JPH0891818A - 炭素クラスター含有硬質膜の製造方法 - Google Patents
炭素クラスター含有硬質膜の製造方法Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭素クラスターを含有する硬質膜を効率よ
く、安価に製造する方法の提供。 【構成】 不活性ガス（例えばＨｅ、好ましくは２０To
rr未満の圧力）中において、高純度ＳｉＣ（又はＳｉＣ
−Ｃ又はＳｉＣ−Ｓｉ等）からなるターゲットに、パル
スレーザーによる融蝕処理（アブレーション）を施し
て、ＳｉＣ母材中に炭素クラスター（Ｃ60，Ｃ70など）
粒子が分散含有されている硬質膜を製造する。
く、安価に製造する方法の提供。 【構成】 不活性ガス（例えばＨｅ、好ましくは２０To
rr未満の圧力）中において、高純度ＳｉＣ（又はＳｉＣ
−Ｃ又はＳｉＣ−Ｓｉ等）からなるターゲットに、パル
スレーザーによる融蝕処理（アブレーション）を施し
て、ＳｉＣ母材中に炭素クラスター（Ｃ60，Ｃ70など）
粒子が分散含有されている硬質膜を製造する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭素クラスター含有硬質
膜の製造方法に関する。さらに詳しく述べるならば、本
発明はパルスレーザーアブレーション法によりＳｉＣ母
材中に炭素クラスター粒子が分散含有されている硬質機
能膜を製造する方法に関するものである。
膜の製造方法に関する。さらに詳しく述べるならば、本
発明はパルスレーザーアブレーション法によりＳｉＣ母
材中に炭素クラスター粒子が分散含有されている硬質機
能膜を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１９８５年に Krotoと Smalleyらにより
はじめて炭素クラスター（Ｃ60，Ｃ70など）の存在が実
証された。このときに用いられた方法は、グラファイト
に高エネルギーのレーザー光（５３２nm）を照射し、グ
ラファイトを一瞬にして原子あるいはクラスタ状に蒸発
させ、それをＨｅガスで急冷安定化し、減圧容器に取り
込む方法であった。（レーザー蒸発法）
はじめて炭素クラスター（Ｃ60，Ｃ70など）の存在が実
証された。このときに用いられた方法は、グラファイト
に高エネルギーのレーザー光（５３２nm）を照射し、グ
ラファイトを一瞬にして原子あるいはクラスタ状に蒸発
させ、それをＨｅガスで急冷安定化し、減圧容器に取り
込む方法であった。（レーザー蒸発法）
【０００３】１９９０年、Kratschmerらは黒鉛の棒を用
いたコンタクトアーク法により、はじめてグラム・オー
ダーのＣ60，Ｃ70の生成回収に成功し、サッカーボール
形状、ラグビーボール形状と称されるＣ60，Ｃ70の構造
を実証した。（J.Phys.Chem.1990, 94, 8634-8636）こ
のときの製造方法は、真空容器の中で水冷可能な電極に
炭素棒を取り付け、容器を１００TorrのＨｅガスで充満
し、炭素棒に通電することによりこれを抵抗加熱する方
法であって、生成するススの中にＣ60およびＣ70が含ま
れていた。
いたコンタクトアーク法により、はじめてグラム・オー
ダーのＣ60，Ｃ70の生成回収に成功し、サッカーボール
形状、ラグビーボール形状と称されるＣ60，Ｃ70の構造
を実証した。（J.Phys.Chem.1990, 94, 8634-8636）こ
のときの製造方法は、真空容器の中で水冷可能な電極に
炭素棒を取り付け、容器を１００TorrのＨｅガスで充満
し、炭素棒に通電することによりこれを抵抗加熱する方
法であって、生成するススの中にＣ60およびＣ70が含ま
れていた。
【０００４】しかし、上記のようなコンタクトアーク法
には、安定に合成可能な条件（温度や圧力、原料濃度）
の範囲が非常に狭く、また、炭素クラスターの生成は冷
却用不活性ガスキャリア（Ｈｅ等）濃度に左右され、濃
度が薄い場合には、炭素クラスターは成長し難く、冷却
ガス濃度を濃くすることにより、はじめて炭素クラスタ
ー（Ｃ60，Ｃ70等）生成し得るなどの問題がある。
には、安定に合成可能な条件（温度や圧力、原料濃度）
の範囲が非常に狭く、また、炭素クラスターの生成は冷
却用不活性ガスキャリア（Ｈｅ等）濃度に左右され、濃
度が薄い場合には、炭素クラスターは成長し難く、冷却
ガス濃度を濃くすることにより、はじめて炭素クラスタ
ー（Ｃ60，Ｃ70等）生成し得るなどの問題がある。
【０００５】また、上記コンタクトアーク法には、炭素
クラスターを得るために、上記工程により得られたスス
を溶媒に溶かし、炭素クラスターを単離する工程が必要
であり、得られる炭素クラスター（Ｃ60，Ｃ70等）の収
量も少ないという問題を抱えている。そこで容易にしか
も安定に多量に炭素クラスターを合成できる製造方法の
開発が望まれていた。また、安定な炭素クラスター含有
