JPS5931021A - 高圧の非局所熱平衡ア−クプラズマを利用する基質上へのコ−テイングの析出法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に非局所（ｎｏｎ−ｌｏｃａｌ　）熱平衡
アークプラズマを使うことによる基質上へのコーティン
グの析出（ｄｅｐｏｓｌｔｌｏｎ　）　　に関する。さ
らに詳しくは、本発明は非局所熱平衡回転アークプラズ
マを使うことにより、好ましくは常圧での基質上へのコ
ーティングの析出法に関する。

被覆できる基質としては、半導体用の導電または非導電
基質および慣性閉じ込め核融合法用の核燃料ターゲット
として利用されるガラスミクロバルンを含む。

一般に、半導体基質およびレーザー核融合（１ａｓｅｒ
　ｆｕｓｌｏｎ　）　　ターグットのような基質ヲコー
ティングするためのプラズマ法は低圧法である。

核融合ターグット（ｆｕｓｌｏｎ　ｔａｒｇｅｔｓ　）
　　のコーティングに使う一方法は、バウンド（ｂｏｕ
ｎｄ　）するターグットのバッチでまたはガスジェット
で浮揚したターグットでのマダネトロンスノ母ツタ−で
ある。しかし、析出工程中ターゲットをバウンドさせる
と、コーティングが破損するかまたは靜電相６ 夏作用または冷間溶接によってターグットがバウンド板
にまたは互に接着する傾向がある。コーティング工程中
ガスジェットを使う浮揚法（１ａｖｌａｔｌｏｎ　ｐｒ
ｏｃ・■）は、ターグットと浮揚体の間の静電相互作用
により妨害され、一方ス・ｆツタ−に要求される低圧は
浮揚法を妨害する・半導体基質上への半導体物質の析出
は、熱またはプラズマ援助（ａｓｓｌｓｔｅｄ　）　　
の化学蒸着またはグロー放電、ス・９ツタ−５熱蒸発の
ような低圧析出法を用い行なわれてきた。低圧プラズマ
析出法は、特徴的には低析出速度を示し、プラズマ援助
を使う場合プラズマ化学反応は、低収率である。

しかし、低温で存在する遊離の原子および基の存在を含
む低圧プラズマの非局所熱平衡特性を維持することが望
まれる。非局所熱平衡プラズマにおいては、低密度の電
子および分子種が存在する。

さらに、基底、イオン化または励起状態の原子、遊離基
、分子種の温度は電子の温度よりはるかに低い。

基質上にコーテイング物質を析出させるため高圧プラズ
マの使用が米国特許第４，００３，７７０号および第４
，２９２．５４２号に提案されている。

米国特許第４，００３，７７０号は正常のプラズマ吹付
は法を記載しており、この場合コーテイング物質の融解
粒子が基質上に放出されるように物質をアークで加熱す
る。コーテイング物質の原子の大きさの種を活性化し、
この活性種を基質上に析出させる本発明におけるような
所望の化学反応が起ること金許さない。

米国特許第４，２９２，３４２号は、局所熱平衡法を利
用する高圧プラズマ法を記載している。

高圧プラズマ源を使う析出速度は増加し、プラズマ化学
法の収率は、一層大きい。しかし、高圧局所熱平衡プラ
ズマを使うとき、低ガス温度では事実上活性原子または
遊離基稙は、存在しない。電子、分子、原子および遊離
基種を含むすべての種は、はぼ同一温度で存在する。析
出反応のクエンチングがしばしば必要であり、含まれる
高温は析出物質の型をきびしく制限し、利用できる化学
相１作用をきびしく制限する。

そこで、本発明の目的は析出のためコーテイング物質の
Ｎ１を活性化するため高圧プラズマ源を利用し、活性種
（ａｃｔｌｖａｔ＠ｄ　５ｐｅｃｉｅｓ　）が１プラズ
マに対し電子温度以下の温度で存在するように非局所熱
平衡特性を維持することにより、基質上へのコーテイン
グ物質の析出法を提供することにある。

局所熱平衡を特徴とする高圧プラズマでは、電子、分子
、原子および遊離基種を含むすべてのプラズマ種の温度
は、はぼ同一温度で存在する。しかし、非局所熱平衡プ
ラズマにおいては、原子および遊離基種は電子温度より
もはるかに低い温度で存在する。通常のプラズマジェッ
トにおいては、存在する種の軸方向および半径方向温度
分布は不均一である。

本発明の方法に従えば、高圧非局所熱平衡プラズマをア
ーク中に発生させ、アークの運動を誘起する。利用する
系の好ましい形状寸法（ｇ＠ｏｍｅｔｒｙ）においては
、陽極は管形をとり、陰極は上記管の９ 中央の棒である。磁場においては、陰極と陽極の間のア
ークプラズマは陽極の内部周辺の１わりを回転し、回転
ディスクの時間合成図を形成する。

回転プラズマにおいては、特に高度のイオン化を有する
粒子に対し、プラズマ中の粒子の滞留時間が増す。しか
し、低度にイオン化した粒子も数回回転プラズマ中に捕
獲できる。陰極と陽極の周辺の間のプラズマ中の原子お
よび遊離基種の温度分布は比較的均一なことがわかり（
電子温度はなお原子および遊離基種の温度と異なるが）
、基質の円滑なコーティングを許すのに原子および遊離
基種の活性化に使用できる。

一般に、本発明の方法は少なくとも０．１気圧の圧力で
非局所熱平衡アークプラズマを発生させ、コーテイング
物″ｉ［−アークプラズマ内に導入し、基質物質をアー
クプラズマに接近させてＷｅ、それによってアークプラ
ズマにより形成される当該コーテイング物質の種を基質
と接触させてコーティングを形成す、ることを含む基質
のコーティング法を含んでいる。

