高周波放電で
発生させた第二の高温プラズマ中に通過させることで、
前記従来の直流放電のみによる製造技術で認められた飛
沫が消滅することを観測するに至った。これは、前記飛
沫が高温プラズマ中を通過することで蒸発し、シリコン
の蒸発原子となったためと考えられる。In the conventional technique for producing ultrafine particles by DC discharge, the particle size is 10 as described in the above problem to be solved.
Coarse particles of about μm were also generated. Therefore, the present inventors generate a direct current discharge and a high frequency discharge to heat the silicon electrode with the first high temperature plasma generated by the direct current discharge,
Evaporate from this silicon electrode is then passed through the second high temperature plasma generated by high frequency discharge,
It has been observed that the droplets recognized by the manufacturing technique using only the conventional DC discharge disappear. It is considered that this is because the droplets were vaporized by passing through the high temperature plasma and became vaporized atoms of silicon.
【００１７】その結果、生成したシリコン超微粒子は、
粒径の揃ったものであり、粗大粒子は認められなくな
る。As a result, the generated silicon ultrafine particles are
The particles have a uniform particle size, and coarse particles cannot be recognized.
【００１８】上記第一の発明をなす課程で本発明者ら
は、前記のように第一の高温プラズマは直流電力を電極
間に印加することで発生したが、例えば交流電力、ある
いは高周波電力を前記電極に印加することによっても、
シリコン電極間で高温プラズマを発生し、シリコン電極
を蒸発させることができるので、第一の高温プラズマの
発生手段に用いることが可能である。In the course of making the above-mentioned first invention, the inventors of the present invention generated the first high temperature plasma by applying DC power between the electrodes as described above. For example, AC power or high frequency power is applied. By applying to the electrodes,
Since high temperature plasma can be generated between the silicon electrodes and the silicon electrodes can be evaporated, it can be used as a first high temperature plasma generating means.
【００１９】また本発明では、シリコン電極を原子状水
素に曝した後に、前記電極間で第一の高温プラズマを発
生して前記電極を蒸発させることによって、さらに高純
度なシリコン超微粒子が製造できるものである。Further, in the present invention, after the silicon electrode is exposed to atomic hydrogen, a first high temperature plasma is generated between the electrodes to evaporate the electrodes, whereby ultrafine silicon ultrafine particles can be produced. It is a thing.
【００２０】すなわち、本発明でのシリコン超微粒子の
原料となるシリコン電極は、例えば棒状に加工した時点
で表面酸化層が形成されている。このような酸化層が形
成されたままのシリコン電極を蒸発させた場合、前記酸
化層からの酸素も蒸発し、その結果、生成されるシリコ
ン超微粒子に酸素が含有されることもあり、半導体グレ
ードの高純度なシリコン超微粒子を製造することが困難
となる。That is, in the silicon electrode which is the raw material of the ultrafine silicon particles according to the present invention, the surface oxide layer is formed when it is processed into a rod shape, for example. When the silicon electrode with such an oxide layer formed is evaporated, oxygen from the oxide layer is also evaporated, and as a result, the generated ultrafine silicon particles may contain oxygen. It becomes difficult to produce high-purity ultrafine silicon particles.
【００２１】そこで本発明では、半導体グレードの高純
度なシリコン超微粒子を容易に製造する手段として、原
子状水素を用いることも特徴としている。原子状水素は
化学的に非常に活性であって、酸化層を強力に還元する
作用を有している。従って、前記表面酸化層はシリコン
電極をこのような原子状水素に曝すことで除去できる。
このようにして酸化層を除去したシリコン電極間で第一
の高温プラズマを発生して蒸発させれば、その結果生成
したシリコン超微粒子は酸素の含有がほとんどない半導
体グレードの高純度なものとなる。Therefore, the present invention is also characterized in that atomic hydrogen is used as a means for easily producing high-purity silicon ultrafine particles of semiconductor grade. Atomic hydrogen is chemically very active and has a function of strongly reducing the oxide layer. Therefore, the surface oxide layer can be removed by exposing the silicon electrode to such atomic hydrogen.
If the first high-temperature plasma is generated and evaporated between the silicon electrodes from which the oxide layer has been removed in this way, the resulting ultrafine silicon particles will be of a semiconductor-grade high purity with almost no oxygen content. .