薄膜の製造方法の開発が望まれていた。
クラスターを得るために、上記工程により得られたスス
を溶媒に溶かし、炭素クラスターを単離する工程が必要
であり、得られる炭素クラスター（Ｃ60，Ｃ70等）の収
量も少ないという問題を抱えている。そこで容易にしか
も安定に多量に炭素クラスターを合成できる製造方法の
開発が望まれていた。また、安定な炭素クラスター含有
薄膜の製造方法の開発が望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】炭素クラスターの作製
方法としては、アークコンタクト法が主流であるが、こ
の方法は、上述の問題点を有し、薄膜の作製には適して
いない。一方パルスレーザーアブレーション法は最近多
用されている薄膜作製法の一つである。
方法としては、アークコンタクト法が主流であるが、こ
の方法は、上述の問題点を有し、薄膜の作製には適して
いない。一方パルスレーザーアブレーション法は最近多
用されている薄膜作製法の一つである。
【０００７】このパルスレーザーアブレーション法に用
いるターゲット材としては各種炭素材料が考えられる。
しかし、ターゲット材を、高価な炭素クラスターターゲ
ット以外の炭素材料から合成することは困難である。例
えば、ターゲットとして通常用いられる高配向熱分解性
黒鉛（ＨＯＰＧ）を用いた場合、炭素クラスター
（Ｃ60，Ｃ70等）は生成されないことが確認されてい
る。すなわち上記方法により得られた膜体のＴＯＦ−Ｍ
Ｓスペクトルを図１を示す。図１から明らかなように、
得られた膜体中に、炭素クラスターは含まれていない。
いるターゲット材としては各種炭素材料が考えられる。
しかし、ターゲット材を、高価な炭素クラスターターゲ
ット以外の炭素材料から合成することは困難である。例
えば、ターゲットとして通常用いられる高配向熱分解性
黒鉛（ＨＯＰＧ）を用いた場合、炭素クラスター
（Ｃ60，Ｃ70等）は生成されないことが確認されてい
る。すなわち上記方法により得られた膜体のＴＯＦ−Ｍ
Ｓスペクトルを図１を示す。図１から明らかなように、
得られた膜体中に、炭素クラスターは含まれていない。
【０００８】また、パルスレーザーアブレーション法に
おいて、炭素クラスターを固めたものをターゲット材と
して用いた場合、炭素クラスター薄膜は形成されるもの
の、ターゲットが非常に高価であり、非効率であるとい
った問題がある。そこで、炭素クラスターを容易に形成
するための安価なターゲット材の開発が望まれていた。
おいて、炭素クラスターを固めたものをターゲット材と
して用いた場合、炭素クラスター薄膜は形成されるもの
の、ターゲットが非常に高価であり、非効率であるとい
った問題がある。そこで、炭素クラスターを容易に形成
するための安価なターゲット材の開発が望まれていた。
【０００９】このようなターゲット材の候補としてＳｉ
Ｃが考えられる。しかし、通常のＳｉＣ焼結体や、単結
晶ＳｉＣは不純物濃度が数％オーダーで含まれており、
これらをターゲットとして用いると、炭素クラスター
（Ｃ60等）は形成されないことが確認されている。すな
わち図２に通常のＳｉＣ焼結体をターゲットとして製造
された膜体のＴＯＦ−ＭＳスペクトルが示されている
が、図２は、この膜体が、炭素クラスターを含まないこ
とを示している。
Ｃが考えられる。しかし、通常のＳｉＣ焼結体や、単結
晶ＳｉＣは不純物濃度が数％オーダーで含まれており、
これらをターゲットとして用いると、炭素クラスター
（Ｃ60等）は形成されないことが確認されている。すな
わち図２に通常のＳｉＣ焼結体をターゲットとして製造
された膜体のＴＯＦ−ＭＳスペクトルが示されている
が、図２は、この膜体が、炭素クラスターを含まないこ
とを示している。
【００１０】そこで、炭素クラスターの製造が可能なタ
ーゲット材の開発が強く要望されていた。
ーゲット材の開発が強く要望されていた。
【００１１】本発明は、炭素クラスターを含む硬質膜を
安価に、かつ効率よく製造する方法を提供しようとする
ものである。
安価に、かつ効率よく製造する方法を提供しようとする
ものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明方法は不活性ガス
雰囲気中において、高純度炭化珪素複合材からなるター
ゲットに、パルスレーザーによる融蝕処理を施して、炭
化珪素母材中に、炭素クラスター粒子が分散含有されて
いる硬質膜を製造することを特徴とするものである。
雰囲気中において、高純度炭化珪素複合材からなるター
ゲットに、パルスレーザーによる融蝕処理を施して、炭
化珪素母材中に、炭素クラスター粒子が分散含有されて
いる硬質膜を製造することを特徴とするものである。
【００１３】本発明方法において、前記高純度炭化珪素
複合材が高純度ＳｉＣおよび高純度ＳｉＣ−Ｃから選ば
れた少なくとも１種と、高純度ＳｉＣ−Ｓｉからなるも
のであることが好ましい。