０ 一層均一な温度分布を生じ、またプラズマ中の種の滞留
時間を増すために、発生したアークプラズマをアークプ
ラズマに運動を誘起できる、最も好ましくはアークの回
転を誘起できる磁場にさらすのが好ましい。

本発明の１具体什に従えば、アークプラズマが第１電極
と当該第１電極に接近した第２電極の間で非局所熱平衡
で存在できる電場条件を確立し、アークプラズマの運動
を誘起するために当該第１電極および第２電極の領域に
磁場を確立し、少なくとも第１電極と第２電極の間の領
域に少なくとも約０．１気圧の圧力で予め選択したガス
状壌境を確立し維持し、 コーティング物質全アークプラズマ内に導入シ、基質物
質全アークプラズマに接近して置き、それによってアー
クプラズマにより形成される当該コーテイング物質の活
性種を基質と接触させて；−テイングを形成することに
よシ被覆した基質を調造する。

本発明の１−風体化においては、約０．１気圧より大き
い圧力で非局所熱平衡アークプラズマを発生させ、 少なくとも一つの半導体成分元素をアークプラズマ内に
導入し、 基質物質をアークプラズマに接近させてｍｅ、それによ
ってアークプラズマにより形成される当該半導体物質の
活性種を基質と接触させて半導体領域を形成することに
より半導体をつくる。

また本発明に従えば、約０．１気圧より大きい圧力で非
局所熱平衡アークプラズマを発生させ、少なくとも１種
の光応答半導体成分元素をアークプラズマ内に導入し、 基質物質をアークプラズマに接近して置き、それによっ
てアークプラズマにより形成される当該半導体物質の活
性種を基質と接触させて半導体領域を形成することによ
り光起電力半導体装＃をつくる。

当該装置を照明することによって生じる電流を伝えるた
め、通常の方法で導体を用意できる。当該装置１け好ま
しくはｐ−型、真性（Ｉｎｔｒｌｎｓｌｃ　）およびｎ
−Ｗ領域でつくられる。

本発明は主題の方法によってつくられた物品および装置
も含む。

本発明の方法に於ては、プラズマ発生装置の陰極と陽極
の間でガスの存在で非局所熱平衡（非−ＬＴＥ）７−ク
プラズマを発生させる。このガスはアルゴン、キセノン
、クリプトン、ヘリウムなどのような不活性ガスからな
る。ガスを約０．　１気圧以上で約３気圧までの圧力で
、好ましくは約１気圧の圧力で電極領域に導入する。

種々の方法でコーテイング物質をプラズマ内に導入でき
る。

１方法ては、コーテイング物質を陰極上にまたは陰極中
に置くことができ、そこでコーテイング物質は陰極の熱
により蒸発し、キャリヤーガスによりプラズマ領域に運
ばれる。キャリヤーガスは上記のガスから選ぶことがで
きる。一方、レーデ−のような外部エネルギー源によっ
て、コーテイング物質を電極領域で蒸発できる。

別法では、コーテイング物質を電極領域外で蒸３ 発し、キャリヤーガスにより電極領域に輸送でき、また
はキャリヤーガス流中の細かい粒子として導入できる。

好ましくは、コーテイング物質を粉末、粒、箔、または
薄い針金のようなち密な状態で電極領域に導入し、つい
で最も便利には陰極でまたは陰極上で発生する熱によっ
てその場所で蒸発さセル。コーテイング物質をさらにシ
ランのよタナガス形で１！極領域に導入でき、または導
電性であれば犠牲陰極中に合体できる。コーテイング物
質の導入法を以下にさらに詳しく述べる。

基質上に析出するのに適したコーテイング物質は、ケイ
素およびダルマニウム、リン、ホウ素、ヒ素、窒素、ア
ルミニウム、ガリウムなトｆｔ含むがこれらに限定され
ない他の半導体成分またはドーパント物質、および金属
、亜鉛、銅、ニッケル、コバルト、鉄、カドミウム、銀
、金、白金、・臂ラジウムなどを含むがこれらに限定さ
れない好ましくは中等ないし高イオン化ポテンシャルを
有する金属を含む。コーテイング物質の選択は、被覆し
た基質を使わうとする用途に依存する。

４ 本発明の方法に従えば、半導体、光起電力薄膜、核融合
ターグツトペレット（ｆｕｓｌｏｎ　ｔａｒｇｅｔｌ）
ａｌｌｏｔｓ　）または被覆ミクロバルン、高公差軸受
、ノ９シベーション層（５ＩＮ２　）　　のよつ＆保ｆ
ｉコーティングを含む被覆基質を製造できる。したがっ
て、利用される基質はガラスミクロバルン、石英、ガラ
ス、またはアルミニウム、ステンレス鋼などのような導
電性金属を含むことができる。

電気を伝えるために、１橿またはそれ以上の物質または
元素の少なくとも一つの別個のノーを形成するため析出
法によって半導体物質全蓄積できる。

特に、この方法は、放射エネルギーを電気に変換するの
に有用な多結晶または無定形物質の光起電力薄膜の形成
に適している。ケイ素またはダルマニウムのような物質
をドー・量ントおよび（または）バンドギャップ変更元
素と共に析出できる。ｐＨｔｎ物−（当該技術分野で呼
ばれる）の別個のまたは次第に替る層を望む１＠序で順
次析出できるように、析出工程中電極領域に導入する物
質の型と割合を変形できる。

慣性核融合ターゲットの１製造法は、重水素−トリチウ
ム、重水素−重水素、またはトリチウム−トリチウム燃
料含有ガラスミクロバルンのまわりに金属の層を析出す
ることを含む。該金属１−は、適当なエネルギーのレー
ザー、ｆルスによって衝突される核燃料の圧縮と加熱を
助け、燃料物質の熱核燃焼または核融合を生じる。