【００２２】ここで、酸化層は上記のように原子状水素
で還元された後には、水素と酸素からなるガスとなって
いるので、除去された後に速やかに前記シリコン電極の
設置部、およびシリコン超微粒子の生成部からそれら以
外の部分へ排気、除去されることがこのましい。そのた
めにも、本発明では、第一の高温プラズマの発生部、お
よび第二の高温プラズマの発生部とは別個に設けられ
て、ガスの排気手段を有する真空容器内において、前記
のようにシリコン電極の表面を原子状水素に曝すことに
しているものである。Here, since the oxide layer becomes a gas composed of hydrogen and oxygen after being reduced with atomic hydrogen as described above, it is promptly removed and then the installation portion of the silicon electrode and the silicon are quickly removed. It is preferable that the ultrafine particles are exhausted and removed to the other parts. Therefore, in the present invention, the first high-temperature plasma generating section and the second high-temperature plasma generating section are provided separately from each other in the vacuum container having the gas exhausting means, as described above. The surface of the electrode is exposed to atomic hydrogen.
【００２３】また第二の発明は、シリコン超微粒子の原
料として棒状、もしくは塊状シリコン部材を無電極放電
で発生させた高温プラズマ中に供給することを特徴とし
ている。このようなバルク原料を用いれば、原料部材か
らの蒸発原子のみによって超微粒子が製造される。すな
わち、従来の粉末原料を用いて超微粒子を製造する方法
にあったような、製造装置の構成材料成分が摩耗し高温
プラズマ中に混入されることはなくなる。その結果、生
成したシリコン超微粒子には他の不純物元素が混入する
ことはなくなる。The second invention is characterized in that a rod-shaped or lump-shaped silicon member is supplied as a raw material for the ultrafine silicon particles into a high temperature plasma generated by an electrodeless discharge. If such a bulk material is used, ultrafine particles are produced only by the vaporized atoms from the material member. That is, the constituent material components of the manufacturing apparatus are not worn away and mixed into the high-temperature plasma as in the conventional method of manufacturing ultrafine particles using powder raw materials. As a result, other impurity elements are not mixed in the generated silicon ultrafine particles.
【００２４】また本発明では、シリコン部材は電気的に
浮遊した状態で高温プラズマへ供給することも特徴とし
ている。すなわち、例えばシリコン部材が部材の供給装
置等との接続手段によっては、接地電位と導通する場合
がある。その場合には、無電極放電を発生させるための
高周波電力がシリコン部材にも吸収されやすなる。その
結果、高温プラズマはシリコン部材と前記高温プラズマ
発生容器との間でも発生する。すなわち、前記容器も高
温プラズマに曝されてしまい、容器の構成材料成分が高
温プラズマ中に混入、あるいは容器の損傷が発生すると
いうことになる。The present invention is also characterized in that the silicon member is supplied to the high temperature plasma in an electrically floating state. That is, for example, the silicon member may be electrically connected to the ground potential depending on the connecting means for connecting the silicon member to the supply device of the member. In that case, the high frequency power for generating the electrodeless discharge is easily absorbed in the silicon member. As a result, high temperature plasma is also generated between the silicon member and the high temperature plasma generation container. That is, the container is also exposed to the high temperature plasma, and the constituent material components of the container are mixed into the high temperature plasma, or the container is damaged.
【００２５】前記容器は、石英ガラス、炭化珪素、窒化
珪素等の耐熱材料でできてはいるものの、高温プラズマ
の温度が、例えば５０００℃以上と前記耐熱材料の融点
よりもはるかに高いので、このような状態で生成した超
微粒子には、前記耐熱材料の成分が混入しやすく、例え
ば半導体グレードもの高純度なシリコン超微粒子を製造
することが困難となる。Although the container is made of a heat resistant material such as quartz glass, silicon carbide or silicon nitride, the temperature of the high temperature plasma is much higher than the melting point of the heat resistant material, for example, 5000 ° C. or higher. The components of the above-mentioned heat-resistant material are easily mixed in the ultrafine particles generated in such a state, and it becomes difficult to produce silicon ultrafine particles of high purity such as semiconductor grade.