複合材が高純度ＳｉＣおよび高純度ＳｉＣ−Ｃから選ば
れた少なくとも１種と、高純度ＳｉＣ−Ｓｉからなるも
のであることが好ましい。
【００１４】本発明方法において、前記高純度炭化珪素
複合材の不純物濃度は、４ppm 以下であることが好まし
い。
複合材の不純物濃度は、４ppm 以下であることが好まし
い。
【００１５】本発明方法において、前記製膜工程におい
て、炭素クラスター粒子に加えて、Ｓｉn Ｃm （但しｎ
は１，２、又は３〜５００、ｍは１，２又は３〜５０
０）クラスターおよび／又はＳｉn （但しｎは６０、又
は７０〜５００）クラスターが生成してもよい。
て、炭素クラスター粒子に加えて、Ｓｉn Ｃm （但しｎ
は１，２、又は３〜５００、ｍは１，２又は３〜５０
０）クラスターおよび／又はＳｉn （但しｎは６０、又
は７０〜５００）クラスターが生成してもよい。
【００１６】本発明方法において、前記硬質膜中のＳｉ
Ｃ母材が非晶質であることが好ましい。
Ｃ母材が非晶質であることが好ましい。
【００１７】本発明方法において、前記不活性ガスがヘ
リウムであり、かつその圧力が２０Torr未満であること
が好ましい。
リウムであり、かつその圧力が２０Torr未満であること
が好ましい。
【００１８】本発明方法において、前記ヘリウムガスの
圧力を調整により前記炭素クラスターの生成を制御する
ことができる。
圧力を調整により前記炭素クラスターの生成を制御する
ことができる。
【００１９】
【作用】本発明方法においてパルスレーザーアブレーシ
ョン製膜法を用い、かつターゲット材として高純度炭化
珪素複合材を用いることにより炭化珪素（ＳｉＣ）から
なる母材中に炭素クラスター粒子を分散含有されている
硬質膜の製造が可能になった。
ョン製膜法を用い、かつターゲット材として高純度炭化
珪素複合材を用いることにより炭化珪素（ＳｉＣ）から
なる母材中に炭素クラスター粒子を分散含有されている
硬質膜の製造が可能になった。
【００２０】炭素クラスター（Ｃ60，Ｃ70など）を形成
している炭素は、純粋にｓｐ2 混成軌道のみを有するも
のではなく、これに若干のｓｐ3 混成軌道が混在してい
る状態（π軌道を含む）にある。そこで、本発明方法に
おいてはｓｐ3 軌道を有しているＳｉＣ複合材を用いる
ことにより、上記特性を有する炭素クラスターの製造に
成功したのである。
している炭素は、純粋にｓｐ2 混成軌道のみを有するも
のではなく、これに若干のｓｐ3 混成軌道が混在してい
る状態（π軌道を含む）にある。そこで、本発明方法に
おいてはｓｐ3 軌道を有しているＳｉＣ複合材を用いる
ことにより、上記特性を有する炭素クラスターの製造に
成功したのである。
【００２１】本発明方法に用いられる高純度炭化珪素複
合材は、平均粒子径が１μｍ以下の炭化珪素粉末と炭素
粉末（カーボンブラック、コロイド炭素等）又はＳｉ粉
末を焼結した材料からなるものであって、その不純物
（Ｆｅ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎａ，Ｃａなど）含有量の
合計が３０ppm 以下、好ましくは４ppm 未満であること
が好ましい。ターゲット材の不純物含有量が少ない程、
炭素クラスター生成に及ぼす悪影響を低くすることがで
きる。
合材は、平均粒子径が１μｍ以下の炭化珪素粉末と炭素
粉末（カーボンブラック、コロイド炭素等）又はＳｉ粉
末を焼結した材料からなるものであって、その不純物
（Ｆｅ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎａ，Ｃａなど）含有量の
合計が３０ppm 以下、好ましくは４ppm 未満であること
が好ましい。ターゲット材の不純物含有量が少ない程、
炭素クラスター生成に及ぼす悪影響を低くすることがで
きる。
【００２２】本発明方法に用いられる高純度ＳｉＣは高
純度超微粉末（平均粒子径が１μｍ以下、好ましくは
０．１μｍ以下）を原料として常圧焼結、雰囲気加圧焼
結、ホットプレス熱間加圧焼結方法により製造すること
ができる。また、高純度ＳｉＣ−Ｃは高純度ＳｉＣと高
純度炭素粉末を原料としてホットプレス等の焼結方法に
より製造することができる。さらに高純度ＳｉＣ−Ｓｉ
は高純度ＳｉＣと、高純度Ｃと高純度Ｓｉを原料として
Ｓｉリッチ配合とした成形体を反応焼結する方法により
製造することができる。
純度超微粉末（平均粒子径が１μｍ以下、好ましくは
０．１μｍ以下）を原料として常圧焼結、雰囲気加圧焼
結、ホットプレス熱間加圧焼結方法により製造すること
ができる。また、高純度ＳｉＣ−Ｃは高純度ＳｉＣと高
純度炭素粉末を原料としてホットプレス等の焼結方法に
より製造することができる。さらに高純度ＳｉＣ−Ｓｉ
は高純度ＳｉＣと、高純度Ｃと高純度Ｓｉを原料として
Ｓｉリッチ配合とした成形体を反応焼結する方法により
製造することができる。