本発明の方法に従えば、電極領域で陰極と陽極の間に電
圧を印加し、電極領域でガスを分解させることによって
、非−ＬＴＥアークプラズマを発生さす。ガスは約０．
１〜３気圧の圧力で、好ましくけ約１気圧またはそれ以
上で電極領域に導入される。コーテイング物質は上記の
ようにアークプラズマ内に導入され、好ましくはほぼ陰
極領域で蒸発され、キャリヤーガスによりアークプラズ
マ内にはこばれる。コーテイング物質はアークプラズマ
によって活性な原子および遊陥基橿に励起され、これら
の活性種は化学反応および基質上への析出に適している
。基質をアークプラズマに接近して省き、プラズマ中で
形成されるコーティング物ノ［の活性種はガスにより電
極領域からはこぼれて、基質と接触しコーティングを形
成する。

プラズマの発生に使うアーク電流は０．５アンペア程度
の低さであることができるが、一般には２〜１０アンペ
ア、好ましくは約３〜６アンペアの範囲である。アーク
電流は、使う電極材料、導入するキャリヤーガス、活性
化コーテイング物質の性質のために了−クプラズマの実
質的非−ＬＴＥ特性を失なわせるアンペア数を越えるべ
きではない。列挙した一臂ラメーターのある組合せに対
し、この上限アンペア数を実験的に決定できる。電極に
印加する電圧は、約２０〜約２００ゲルトの範囲である
ことができる。回転を行なう点を目で観察することによ
り、利用する特定の系に対しアークプラズマの回転を誘
起するのに使う磁場を決定できるが、約８０〜約２２５
ガウスの磁場強さが使われてきた。

陰極温度は、その長さに沿うて変化するが、陰極の先端
では約４０００〜６０００℃の温度が存在でき、温度は
先端から陰極の先細部分に隣接し７ た区域で約５００〜ａｏｏｃの温度まで迅速に減少する
。プラズマの温度は、アークの周辺で２００〜８００℃
と測定され、約３００〜５０ｏｃの温度が好ましい。下
記のように出口オリフィスから放出するプラズマジェッ
トの温度は、２ｏｏ〜７００Ｃと測定された。アーク電
流を増すことによりプラズマ温度を増加できる。

本発明の方法を利用し、析出速度は基質上に１ミクロン
／分まで測定された。この速度は通常の低圧弁−ＬＴＥ
析出法の少なくとも１０倍の増加を表わす。キャリヤー
ガスを系に導入する速度は、プラズマ全操作しようとす
る温度、プラズマ中の活性種に所望滞留時間、および類
似の考慮に依存するが、常圧でアルゴン約１．９〜３．
０１１分の流量が下記の装置で使われた。

以下、図面を参照し、本発明の方法の実施に適した装置
を説明する。

本発明の装置はプラズマ発生のための陰極および陽極、
非−ＬＴＥ条件を維持するためアークプラズマを運動さ
せる装置、コーテイング物質を電８ 他領域に導入する装備、基質′ｔｌ−置いて基質上に励
起または活性化したコーティング物質全析出させる領域
を有するものである。

第１図、第２図、および第３図は高圧および非−Ｌ工Ｅ
条件下で操作するアーク発生プラズマによ如基賃上に物
質を析出するための数字１０で一般に示される装置を例
示するものである。装置１０は、陽極１１、陰極］２、
磁場発生器１３、環境制御器１４、アーク電力供給器１
５を含む。

陽極１】は、円筒形中空電極であり、好ましくはアーク
プラズマの発生で起るととが知られているような電流お
よび温度条件に耐えることのできるＡＭまたはタングス
テンのような適当な導電性物質から形成される。陰極１
２は円筒形電極で、直径が陽極１１より小さく１端２０
で先細になっており、また好ましくは陽極１１に類似の
適当な導電性物質、最も好ましくは黒鉛から形成される
。

陰極１２の先細端２０は、下記のような適当な機構によ
り陽極１１内に同軸でのびている。この形態では、陽極
１１と陰極１２０間に下記で説明する必要な電圧と電流
を印加すると、陰極１２の先細端２０とこれに放射状に
最本接近している陽極１１の内部周辺の間にぶつかるア
ークを生じる・環境制御器１４は、アークプラズマ中に
高圧、非−ＬＴＥ条件を維持するのに必要な陽極１１と
陰極１２０間の環境の選んだ制御を可能にし、析出物質
をアークプラズマ内に導入できるビークルを供給する。

環境制御器１４は、２個の環状鏡板ハウジング２１．２
２を含み、このなかに陽極１１の端が挿入されており、
２個の鏡板２３．２４は夫々ハウジング２１．２２にさ
さえられてお如、そのすべては陽極１１と共Ｋ１１ｌ極
１１の内部に閉じた密封室２５′Ｉｋ規定している。勿
論、ハウジング２１，２２および鏡板２３．２４は、装
置１０の操作中発生する極度の温度（典型的には数千℃
まで）に耐えることのできるセラミックスのような材料
から選ぶ必要がある。さらに、操作中アークプラズマを
直接目で観察できることが有用であり得る。３Ｍ社、サ
ウスカロライナ、米国から人手できる「ラバ」のような
セラミックスからつくったハウジング２１．２２および
ザファイヤからつくった鏡板２３．２４が、必要な温度
拘束に合格し、またアークプラズマを比較的ゆがみなく
みることができることがわかった。

陰極１２はどちらかの鏡板２３．２４で孔２６を通過で
き０例では陰極１２が鏡板２３を通過することが示され
ている）、一層容易に陰極１２に対し軸方向支持を与え
また部屋２５を周囲環境から密封に保つために孔２６と
陰極１２の間にはさまれたガスケット２８を通過できる
。部屋２５内に予め選んだ圧力で予め選んだガス状環境
を導入し、排気し、維持するために、ガス口３０．３１
が夫々ハウジング２１．２２に孔をあけられている。