【００２６】このような課題に対して本発明では、シリ
コン部材は電気的に浮遊した状態で高温プラズマへ供給
するので、高周波電力がシリコンによって吸収されにく
い。従って、高温プラズマ発生容器が高温プラズマに曝
されることなく、生成したシリコン超微粒子に前記容器
の構成材料が混入することは防ぐことができる。In the present invention, the silicon member is supplied to the high temperature plasma in an electrically floating state, so that high frequency power is not easily absorbed by the silicon. Therefore, it is possible to prevent the constituent material of the container from being mixed into the generated ultrafine silicon particles without exposing the container for generating high temperature plasma to the high temperature plasma.
【００２７】また、本発明でも前記第一の発明に記した
ように半導体グレードの高純度なシリコン超微粒子を容
易に製造する手段として、原子状水素を用いることも特
徴としており、前記第一の発明と同様な作用が発揮でき
る。Further, the present invention is also characterized in that atomic hydrogen is used as a means for easily producing semiconductor-grade high-purity ultrafine silicon particles as described in the first invention. The same action as the invention can be exhibited.
【００２８】このように第二の発明によれば、例えば半
導体グレードもの高純度なシリコン超微粒子を製造する
ことが可能となる。As described above, according to the second invention, it is possible to manufacture high-purity silicon ultrafine particles of, for example, semiconductor grade.
【００２９】以上記したように本発明は、粒径の揃った
高純度なシリコン超微粒子が製造できるものである。As described above, the present invention can produce high-purity ultrafine silicon particles having a uniform particle size.
【００３０】[0030]
【実施例】以下に、第一の発明に基づくシリコン超微粒
子の製造実施例について記す。図１は第一の発明に基づ
くシリコン超微粒子製造装置の一実施形態例を示す。EXAMPLES Examples for producing silicon ultrafine particles based on the first invention will be described below. FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus for producing ultrafine silicon particles based on the first invention.
【００３１】本実施例でのシリコン超微粒子の製造手順
例を概説する。まず、第二の真空容器１７と第一の真空
容器６とを各々の真空容器に接続された真空ポンプ（図
示せず）によって、例えば１０ー6Ｔｏｒｒまで真空排気
する。次に第二の真空容器１７へアルゴンガス１１を供
給し、所定の圧力に設定する。また、第一の真空容器６
へ水素ガス５を供給し、所定の圧力に設定する。An example of a procedure for producing ultrafine silicon particles in this example will be outlined. First, the second vacuum container 17 and the first vacuum container 6 are evacuated to, for example, 10 −6 Torr by a vacuum pump (not shown) connected to each vacuum container. Next, the argon gas 11 is supplied to the second vacuum container 17 to set a predetermined pressure. In addition, the first vacuum container 6
Hydrogen gas 5 is supplied to the chamber to set a predetermined pressure.
【００３２】その後、ＲＦコイル１にＲＦ電源３から４
ＭＨｚの高周波電力を印加すると、高温プラズマ発生容
器２内で第二の高温プラズマ１４が発生する。引き続い
てシリコン電極９に直流電源４から直流電圧を印加する
と、第一の高温プラズマ１０が発生し、この高温プラズ
マの熱によって前記シリコン電極６は加熱、溶融し、そ
の結果シリコンの蒸発原子（図示せず）が発生する。そ
してシリコン超微粒子１３が煙となって上昇するのが確
認される。このとき、前記シリコンの溶融部からは赤熱
した粗大粒子１２も第二の高温プラズマ１４へ向かって
発生するのが観測されるが、この飛沫は第二の高温プラ
ズマ１４中を通過した後には認められなくなる。そし
て、第二の高温プラズマ１４からは、超微粒子１５の煙
（図示せず）のみが上昇していくのが確認される。After that, the RF power sources 3 to 4 are applied to the RF coil 1.
When the high frequency power of MHz is applied, the second high temperature plasma 14 is generated in the high temperature plasma generation container 2. Subsequently, when a DC voltage is applied to the silicon electrode 9 from the DC power supply 4, a first high temperature plasma 10 is generated, and the silicon electrode 6 is heated and melted by the heat of the high temperature plasma, and as a result, silicon vaporized atoms (Fig. (Not shown) occurs. It is confirmed that the ultrafine silicon particles 13 become smoke and rise. At this time, it is observed that the red-heated coarse particles 12 are also generated from the molten portion of the silicon toward the second high temperature plasma 14. However, the droplets are recognized after passing through the second high temperature plasma 14. I will not be able to. Then, it is confirmed that only the smoke (not shown) of the ultrafine particles 15 rises from the second high temperature plasma 14.