【００２３】本発明方法において、パルスレーザーは例
えばＫｒＦエキシマレーザー、又はＡｒＦエキシマレー
ザーを用いて発生することができ、１９３〜２４８nm、
１〜２０Hz、１〜３０Ｊ／cm2 など特性を有するものを
用いることが好ましい。
えばＫｒＦエキシマレーザー、又はＡｒＦエキシマレー
ザーを用いて発生することができ、１９３〜２４８nm、
１〜２０Hz、１〜３０Ｊ／cm2 など特性を有するものを
用いることが好ましい。
【００２４】本発明方法において、ターゲット材にパル
スレーザーによるアブレーション（融蝕）を施すには、
例えば、第３図に示されているパルスレーザーデポジョ
ン装置、方法を用いることができる。第３図において強
化ガラス（パイレックス）チューブ１の一端の封止材１
ａにレーザー光を透過する合成石英製窓２が設けられ、
この窓２を通して光源（図示されていない）からパルス
レーザー３、例えばＫｒＦエキシマレーザーがチューブ
１内に投射される。チューブ１の他端の封止材１ｈに
は、チューブ１内部を真空ポンプ（図示されていない）
に連結するためのパイプ４、チューブ１内部に不活性ガ
スを送入するためのパイプ５、およびチューブ１内部の
真空度を測定するための真空ゲージ（図示されていな
い）用パイプ６が取りつけられており、さらに、ターゲ
ット位置調整手段７が取りつけられている。
スレーザーによるアブレーション（融蝕）を施すには、
例えば、第３図に示されているパルスレーザーデポジョ
ン装置、方法を用いることができる。第３図において強
化ガラス（パイレックス）チューブ１の一端の封止材１
ａにレーザー光を透過する合成石英製窓２が設けられ、
この窓２を通して光源（図示されていない）からパルス
レーザー３、例えばＫｒＦエキシマレーザーがチューブ
１内に投射される。チューブ１の他端の封止材１ｈに
は、チューブ１内部を真空ポンプ（図示されていない）
に連結するためのパイプ４、チューブ１内部に不活性ガ
スを送入するためのパイプ５、およびチューブ１内部の
真空度を測定するための真空ゲージ（図示されていな
い）用パイプ６が取りつけられており、さらに、ターゲ
ット位置調整手段７が取りつけられている。
【００２５】チューブ内には、ターゲット装着板８およ
び製膜基板９が配置され、これらは、ターゲット位置調
整手段７に連結されていて、ターゲット装着板８および
製膜基板９の位置ぎめが可能になっている。ターゲット
装着板８上にターゲット材１０が装着され、製膜基板９
の製膜面１１は、ターゲット材から所定の距離をおいて
対向している。
び製膜基板９が配置され、これらは、ターゲット位置調
整手段７に連結されていて、ターゲット装着板８および
製膜基板９の位置ぎめが可能になっている。ターゲット
装着板８上にターゲット材１０が装着され、製膜基板９
の製膜面１１は、ターゲット材から所定の距離をおいて
対向している。
【００２６】チューブ１内の空気を、真空ポンプ用パイ
プ４を介して除去し、チューブ１内に不活性ガス送入パ
イプ５を通して不活性ガスを導入し、真空ゲージ用パイ
プ６に連結された真空ゲージによりその圧力を所定値、
好ましくは２０Torr未満、より好ましくは１mTorr 〜１
０mTorr 、に調整する。次に、室温〜１００℃の温度に
おいて、チューブ１内の所定位置に配置されたターゲッ
ト材１０に、パルスレーザーが照射されると、ターゲッ
ト材は融蝕されて煙霧（プルーム）１２を発生し、製膜
基板９の製膜面１１上に薄膜が生成する。
プ４を介して除去し、チューブ１内に不活性ガス送入パ
イプ５を通して不活性ガスを導入し、真空ゲージ用パイ
プ６に連結された真空ゲージによりその圧力を所定値、
好ましくは２０Torr未満、より好ましくは１mTorr 〜１
０mTorr 、に調整する。次に、室温〜１００℃の温度に
おいて、チューブ１内の所定位置に配置されたターゲッ
ト材１０に、パルスレーザーが照射されると、ターゲッ
ト材は融蝕されて煙霧（プルーム）１２を発生し、製膜
基板９の製膜面１１上に薄膜が生成する。
【００２７】本発明方法により生成する炭素クラスター
（Ｃ60，Ｃ70など）は、空気中においても比較的安定で
あり、真空中では、４００℃に加熱しても化学的分解が
発生しないという特長を有しており、磁気ディスク、光
磁気ディスク、薄膜ヘッド用保護材料として有用であ
る。また、炭素クラスターは、有機材料および無機材料
の両者の特長を併せ有しているので、今後多くの用途に
利用されることが期待される。
（Ｃ60，Ｃ70など）は、空気中においても比較的安定で
あり、真空中では、４００℃に加熱しても化学的分解が
発生しないという特長を有しており、磁気ディスク、光
磁気ディスク、薄膜ヘッド用保護材料として有用であ
る。また、炭素クラスターは、有機材料および無機材料
の両者の特長を併せ有しているので、今後多くの用途に
利用されることが期待される。
【００２８】本発明方法により得られる薄膜はＳｉＣを