アークプラズマ内に原子種としてはこばれる物質の析出
は、アークプラズマが非−ＬＴＥｉ性を維持して予め選
んだ空間領域中で運動、最も好ましくは回転させられる
とき、著しく容易にできる。

陰極１２の先細端２０と陽極１１の内部周辺の間で装置
１０内でぶつかり回転させられたアークは、１ 同様に回転するプラズマ領域を発生し、時間を通しディ
スク形領域１６を規定しあられれる。

陽極１１の環状周辺に沿ったすべての点に対し直角な流
東線を有する磁場を発生さすことにより、プラズマアー
クの回転を誘起できる。このような磁場を与える一つの
確立された技術はいわゆるヘムホルツコイル配列を使う
ことであり、この場合陽極１１より大きい直径の２個の
コイル３３．３４を、部屋２５０両端の放射状外側に陽
極１１と縦軸−線に配置する。適当な直流源３５により
刺戟すると、必要な変化しない磁場が高度に均一な磁場
の大きさと方向ケもって確立される。複数の個々に調節
できる止めねじ３９を有するリング支持物３６．３７を
部屋２５の支持のため備えることができるので、部屋２
５と磁場を一線にするため補正を行なうことができる。

ヘムホルツコイル形態は受入れられる磁場全誘起するこ
とがわかったが、プラズマ領域の望む運動を誘起する変
化しないまたは時間により変る場を与えるどの装置また
は方法を使うこともできる。

２ 事実、物質析出に利用される特別な幾例学および析出物
質の特性に依存して、環状以外の運動が異なる用途に好
ましいことがあ９得る。

アーク電力供給器１５は陽極１１と陰極１２の間を電気
接続するため、低電圧（たとえば約６０〜２００７ドル
ト）、低直流（たとえば約２〜１０アンペア）電力源を
含む。アークプラズマを維持するのに必要な正確な電圧
と電流は、析出物質のイオン化ポテンシャルと陽極１１
と陰極１２０間の間隔に主として依存する。しかし、一
層低い電流が非−ＬＴＥ条件に対し最も助けとなること
がわかっているから、関心の物質の原子種を励起するの
に必要な最小の電流の大きさを使うのが好ましい。たと
えば、キャリヤーガスとしてアルゴンを使い、析出物質
として亜鉛を使い、約９ｗｓ＠れた黒鉛電極での成功し
た操作は、３５対ルトて２アンペア程度の小ささで実施
された。

電流の大きさの肇動はアークプラズマの運動に悪影響を
与え得るから、アーク電力供給器１５は当業者が熟知の
多くの方法のどれかで調節する必要がある。さらに、陽
極１１と陰極１２の間に導入されるガスの初期分解を起
させるのに必要々電位を与え、その間にアークをぶつけ
るために、電力供給器１５はテスラコイルのような高電
圧イン・母ルス発生器を合体できる。

析出物質を部屋２５内のキャリヤーガス中に導入するた
めに幾つかの方法が使える。まず、先細端２０の後方の
短かい距離で陰極１２１７ｉ：受器４０の孔をあけ、そ
のなかに所望の析出物質の粉末供給物を入れることがで
きる。操作中、受器付近の陰極１２は析出物質を蒸発さ
せるの罠十分な温度に達し、この蒸気はキャリヤーガス
によりアークプラズマ内に運ばれ、その原子種がプラズ
マ中に存在する状態に活性化され、この種はついでキャ
リヤーガスにより析出場所に運ばれる。簡単ではあるが
、受器４０の使用はこの有限の物質供給物を補充するた
めに装置１０の定期的停止を必要とする。

受器４０の使用の代りにまたは使用のほかに、第４図に
示すように、陰極１２の縦軸を通して小さな孔４１をつ
くり、析出物質４２を連続して部屋２５に供給できる。

先細端２０の付近の温度はアークプラズマ内に導入する
ため析出物質４２を蒸発さす。

受器４０または小孔４１を使う代りにまたは使うほかに
、部屋２５の外部に置かれたレーザーのようなエネルギ
ー源から熱をかけることによって、析出物質を部屋２５
内で蒸発できる。使われるレーザービームはサファイア
鏡板２３．２４を通過でき、別の具体化でＦｉ鐘板はリ
アルタイムビデオ監視器を含む静止または活動写真装置
のだめの光学通路を与えることができる。

析出物質を装置１０の外部で蒸発させ、部屋２５に入れ
る前にキャリヤーがス内に注入できる。

しかし、この場合、蒸発した析出物質がアークプラズマ
内に導入前に凝縮しないように、キャリヤーがスを予熱
し高温に保つ必要があり得る。

第４図でもつともよく示されるように部屋２５内の領域
で析出を実施でき、またＦｉ第１図および第３図に示す
ように部屋２５の外部の領域で析５ 出を実施できる。析出を部屋２５内で行なわりとすると
きは、陰極１２が部屋２５に入る鏡板２３と反対側で、
陽極１１端とハウジング２２の間に基質４３をはさむこ
とができる。この場合、アークプラズマ領域１６が基質
４３に隣接するかまたは間隔１を置いた関係となるまで
、陰極１２と部屋２５内にのばす。

部屋２５の外部での析出は、陽極１１内に出口オリフィ
ス４４を含めることにより実施できる。

アークの周辺が非−り丁Ｅ粂件で最高濃度の種を含むこ
とがわかっているから、出口オリフィス４４に接近して
わずかに片よらせてアークプラズマ領域１６を適当に一
列にならべると、部屋２５を出るプラズマのジェット流
會生じ、プラズマのジェット流内に置かれた基質上に最
も有効な析出を可能にする。