【００３３】シリコン電極９は、電極間隔を一定に保ち
超微粒子の生成を安定とするため、その消耗に応じて自
動供給している。The silicon electrode 9 is automatically supplied according to its consumption in order to keep the electrode interval constant and stabilize the generation of ultrafine particles.
【００３４】また、シリコン電極９の表面酸化層を除去
するための原子状水素は、本実施例では水素プラズマに
よって発生させた。すなわち本実施例では、図１に示す
ようにガラス製の第一の真空容器６に水素ガス５を供給
し、ＲＦコイル７に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印
加すると水素プラズマ８が発生する。シリコン電極９
は、このような原子状水素に曝しつつ、第二の真空容器
６へ前記のように自動供給した。Atomic hydrogen for removing the surface oxide layer of the silicon electrode 9 was generated by hydrogen plasma in this embodiment. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 1, hydrogen gas 5 is supplied to the first glass vacuum container 6 and high frequency power of 13.56 MHz is applied to the RF coil 7 to generate hydrogen plasma 8. Silicon electrode 9
Was automatically supplied to the second vacuum container 6 as described above while being exposed to such atomic hydrogen.
【００３５】第一の真空容器６は、シリコン電極９の表
面酸化層が原子状水素で還元されてできた生成物が、シ
リコン超微粒子の生成部である第二の真空容器１７に混
入してシリコン超微粒子の純度に悪影響を及ぼさないよ
うに、水素プラズマ８の発生中は真空ポンプ（図示せ
ず）で排気されている。In the first vacuum container 6, a product formed by reducing the surface oxide layer of the silicon electrode 9 with atomic hydrogen is mixed in a second vacuum container 17 which is a part for producing silicon ultrafine particles. The hydrogen plasma 8 is evacuated by a vacuum pump (not shown) during the generation of the hydrogen plasma 8 so as not to adversely affect the purity of the ultrafine silicon particles.
【００３６】また、第一の真空容器６で、原子状水素に
よって清浄化されたシリコン電極９は引続き第二の真空
容器１７へ供給されるが、その時、他の部分と接して純
度を低下することのないように、わずかの間隙を介して
第一の真空容器６と第二の真空容器１７が接続されてい
る。Further, the silicon electrode 9 cleaned by atomic hydrogen in the first vacuum container 6 is continuously supplied to the second vacuum container 17, but at that time, the silicon electrode 9 comes into contact with other parts to reduce the purity. As a matter of course, the first vacuum vessel 6 and the second vacuum vessel 17 are connected to each other through a slight gap.
【００３７】このようにして生成されたシリコン超微粒
子１５は、基板１６上に堆積していく。The ultrafine silicon particles 15 thus produced are deposited on the substrate 16.
【００３８】上記のような装置構成、製造手順でシリコ
ン超微粒子の製造を行った。製造条件は、第二の真空容
器１７のアルゴンガスの圧力を１００Ｔｏｒｒ、高周波
電力を１０ｋＷ、直流電源の出力電圧を５０Ｖ、電流を
２００Ａとした。また、シリコン電極９は、純度が１１
Ｎで、形状は直径２０ｍｍで長さ１ｍの棒状のものを用
いた。The ultrafine silicon particles were manufactured by the above apparatus structure and manufacturing procedure. The manufacturing conditions were such that the pressure of the argon gas in the second vacuum container 17 was 100 Torr, the high frequency power was 10 kW, the output voltage of the DC power supply was 50 V, and the current was 200 A. The silicon electrode 9 has a purity of 11
N, a rod-like shape having a diameter of 20 mm and a length of 1 m was used.
【００３９】また、水素プラズマ８の発生条件は、第一
の真空容器６での水素ガスの圧力を１．５Ｔｏｒｒと
し、ＲＦ電力を２５０Ｗとした。The hydrogen plasma 8 was generated under the conditions that the pressure of the hydrogen gas in the first vacuum container 6 was 1.5 Torr and the RF power was 250 W.