母材（マトリックス）とし、その中に炭素クラスターが
分散含有されている。このＳｉＣ母材は非晶質が主成分
である。一般に、得られる薄膜は１μｍ〜１０μｍの厚
さを有し、炭素クラスターの含有率は１〜１０重量％程
度であり、また炭素クラスター粒子は、１〜１０nmの粒
子サイズを有している。炭素クラスター粒子はＳｉＣ薄
膜母材の機械的特性（例えば潤滑特性、摩耗特性）およ
び電気的特性（例えば導電性、光導電性）を向上させる
のに有効なものである。
母材（マトリックス）とし、その中に炭素クラスターが
分散含有されている。このＳｉＣ母材は非晶質が主成分
である。一般に、得られる薄膜は１μｍ〜１０μｍの厚
さを有し、炭素クラスターの含有率は１〜１０重量％程
度であり、また炭素クラスター粒子は、１〜１０nmの粒
子サイズを有している。炭素クラスター粒子はＳｉＣ薄
膜母材の機械的特性（例えば潤滑特性、摩耗特性）およ
び電気的特性（例えば導電性、光導電性）を向上させる
のに有効なものである。
【００２９】炭素クラスター、例えばＣ60は球形構造を
有しているので潤滑性にすぐれ、高潤滑性高硬質薄膜の
分野に有用なものである。Ｃ60にはインターカレーショ
ンを施すことが可能である。例えばＣ60クラスターにア
ルカリ金属を導入することにより超伝導性を発現する。
この様な現象以外にも、ギャップ幅は、１．５eVの半導
体型バンド（絶縁体に近い）の特徴を生かした素子や、
インターカレーション元素の種類によっては新たなデバ
イスの開発が期待できる。さらに、炭素クラスターの非
線形光学特性、触媒機能、光電変換特性等これまでの化
合物に見られない特性を利用した新たな機能素子の開発
が期待できる。
有しているので潤滑性にすぐれ、高潤滑性高硬質薄膜の
分野に有用なものである。Ｃ60にはインターカレーショ
ンを施すことが可能である。例えばＣ60クラスターにア
ルカリ金属を導入することにより超伝導性を発現する。
この様な現象以外にも、ギャップ幅は、１．５eVの半導
体型バンド（絶縁体に近い）の特徴を生かした素子や、
インターカレーション元素の種類によっては新たなデバ
イスの開発が期待できる。さらに、炭素クラスターの非
線形光学特性、触媒機能、光電変換特性等これまでの化
合物に見られない特性を利用した新たな機能素子の開発
が期待できる。
【００３０】さらに、本発明方法において、不活性ガ
ス、例えばヘリウム（Ｈｅ）を低圧力（２０Torr未満）
で用いることができるから薄膜製造コストを低減するこ
とができる。
ス、例えばヘリウム（Ｈｅ）を低圧力（２０Torr未満）
で用いることができるから薄膜製造コストを低減するこ
とができる。
【００３１】本発明方法により得られる硬質膜中には、
炭素クラスター粒子に加えて、Ｓｉn Ｃm （但し、ｎは
１，２、又は３〜５００、ｍは１，２、又は３〜５０
０）クラスターおよび／又はＳｉn （但しｎは６０、又
は７０〜５００）クラスターが含まれていてもよい。
炭素クラスター粒子に加えて、Ｓｉn Ｃm （但し、ｎは
１，２、又は３〜５００、ｍは１，２、又は３〜５０
０）クラスターおよび／又はＳｉn （但しｎは６０、又
は７０〜５００）クラスターが含まれていてもよい。
【００３２】本発明方法において、炭素クラスターの生
成速度は不活性ガス雰囲気の圧力に依存するので、この
圧力を調整することにより、炭素クラスターの生成を制
御することができる。不活性ガス雰囲気の圧力は２０To
rr未満であることが好ましく、１mTorr 〜１０mTorr で
あることがより好ましい。
成速度は不活性ガス雰囲気の圧力に依存するので、この
圧力を調整することにより、炭素クラスターの生成を制
御することができる。不活性ガス雰囲気の圧力は２０To
rr未満であることが好ましく、１mTorr 〜１０mTorr で
あることがより好ましい。
【００３３】
【実施例】本発明を下記実施例によりさらに説明する。
図３に示されているパルスレーザーデポジション装置を
用いて、Ｓｉ基板上に炭素クラスター含有ＳｉＣ薄膜を
製造した。レーザーとしてＫｒＦエキシマレーザー（２
４８nm、５Hz、５Ｊ／cm2 ）を用いた。ターゲット材
は、熱プラズマＣＶＤ法により合成された高純度ＳｉＣ
超微粉末（平均粒子径が１μｍ以下、好ましくは０．１
μｍ以下）を用いて製造された高純度ＳｉＣ焼結体であ
って、その不純物含有量は４ppm 未満であった。図３に
おいてチューブ１内を真空にし、ヘリウムを送入して、
その圧力を１×１０-3Torrとした。基板温度は室温であ
った。
図３に示されているパルスレーザーデポジション装置を
用いて、Ｓｉ基板上に炭素クラスター含有ＳｉＣ薄膜を
製造した。レーザーとしてＫｒＦエキシマレーザー（２
４８nm、５Hz、５Ｊ／cm2 ）を用いた。ターゲット材
は、熱プラズマＣＶＤ法により合成された高純度ＳｉＣ
超微粉末（平均粒子径が１μｍ以下、好ましくは０．１