ガラスミクロバルンのような微小回転楕円体基質は、部
屋２５の適当な口全通し連結する乗せ支えを利用するこ
とにより部屋２５内に除去できるよう置くことができる
。さらに、コーテイング物６ 質の完全な均一な析出のため、このような基質を部屋２
５内に置くことができ、または部屋に入るガス懸濁ジェ
ットまたはレーデ−ビーム（図示してない）によって浮
揚させることができる◎基質区域で析出物質の一層高濃
度の種を確立するのに有用な複アークプラズマ領域を、
部屋２５内にさらに陰極を挿入することによシ確立でき
る。

たとえば、陰極１２と同一方式で、鏡板１４全通し、第
１図および第２図に示したように部屋２５内に第２の陰
極（図示してない）を挿入できる。

装［１０は比較的高圧（たとえば約０．１〜３気圧）で
アークプラズマを発生するよう操作し、上記のような石
英、ガラス、または金属のよりな梱々の基質上に種々の
物質を析出するのに好ましい非−ＬＴＥ条件を示す。第
３図に最も都合よく示した具体化に関しては、操作の準
備において、上記のようにケイ案、他の半導体げ一ノ４
／ントまたは成分元素、金属および特に中等ないし高イ
オン化ポテンシャルを有する全域であることができるが
これらに限定されない析出物質の供給物を、粉末形で受
器４０に入れ、先細端２ｏが出口オリフィス４４に接近
するように陰極１２を部屋２５に入れる。キャリヤーガ
ス、好ましくはアルゴンのような不活性元素をガス口３
０．３１を経て部屋２５を通し、それにより部屋２５か
ら他のガスを７９−ジする。

プラズマ領域の回転を誘起する磁場を確立するように、
直流源３５により供給される重力でコイル３３および３
４を賦活することによって活動操作を開始する。次にア
ーク電力供給器１５内のテスラコイルが高電圧イン・９
ルスを発生し、陰極１２の先細端２０とそれに放射状に
最も接近した陽極の内部周辺との間にぶつかるアークを
生じる。

それと同時に、アーク電力供給器１５は陽極１１と陰極
１２を横切って、予め選んだガス状キャリヤー内圧確立
したアークを維持するのに十分な低電圧直流を印加する
。アークによって生じたプラズマは数千度の温度に達す
る。アークにより生じた熱は陰極に伝えられ、金属また
は他の析出物質を蒸発させてその種がプラズマ内に存在
する状態に活性化するためアークプラズマ内に送る。キ
ャリヤーガスはさらにこれらの種を出ロオリフィース４
４の外へ運び、そこでその付近にあるもの（たとえば核
融合反応で使われるようなガラスミクロバルンターゲッ
トｔたは平らな基質）はコーテイング物質で１ミクロン
以下から数ミクロンの厚さに均一に被覆できる。上記の
ように、被覆しようとする基質を陽極ｌｌ内に置き、尚
核種が基質にぶつかるように陰極１２を適当に置くこと
ができる。

図面のアークプラズマ発生装置を用い、亜鉛金属と酸化
亜鉛の混合物を平らな石英基質上に析出させた。

実施例１ 石英基質を第４図に示したような装置の部屋２５内（陽
極１１の内部）に置いた。亜鉛金属粒を陰極１２上の受
器４０（第３図）に置くことによシ、亜鉛をプラズマに
導入した。電流を流して陰極を加熱すると、亜鉛は昇華
し、ガス口３０を通し陰極で約１気圧の圧力で導入され
た痕跡量の９ 酸素を含むアルゴンキャリヤーガスによりプラズマ内に
運ばれた。石英基質を陰極から１２朋の距離に置いた。

電極に電位を印加することによってアークをぶつけ、コ
イル３３および３４を賦活することにより磁場を印加す
ることによって、回転プラズマ起した。生成亜鉛金属／
酸化亜鉛コーティングの導電率は導電性と半導電性の間
で変化することがわかった。

実施例２ 空気中で操作するプラズマ発生装置で析出を行なつ九が
、ただしアルゴンをガス口３０．３１で部屋２５に導入
し、基質を出口オリフィス４４の前面で部屋２５の外部
に置いた。アークを実施例１のようＫぶつけ、亜鉛を陰
極１２上の受器４゜から昇華させ、回転アークプラズマ
１６へト運び、そこで原子亜鉛種の励起または活性化が
起った。

活性化亜鉛コーテイング物質をアルゴンガスにより出口
オリフィスを通して運び、基質に衝突させ基質上に酸化
亜鉛として析出させた。使ったアーク電流は３アンペア
で、磁場は２００ガウスであ０ つた。出口オリフィスから放出したジェット温度は約４
００℃であった。プラズマ中の亜鉛濃度が安定化した７
分後に基質を導入し、出口オリフィスから１５１１１１
の距離に置いた。プロフィロメトリーにより、３分の析
出時間で約７００　ｎｍ　のコーティングが得られたこ
とがわかり、コーティングは酸化亜鉛からなっていた。

これらの実施例は、コーテイング物質の活性種を発生さ
せるため非局所熱平衡アークプラズマを利用しコーティ
ングを達成できることを示している。析出速度は低圧グ
ツズ！源を利用する従来の当該技術の方法よシ屯著しく
増加する。酸化物の形成を除去することが望まれるとき
は、析出を行なう圧力よりもわずかに大きい圧力でアル
ゴンのような不活性ガスをみたした部屋にプラズマ発生
装置を閉じ込めることができる。これは空気中の酸素が
プラズマ内に導入されて発生活性種と反応するのを防ぐ
。