【００４０】その結果、基板１６上に堆積したシリコン
超微粒子の粒径は、高分解能ＳＥＭで６００ｎｍ角視野
を１０視野観測したところ、７〜１３ｎｍに分布をもつ
正規分布に近い粒径分布であって、その平均粒径は約１
０ｎｍであった。また、製造したシリコン超微粒子中に
粗大粒子の混入は認められなかった。As a result, the particle size of the ultrafine silicon particles deposited on the substrate 16 was close to the normal distribution having a distribution of 7 to 13 nm when 10 fields of view of a 600 nm square field were observed with a high resolution SEM. And its average particle size is about 1
It was 0 nm. Further, no inclusion of coarse particles was observed in the manufactured ultrafine silicon particles.
【００４１】また、基板１６上に堆積したシリコン超微
粒子の純度を評価したところ、１１Ｎの純度であるシリ
コン電極９に含有されていたもの以外の不純物は確認さ
れなかった。When the purity of the ultrafine silicon particles deposited on the substrate 16 was evaluated, no impurities other than those contained in the silicon electrode 9 having a purity of 11N were confirmed.
【００４２】次に、第二の発明に基づくシリコン超微粒
子の製造実施例について記す。図２は第二の発明に基づ
くシリコン超微粒子製造装置の一実施例を示す。Next, the production examples of ultrafine silicon particles based on the second invention will be described. FIG. 2 shows an embodiment of an apparatus for producing ultrafine silicon particles based on the second invention.
【００４３】本実施例でのシリコン超微粒子の製造手順
例を概説する。まず、第二の真空容器３１と第一の真空
容器２５とを各々の真空容器に接続された真空ポンプ
（図示せず）によって、例えば１０ー6Ｔｏｒｒまで真空
排気する。次に第二の真空容器３１へアルゴンガス２７
を供給し、所定の圧力に設定する。また、第一の真空容
器２５へ水素ガス２３を供給し、所定の圧力に設定す
る。An example of the procedure for producing silicon ultrafine particles in this example will be outlined. First, the second vacuum container 31 and the first vacuum container 25 are evacuated to, for example, 10 −6 Torr by a vacuum pump (not shown) connected to each vacuum container. Next, the argon gas 27 is transferred to the second vacuum container 31.
Is supplied and the pressure is set to a predetermined value. Further, the hydrogen gas 23 is supplied to the first vacuum container 25 and set to a predetermined pressure.
【００４４】その後、ＲＦコイル１８にＲＦ電源２０か
ら４ＭＨｚの高周波電力を印加すると、高温プラズマ発
生容器１９内で第二の高温プラズマ２８が発生する。こ
の高温プラズマの熱によってシリコン棒２４は加熱、溶
融し、その結果シリコンの蒸発原子（図示せず）が発生
する。そしてシリコン超微粒子２９が煙となって上昇す
るのが確認される。After that, when high frequency power of 4 MHz is applied to the RF coil 18 from the RF power source 20, the second high temperature plasma 28 is generated in the high temperature plasma generating container 19. The silicon rod 24 is heated and melted by the heat of this high-temperature plasma, and as a result, vaporized atoms (not shown) of silicon are generated. Then, it is confirmed that the ultrafine silicon particles 29 become smoke and rise.
【００４５】本実施例では、前記シリコン棒２４の溶融
部からは赤熱した粗大粒子等は観察されず、超微粒子２
９の煙（図示せず）のみが上昇していくのが確認され
る。In this embodiment, no reddish coarse particles or the like were observed from the molten portion of the silicon rod 24, and the ultrafine particles 2
Only smoke 9 (not shown) is seen rising.
【００４６】シリコン棒２４は、シリコン超微粒子を安
定に生成するために、その消耗に応じて高温プラズマ２
８へ自動供給している。The silicon rod 24 stably generates ultrafine silicon particles, so that the high temperature plasma 2 is generated depending on the consumption of the silicon ultrafine particles.
8 is automatically supplied.
【００４７】また、シリコン棒２４の表面酸化層を除去
するための原子状水素は、本実施例では水素プラズマに
よって発生させた。すなわち本実施例では、図２に示す
ようにガラス製の第一の真空容器２５に水素ガス２３を
供給し、ＲＦコイル２２に１３．５６ＭＨｚの高周波電
力を印加すると水素プラズマ２６が発生する。シリコン
棒２４は、このような原子状水素に曝しつつ、第二の真
空容器３１へ前記のように自動供給した。Further, atomic hydrogen for removing the surface oxide layer of the silicon rod 24 was generated by hydrogen plasma in this embodiment. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 2, when hydrogen gas 23 is supplied to the first vacuum container 25 made of glass and high frequency power of 13.56 MHz is applied to the RF coil 22, hydrogen plasma 26 is generated. The silicon rod 24 was automatically supplied to the second vacuum container 31 as described above while being exposed to such atomic hydrogen.