μｍ以下）を用いて製造された高純度ＳｉＣ焼結体であ
って、その不純物含有量は４ppm 未満であった。図３に
おいてチューブ１内を真空にし、ヘリウムを送入して、
その圧力を１×１０-3Torrとした。基板温度は室温であ
った。
【００３４】ターゲット材、および得られた薄膜中に含
まれるクラスターについて、レーザー脱離リフレクトロ
ン飛行時間（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）
質量分析計（Ｆｉｎｎｉｇａｎ ＭＡＴ：：ＶＩＳＩＯ
Ｎ ２０００）を用いて測定した。図４に、ターゲット
材のＴＯＦ−ＭＳスペクトルを示す。図４から明らかな
ように、用いられたターゲット材中には炭素クラスター
（Ｃ60（質量数：７２０），Ｃ70（質量数：８４０）な
ど）は全く含まれていなかった。図５および６，７に得
られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳスペクトルを示す。図５にお
いて、低質量数領域においてＳｉn Ｃm （ｎ，ｍ＝０，
１、又は２〜２０）に由来するピークが認められた。ま
た図６および７において高質量数領域においてＣ60クラ
スターイオンに由来する強いピークが検出された。
まれるクラスターについて、レーザー脱離リフレクトロ
ン飛行時間（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）
質量分析計（Ｆｉｎｎｉｇａｎ ＭＡＴ：：ＶＩＳＩＯ
Ｎ ２０００）を用いて測定した。図４に、ターゲット
材のＴＯＦ−ＭＳスペクトルを示す。図４から明らかな
ように、用いられたターゲット材中には炭素クラスター
（Ｃ60（質量数：７２０），Ｃ70（質量数：８４０）な
ど）は全く含まれていなかった。図５および６，７に得
られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳスペクトルを示す。図５にお
いて、低質量数領域においてＳｉn Ｃm （ｎ，ｍ＝０，
１、又は２〜２０）に由来するピークが認められた。ま
た図６および７において高質量数領域においてＣ60クラ
スターイオンに由来する強いピークが検出された。
【００３５】上記の結果から、パルスレーザーアブレー
ション法による製膜において、ターゲット材として、炭
素クラスターを含まないものを用いても炭素クラスター
を合成し得ることが確認された。すなわち、高純度Ｓｉ
Ｃ，ＳｉＣ−Ｃおよび／又はＳｉＣ−Ｓｉをターゲット
材として用い、これにパルスレーザーアブレーションを
施すことにより炭素クラスター（Ｃ60など）を含有する
ＳｉＣ薄膜を得ることができる。
ション法による製膜において、ターゲット材として、炭
素クラスターを含まないものを用いても炭素クラスター
を合成し得ることが確認された。すなわち、高純度Ｓｉ
Ｃ，ＳｉＣ−Ｃおよび／又はＳｉＣ−Ｓｉをターゲット
材として用い、これにパルスレーザーアブレーションを
施すことにより炭素クラスター（Ｃ60など）を含有する
ＳｉＣ薄膜を得ることができる。
【００３６】比較のために、ヘリウムガス雰囲気の圧力
を２０Torrに変更したことを除き、上記と同一の操作を
行った。得られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳスペクトルを図８
に示す。図８から明らかなように得られた薄膜中には炭
素クラスター（Ｃ60など）は認められなかった。
を２０Torrに変更したことを除き、上記と同一の操作を
行った。得られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳスペクトルを図８
に示す。図８から明らかなように得られた薄膜中には炭
素クラスター（Ｃ60など）は認められなかった。
【００３７】
【発明の効果】本発明方法により炭素クラスターを含む
ＳｉＣ薄膜を製造することができる。炭素クラスター
（フラーレン）は、ダイアモンドに次ぐ硬質を有し、従
ってＳｉＣ薄膜よりも高い硬質を有している。Ｃ60クラ
スターは球形状構造を有しているので潤滑性にすぐれた
高硬質薄膜の分野に有用なものである。本発明の炭素ク
ラスター含有硬質膜は、その炭化珪素母材が高純度を有
するものであり、かつ炭素クラスターも高純度を有す
る。
ＳｉＣ薄膜を製造することができる。炭素クラスター
（フラーレン）は、ダイアモンドに次ぐ硬質を有し、従
ってＳｉＣ薄膜よりも高い硬質を有している。Ｃ60クラ
スターは球形状構造を有しているので潤滑性にすぐれた
高硬質薄膜の分野に有用なものである。本発明の炭素ク
ラスター含有硬質膜は、その炭化珪素母材が高純度を有
するものであり、かつ炭素クラスターも高純度を有す
る。
【図１】図１は、従来方法において、高配向熱分解性黒
鉛（ＨＯＰＧ）を用いて得られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳス
ペクトル。
鉛（ＨＯＰＧ）を用いて得られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳス
ペクトル。
【図２】図２は、低純度ＳｉＣを用いる従来方法により
得られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
得られた薄膜のＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
【図３】図３は、本発明方法に用いられるパルスレーザ
ーアブレーション装置の構成を示す説明図。
ーアブレーション装置の構成を示す説明図。
【図４】図４は、本発明方法においてターゲット材とし
て用いられる高純度ＳｉＣのＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
て用いられる高純度ＳｉＣのＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
【図５】図５は本発明方法により製造された薄膜の低質
量数領域におけるＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
量数領域におけるＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
【図６】図６は、本発明方法により製造された薄膜の高
質量数領域におけるＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
質量数領域におけるＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
【図７】図７は、本発明方法により製造された薄膜の高
質量領域におけるＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
質量領域におけるＴＯＦ−ＭＳスペクトル。
【図８】比較例として製造された薄膜のＴＯＦ−ＭＳス
ペクトル。
ペクトル。
１…ガラスチューブ １ａ，１ｂ…端部封止材 ２…合成石英窓 ３…パルスレーザー ４…真空ポンプ用パイプ ５…不活性ガス導入パイプ ６…真空ゲージ用パイプ ７…ターゲット位置調整手段 ８…ターゲット装着板 ９…基板ホルダー １０…ターゲット材 １１…製膜用基板 １２…煙霧
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 裕俊 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社中央研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 不活性ガス雰囲気中において、高純度炭
化珪素複合材からなるターゲットに、パルスレーザーに
よる融蝕処理を施して、炭化珪素母材中に、炭素クラス
ター粒子が分散含有されている硬質膜を製造する方法。 - 【請求項２】 前記高純度炭化珪素複合材が高純度Ｓｉ
Ｃ、高純度ＳｉＣ−Ｃ、および高純度ＳｉＣ−Ｓｉから
なる群から選ばれた少なくとも１種からなる請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 前記高純度炭化珪素複合材の不純物濃度
が４ppm 以下である、請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記製膜工程において、炭素クラスター
粒子に加えて、Ｓｉn Ｃm （但しｎは１，２、又は３〜
５００、ｍは１，２又は３〜５００）クラスターおよび
／又はＳｉn （但しｎは６０、又は７０〜５００）クラ
スターが生成する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記硬質膜中のＳｉＣ母材が非晶質であ
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記不活性ガスがヘリウムであり、かつ
その圧力が２０Torr未満である、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項７】 前記ヘリウムガスの圧力を調整すること
により前記炭素クラスターの生成を制御する、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項８】 炭化珪素母材中に、炭素クラスター粒子