そこで５本発明は既に述べた目的を遂行することは、当
業者には明らかであろう。本発明は、上記実施例により
制限されないことを理解すべｔである〇 これらは単に操作可能なことを示すために与えたもので
あり、本発明の精神から離れることがなければ、特定の
基質、コーテイング物質、電極物質、および温度、圧力
、アーク電流々どのようなプロセスノ４２メーターの選
択はこの明細書全体の記載から決定でき、勿論本発明の
技術的範囲は、特許請求の範囲内に入る本発明の変形お
よび同等の具体化を含むことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、析出物質をプラズマ内に導入するための陰極
フィード受器（第３図参照）およびプラズマジェット中
で陽極の外部で析出を行なうための出口オリフィスを有
する本発明の概念にしながう装置の例の正両立面図であ
る。 第２図は、第１図の線２−２で切った第１図に示した装
置の側面立面図である。 第３図は、第２図の線６−３で切った第１図および第２
図に示した装置の垂直断面図である。 第４図は、析出物質をプラズマ内に導入するための連続
供給機病およびプラズマアーク領域で陽極の内部に析出
基質表面を有する本発明に従う別の装置の側面立面図で
ある。 ３ 第１頁の続き ■発　明　者　ジョージ・フエイゼカスアメリカ合衆国
ニューヨーク州 １４６２０口チェスター・ロッキン ガム７６ ０発　明　者　ジョン・アール・ミラーアメリカ合衆国
ニューヨーク州 １４５２６ペンフイールド・ベアド ・ロード１９１５ １２３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）約０．１気王よシ大きい圧力で非局所熱平衡アー
   クプラズマを発生させ、コーテイング物質をアークプラ
   ズマ内に導入し、基質物質をアークプラズマに接近させ
   て當き、それによってアークプラズマにより形成される
   当該コーテイング物質の活性稿を基質と接触させてコー
   ティングを形成することを特徴とする基質のコーティン
   グ法。 （２）　　アークプラズ々の運動を誘起する特許請求の
   範囲第（１）項【記載の基質のコーティング法。 （３１アークプラズマを回転する工程を含む特許請求の
   範囲第（２）項に記載の基質のコーティング法０（４）
   基質物質をアークプラズマの周辺に置く特許請求の範囲
   第（１）項に記載の基質のコーティング法０ （５）　　キャリヤーガスをアークプラズマと接触させ
   てコーテイング物質の活性種を基質に運ぶ特許請求の範
   囲第（１）項に記載の基質のコーティング法０ （６）　　キャリヤーガスがコーテイング物質をアーク
   プラズマに導入する特許請求の範囲第（５）項に記載の
   基質のコーティング法。 （７）　　キャリヤーガスが不活性ガスである特許請求
   の範囲第（５１項に記載の基質のコーティング法。 （８）　　コーテイング物質が金属からなる特許請求の
   範囲第（１）項に記載の基質のコーティング法。 （９）　　コーテイング物質が半導体成分元素から々る
   特許請求の範囲第（１）項に記載の基質のコーティング
   法。 （イ）　基質が導電性である特許請求の範囲第（１）項
   に記載の基質のコーティング法。 ０９　基質がガラスミクロバルンである特許請求の範囲
   第（１）項に記載の基質のコーティング法。 （ロ）　圧力が約０．１〜約３気圧である特許請求の範
   囲第（１）項に記載の基質のコーティング法。 ａＳ　　圧力が約１気圧である特許請求の範囲第（１）
   項に記載の基質のコーティング法。 ０４　　陰極および陰極に接近した陽極の間に０．５ア
   ンにアより大きい電流を流することによってアークプラ
   ズマを発生させる特許請求の範囲第（１）項に記載の基
   質のコーティング法。 ０９１ｆ流が約２〜約１０アンペアである％Ｐｆｆｍ求
   の範囲第０２項に記載の基質のコーティング法。 ＋１６１　　電流が約３〜約６アンペアである特許請求
   の、　範囲第０４項に記載の基質のコーティング法。 ａｎ　　コーテイング物質を陰極上に、または陰極中Ｋ
   ｆｔ！、当該コーテイング物質を蒸発させることによっ
   て、コーテイング物質を導入することを含む特許請求の
   範囲第０４項に記載の基質のコーティング法。 錦　外部エネルギー源により陰極および陽極の領域でコ
   ーテイング物質を蒸発させることにより、コーテイング
   物質をアークプラズマ内に導入することを含む特許請求
   の範囲第α◆項に記載の基質のコーティング法。 Ｈ外部エネルギー源がレーザーである特許請求の範囲第
   一項に記載の基質のコーティング法。 ００陽極および陽極を横切シ約２０〜約２０（］、Ｎル
   トの電圧を印加する特許請求の範囲第０４項に記載の基
   質のコーティング法。 （２１＋　　：Ｉ−ティンダ物質が、亜鉛、銅、ニッケ
   ル、コバルト、鉄、カドミウム、銀、金、白金、）ｆラ
   ジウムから選ばれる特許請求の範囲第（１）項に記載の
   基質のコーティング法。 の　コーテイング物質を、ガス形でアークプラズマ内に
   導入することを含む％軒請求の範囲第（１）項に記載の
   基質のコーティング法。 ■　アークプラズマの刷込の温度が、約２００〜約８０
   ０℃である特許請求の範囲第（１）項に記載の基質のコ
   ーティング法。 ＠　約０．１気圧より大きい圧力で非局所熱平衡アーク
   プラズマを発生させ、少々くとも１種の半導体成分元素
   をアークプラズマ内に導入し、基質物質をアークプラズ
   マに接近させて置き、それによってアークプラズマによ