【００４８】第一の真空容器２５は、シリコン棒２４の
表面酸化層が原子状水素で還元されてできた生成物が、
シリコン超微粒子の生成部である第二の真空容器３１に
混入してシリコン超微粒子の純度に悪影響を及ぼさない
ように、水素プラズマ２６の発生中は真空ポンプ（図示
せず）で排気されている。In the first vacuum container 25, a product formed by reducing the surface oxide layer of the silicon rod 24 with atomic hydrogen is used.
The hydrogen plasma 26 is evacuated by a vacuum pump (not shown) during the generation of the hydrogen plasma 26 so as not to adversely affect the purity of the silicon ultrafine particles by being mixed in the second vacuum container 31 which is a generation portion of the silicon ultrafine particles. .
【００４９】また、第一の真空容器２５で、原子状水素
によって清浄化されたシリコン棒２４は引続き第二の真
空容器３１へ供給されるが、その時、他の部分と接して
純度を低下することのないように、わずかの間隙を介し
て第一の真空容器２５と第二の真空容器３１が接続され
ている。Further, the silicon rod 24 cleaned by atomic hydrogen in the first vacuum container 25 is continuously supplied to the second vacuum container 31, but at that time, the silicon rod 24 comes into contact with other parts to reduce the purity. As a matter of course, the first vacuum container 25 and the second vacuum container 31 are connected via a slight gap.
【００５０】このようにして生成されたシリコン超微粒
子２９は、基板３０上に堆積していく。The silicon ultrafine particles 29 thus generated are deposited on the substrate 30.
【００５１】上記のような装置構成、製造手順でシリコ
ン超微粒子の製造を行った。製造条件は、第二の真空容
器３１のアルゴンガスの圧力を１００Ｔｏｒｒ、高周波
電力を１０ｋＷとした。また、シリコン棒２４は、純度
が１１Ｎで、形状は直径２０ｍｍで長さ１ｍのものを用
いた。Silicon ultrafine particles were manufactured by the apparatus configuration and the manufacturing procedure as described above. The manufacturing conditions were such that the pressure of the argon gas in the second vacuum container 31 was 100 Torr and the high frequency power was 10 kW. The silicon rod 24 has a purity of 11 N and a shape of 20 mm in diameter and 1 m in length.
【００５２】その結果、基板３０上に堆積したシリコン
超微粒子の粒径は、高分解能ＳＥＭで６００ｎｍ角視野
を１０視野観測したところ、９〜１６ｎｍに分布をもつ
正規分布に近い粒径分布であって、その平均粒径は約１
２ｎｍであった。また、製造したシリコン超微粒子中に
粗大粒子の混入は認められなかった。As a result, the particle size of the ultrafine silicon particles deposited on the substrate 30 was a particle size distribution close to the normal distribution having a distribution of 9 to 16 nm when 10 fields of view of a 600 nm square field were observed with a high resolution SEM. And its average particle size is about 1
It was 2 nm. Further, no inclusion of coarse particles was observed in the manufactured ultrafine silicon particles.
【００５３】また、基板３０上に堆積したシリコン超微
粒子の純度を評価したところ、１１Ｎの純度であるシリ
コン棒２４に含有されていたもの以外の不純物は確認さ
れなかった。Further, when the purity of the ultrafine silicon particles deposited on the substrate 30 was evaluated, no impurities other than those contained in the silicon rod 24 having a purity of 11N were confirmed.
【００５４】本発明では、超微粒子の原料部材として、
Ｓｉインゴット等の塊状のものも使用でき、前記棒状の
原料部を用いた場合と同様に粒径の揃った超微粒子を製
造できる。In the present invention, as a raw material member for ultrafine particles,
A lump of Si ingot or the like can also be used, and ultrafine particles having a uniform particle size can be produced as in the case of using the rod-shaped raw material part.
【００５５】[0055]
【発明の効果】以上記したように、本発明の効果は、従
来の技術に比べて粗大粒子がほとんどない、粒径の揃っ
た高純度なシリコン超微粒子を製造できることである。
従って、本発明で製造したシリコン超微粒子を用いれ
ば、高性能な発光素子等の優れた電子部品等を提供でき
る等、産業上の効果は多大なものがある。As described above, the effect of the present invention is that it is possible to produce high-purity silicon ultrafine particles having a uniform particle size with almost no coarse particles as compared with the conventional techniques.