が分散含有されている硬質膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6248851A JPH0891818A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 炭素クラスター含有硬質膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6248851A JPH0891818A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 炭素クラスター含有硬質膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0891818A true JPH0891818A (ja) | 1996-04-09 |
Family
ID=17184374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6248851A Pending JPH0891818A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 炭素クラスター含有硬質膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0891818A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998042620A1 (en) * | 1997-03-21 | 1998-10-01 | Japan Fine Ceramics Center | Process for producing carbon nanotubes, process for producing carbon nanotube film, and structure provided with carbon nanotube film |
| EP1195255A4 (en) * | 1999-06-15 | 2007-07-18 | Rohm Co Ltd | THERMAL PRESSURE HEAD AND MANUFACTURING METHOD |
| JP2009521384A (ja) * | 2005-11-29 | 2009-06-04 | セルゲイ、ニコラエビッチ、マキシモブスキー | ナノ寸法クラスターを形成してそこから秩序構造を構築する方法 |
| JP2010030854A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | カーボンオニオン粒子分散膜及びその製造方法 |
| JP2015040156A (ja) * | 2013-08-23 | 2015-03-02 | 日本電信電話株式会社 | グラフェン形成方法および形成装置 |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6248851A patent/JPH0891818A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998042620A1 (en) * | 1997-03-21 | 1998-10-01 | Japan Fine Ceramics Center | Process for producing carbon nanotubes, process for producing carbon nanotube film, and structure provided with carbon nanotube film |
| US6303094B1 (en) | 1997-03-21 | 2001-10-16 | Japan Fine Ceramics Center | Process for producing carbon nanotubes, process for producing carbon nanotube film, and structure provided with carbon nanotube film |
| EP1195255A4 (en) * | 1999-06-15 | 2007-07-18 | Rohm Co Ltd | THERMAL PRESSURE HEAD AND MANUFACTURING METHOD |
| JP2009521384A (ja) * | 2005-11-29 | 2009-06-04 | セルゲイ、ニコラエビッチ、マキシモブスキー | ナノ寸法クラスターを形成してそこから秩序構造を構築する方法 |
| JP2010030854A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | カーボンオニオン粒子分散膜及びその製造方法 |
| JP2015040156A (ja) * | 2013-08-23 | 2015-03-02 | 日本電信電話株式会社 | グラフェン形成方法および形成装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040316 |