   り形成される半導体物質の活性種を基質と接触させて半
   導体領域を形成することを特徴とする半導体の製造法Ｏ 凶　アークプラズマの運動を誘起する特許請求の範囲第
   ０４項に記載の半導体の製造法。 （至）　アークプラズマを回転する工程を含む、特許請
   求の範囲第固項に記載の半導体の製造法。 Ｑｎ　　キャリヤーガスをアークプラズマと接触させて
   半導体元素の活性種を基質へ運ぶ、特許請求の範囲第Ｃ
   ｌ４１項に記載の半導体の製造法。 ２１０　　基質が導電性である、特許請求の範囲鮪＠項
   に記載の半導体の製造法。 ｃ！１　　圧力が約０．１〜３気圧である、特許請求の
   範囲第０４項に記載の半導体の製造法。 ■　圧力が約１気圧である特許請求の範囲第（２）項に
   記載の半導体の製造法。 Ｇυ　半導体元素がケイ素からなる特許請求の範囲第１
   ２４１項に記載の半導体の製造法。 ３２　半導体元素が、さらに少なくとも１種のドー・母
   ント元素からなる特許請求の範囲第６９項に記載の半導
   体の製造法。 （至）　Ｐ−パント元素が、ヒ素、リン、窒素から選ば
   れる特許請求の範囲第Ｃ１３項に記載の半導体の製造法
   ０ Ｃ（（転）　ドーパント元素が、ホウ素、アルミニウム
   、ガリウムから選ばれる特許請求の範囲第０２項に記載
   の半導体の製造法。 （至）　半導体元素が、ダルマニウムからなる特許請求
   の範囲第一項に記載の半導体の製造法。 （至）約０．１気圧よシ大きい圧力で非局所熱平衡アー
   クプラズマを発生させ、少なくとも１種の光応答半導体
   成分元素をアークプラズマ内に導入し、基質物質をアー
   クプラズマに接近して置き、それによってアークプラズ
   マにより形成される半導体元素の活性種を基質と接触さ
   せて半導体領域を形成することを含む光起電力半導体装
   置の製造法。 Ｃｌ７１　　少なくとも一つのドープされた半導体領域
   が形成されるようＫ、半導体ドーパント物質をアークプ
   ラズマ内に導入することを含む特許請求の範囲第（至）
   項に記載の、光起電力半導体装置の製造法。 （至）　ｎ−型ドーパント元素をアークプラズマに導入
   する特許請求の範囲第０ｎ　Ｘ］に記載の、光起電力半
   導体装置の製造法。 Ｃ（ｌ　　ｐ−型ドー・９ント元素をアークプラズマに
   導入する特許請求の範囲第０７１項に記載の、光起電力
   半導体装置の製造法。 ０１　　ドーノｆントがヒ素、リン、窒素から選ばれる
   特許請求の範囲第（至）項に記載の、光起電力半導体装
   置の製造法。 ＩＩ）　　ドーノ９ントがホウ素、ガリウム、アルミニ
   ウムから選ばれる特許請求の範囲第Ｃ（１項に記載の、
   光起電力半導体装置の製造法。 （６）半導体元素がケイ素からなる特許請求の範囲第（
   至）項に記載の、光起電力半導体装置の製造法。 ０１　　半導体元素がダルマニウム“からなる特許請求
   の範囲第Ｃ＠項に記載の、光起電力半導体装置の製造法
   。 ０４　　基質物質が導電性である％ｉ？！ｌ−請求の範
   囲第（至）項に記載の、光起電力半導体装置の製造法。 （４５１半導体装置がｐ−型、真性、およびｎ−型半導
   体物質の各々の少々くとも１領域からなる特許請求の範
   囲第Ｃ１７１項に記載の、光起電力半導体装置の製造法
   。 １４Ｉ１９　　半導体装置を照明することにより生じる
   電流を伝えるため導体を用意することを含む％許請求の
   範囲第（至）項に記載の、光起電力半導体装置の製造法
   。 ＋４７）　　アークプラズマが第１を極および該第１電
   極に接近した第２電極の間で非局所熱平衡で存在できる
   電場条件を確立し、アークプラズマの運動を誘起するた
   めに該第１電極および第２電極の領域に磁場を確立し、
   少なくとも第１電極および第２電極の領域に少々くとも
   約０．１気圧の圧力で予め選んだガス状環境を確立し維
   持し、コーテイング物質をアークプラズマ内に導入し、
   基質物質をアークプラズマに接近して置き、それによっ
   てアークプラズマにより形成される該コーテイング物質
   の活性種を基質と接触させてコーティングを形成するこ
   とを特徴とする基質のコーティング法。 に）　アークプラズマの回転を誘起する特許請求の範囲
   第＋４７１項に記載の、基質のコーティング法。 −予め選んだガス状環境が不活性ガスからなる特許請求
   の範囲第一り項に記載の、基質のコーティング法。 ６〔予め選んだガス状環境が酸素を排除する特許請求の
   範囲第り９項に記載の、基質のコーティング法。 ６υ　基質物質をアークプラズマの周辺に置く特許請求
   の範囲第（４？１項に記載の、基質のコーティング法。 −コーテイング物質が金属からなる特許請求の範囲第１
   ？′１項に記載の、基質のコーティング法。 １ｌＳ８１　　コーテイング物質が牛導体成分元素から
   なる特許請求の範囲第１４７ｉ項に記載の基質のコーテ
   ィング法。 ０　基質が、導電性である特許請求の範囲第１η項に記
   載の基質のコーティング法。 （ト）　基質が、ガラスミクロバルンである特許請求の
   範囲第（４７１項に記載の基質のコーティング法。 （至）第１および第２電極の間に約０．５アンペアより
   大きい電流を流すことにより、アークプラズマを発生さ
   せる特許請求の範囲第（４７１項に記載の、基質のコー
   ティング法。 口　約０．１気圧よシ大きい圧力で非局所熱平衡アーク
   プラズマを発生させ、コーテイング物質をアークプラズ
   マ内に導入し、基質物質をアークプラズマに接近させて