Therefore, if the ultrafine silicon particles produced by the present invention are used, it is possible to provide excellent electronic parts such as a high-performance light emitting device, and so on, which has a great industrial effect.
【図１】第一の発明に基づくシリコン超微粒子の製造方
法の実施形態例FIG. 1 is an embodiment example of a method for producing ultrafine silicon particles based on the first invention.
【図２】第二の発明に基づくシリコン超微粒子の製造方
法の実施形態例FIG. 2 is an embodiment example of a method for producing silicon ultrafine particles based on the second invention.
【図３】従来のシリコン超微粒子の製造装置の構成図FIG. 3 is a block diagram of a conventional apparatus for producing silicon ultrafine particles.
１、１８ ＲＦコイル ２、１９ 高温プラズマ発生容器 ３、２０ ＲＦ電源 ４ 直流電源 ５、２３ 水素ガス ６、２５ 第一の真空容器 ８、２６ 水素プラズマ ９ シリコン電極 １０ 第一の高温プラズマ １３、１５、２９ 超微粒子 １４、２８ 高温プラズマ １６、３０ 基板 １７、３１ 第二の真空容器 1, 18 RF coil 2, 19 High temperature plasma generation vessel 3, 20 RF power source 4 DC power source 5, 23 Hydrogen gas 6, 25 First vacuum vessel 8, 26 Hydrogen plasma 9 Silicon electrode 10 First high temperature plasma 13, 15 , 29 Ultrafine particles 14, 28 High temperature plasma 16, 30 Substrate 17, 31 Second vacuum container
Claims (5)
の高温プラズマによって前記シリコン電極を蒸発させた
後、引続き前記蒸発物を減圧雰囲気中において無電極放
電で発生させた第二の高温プラズマ中に通過させてなる
シリコン超微粒子の製造方法。1. A second high temperature plasma generated by vaporizing the silicon electrode by a first high temperature plasma generated between opposed silicon electrodes, and then continuously generating the vaporized substance by electrodeless discharge in a reduced pressure atmosphere. A method for producing ultrafine silicon particles which is passed through.
の高温プラズマの発生部とは別個に設けられて、ガスの
排気手段を有する真空容器内においてシリコン電極の表
面を原子状水素に曝し、引続きシリコン部材を前記第一
の高温プラズマ中へ供給することを特徴とする請求項１
記載のシリコン超微粒子の製造方法。2. A surface of a silicon electrode is converted to atomic hydrogen in a vacuum container provided separately from a first high temperature plasma generation section and a second high temperature plasma generation section and having a gas exhaust means. 2. Exposing and subsequently feeding a silicon member into the first high temperature plasma.
A method for producing the silicon ultrafine particles described.
させた高温プラズマ中に棒状、もしくは塊状のシリコン
部材を供給しつつ蒸発してなるシリコン超微粒子の製造
方法。3. A method for producing ultrafine silicon particles, which comprises evaporating while supplying a rod-shaped or lump-shaped silicon member into a high temperature plasma generated by electrodeless discharge in a reduced pressure atmosphere.
給することを特徴とする請求項３記載のシリコン超微粒
子の製造方法。4. The method for producing ultrafine silicon particles according to claim 3, wherein the silicon member is supplied in an electrically floating state.
設けられて、ガスの排気手段を有する真空容器内におい
てシリコン部材の表面を原子状水素に曝し、引続き前記
シリコン部材を高温プラズマ中へ供給することを特徴と
する請求項３記載のシリコン超微粒子の製造方法。5. A surface of a silicon member is exposed to atomic hydrogen in a vacuum container having a gas exhaust means provided separately from an atmosphere for producing ultrafine silicon particles, and then the silicon member is continuously supplied into high temperature plasma. The method for producing ultrafine silicon particles according to claim 3, wherein
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5071423A JPH06279015A (en) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Production of ultrafine silicon particle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5071423A JPH06279015A (en) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Production of ultrafine silicon particle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06279015A true JPH06279015A (en) | 1994-10-04 |
Family
ID=13460092
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| JP5071423A Pending JPH06279015A (en) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Production of ultrafine silicon particle |
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