   置き、それＫよってアークプラズマにより形成される該
   コーテイング物質の活性種を基質と接触させてコーティ
   ングを形成することを含む方法により製造した被覆基質
   からなる物品。 （至）　了−クプラズマの運動を誘起する特許請求の範
   囲第Ｃ（７１項に記載の、被覆基質からなる物品。 ６１　　アークプラズマを回転する工程を含む、特許請
   求の範囲第（至）項に記載の被覆基質からなる物品。 ■　コーテイング物質が、金属からなる特許請求の範囲
   第６η項に記載の被覆基質からなる物品。 伯υ　コーテイング物質が、半導体成分元素からなる％
   ｌＦＦ請求の範囲第６η項に記載の被覆基質からなる物
   品。 １３　　基質が導電性である、特許請求の範囲第６η項
   に記載の被覆基質からなる物品。 １３１　　基質がガラスミクロバルンからなる、特許請
   求の範囲第６７）項に記載の被覆基質からなる物品。 Ｉ４Ｊ　　コーテイング物質が、亜鉛、銅、ニッケル、
   コバルト、鉄、カドミウム、銀、金、白金、パラジウム
   から選ばれる特許請求の範囲第５１１項に記載の被覆基
   質からなる物品。 （へ）約０．１気圧より大きい圧力で非局所熱平衡アー
   クプラズマを発生させ、少なくとも１種の半導体成分元
   素をアークプラズマ内に導入し、基質物質をアークプラ
   ズマに接近させて置き、それＫよってアークプラズマに
   より形成される当該中導体物質の活性種を基質に接触さ
   せて半導体膜を形成することからなる方法によって製造
   した半導体。 １ 輸　アークプラズマの運動を誘起する特許請求の範囲第
   一項に記載の半導体。 ｌη　アークプラズマを回転する工程を含む％Ｆｆ請求
   の範囲第一項に記載の半導体。 −基質が導電性である特許請求の範囲第６９項に記載の
   半導体。 −半導体元素がケイ素からなる、特許請求の範囲第一項
   に記載の半導体。 σＧ　半導体元素が、さらに少なくとも１種のドーパン
   ト元素からなる、特許請求の範囲第一項に記載の半導体
   。 συ　ドーパントが、ヒ素、リン、窒素から選ばれる特
   許請求の範囲第６０項に記載の半導体。 ａ３　　ドーノ臂ントが、ホウ素、アルミニウム、ガリ
   ウムから選ばれる特許請求の範囲第６Ｑ項に記載の半導
   体。 ６３　　半導体元素が、ゲルマニウムからなる特許請求
   の範囲第（へ）項に記載の半導体。 σ楊　約０．１気圧より大きい圧力で非局所熱平衡アー
   クプラズマを発生させ、光応答半導体元素２ をアークプラズマ内に導入し、基質物質をアークプラズ
   マに接近して置き、それによってアークプラズマによｐ
   形成される当該中導体物質の活性種を基質と接触させて
   半導体層を形成することを含む方法により製造した光起
   電力半導体装置。 σＳ　少なくとも一つのドープされた半導体領域が形成
   されるように、半導体ドーパント元素をアークプラズマ
   内に導入することを含む４！軒請求の範囲第σ４項に記
   載の、光起電力半導体装置。 σＩｎ−型ドー型置−ト元素をアークプラズマへ導入す
   る特許請求の範囲第６９項に記載の、光起電力半導体装
   置。 ａｎ　　ｐ−型ドーパント元素をアークプラズマ内に導
   入する特許請求の範囲第υ暖項に記載の、光起電力半導
   体装置。 σ樽　ドー・９ントがヒ素、リン、窒素から選ばれる特
   許請求の範囲第σＱ項に記載の、光起電力半導体装置。 ｆｆｌ　　ドーノ臂ントがホウ素、ガリウム、アルミニ
   ウムから選ばれる特許請求の範囲第σ７ｊ項に記載の、
   光起電力半導体装置。 ■　半導体元素がケイ素からなる、特許請求の範囲第σ
   ４項に記載の、光起電力半導体装置。 侶υ　半導体元素がゲルマニウムからなる、特許請求の
   範囲第６４項に記載の光起電力半導体装置。 Ｉ３　　基質物質が導電性である、特許請求の範囲第６
   ４項に記載の光起電力半導体装置。 輸　半導体装置がｐ−型、真性、およびｎ−型半導体物
   質の各々の少々くとも１領域からなる、特許請求の範囲
   第四項に記載の光起電力半導体装置。 −半導体装置の照明により生じる電流を伝えるため導体
   を用意することを含む、特許請求の範囲第６４項に記載
   の、光起電力半導体装置。 （ハ）　アークプラズマが第１電極および当該第１電極
   に接近した第２電極の間で非局所熱平衡で存在できる電
   場条件を確立し、アークプラズマの運動を誘起するため
   当該第１電極および第２電極の領域に磁場を確立し、少
   なくとも＃！１電極と第２電極の間の領域に少々くとも
   約０８１気圧の圧力で予め選んだガス状環境を確立し維
   持し、コーテイング物質をアークプラズマ内に導入し、
   基質物質をアークプラズマに接近して置き、それによっ
   てアークプラズマによ如形成される当該コーテイング物
   質の活性種を基質と接触させてコーティングを形晟する
   ことを含む方法によ如製造される被覆基質からなる物品
   。 輸　アークプラズマの回転を誘起する特許請求の範囲第
   （ハ）項圧記載の被覆基質からガる物品。 絆　コーテイング物質が金属からなる特許請求の範囲第
   四項に記載の被覆基質からなる物品。 （ハ）　コーテイング物質が中溝体成分元素からなる特
   許請求の範囲第（へ）項に記載の被覆基質からなる物品
   。 −基質が導電性である特許請求の範囲第（ハ）項に記載
   の被覆基質から々る物品。 −基質がガラスミクロバルンである特許請求の範囲第（
   ハ）項に記載の被覆基質か、らなる物品。 ５