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ナノクラスター生成装置 新技術説明会

国内特許コード P150011411
整理番号 E104P06
掲載日 2015年2月24日
出願番号 特願2013-112995
公開番号 特開2015-045031
登録番号 特許第5493139号
出願日 平成25年5月29日(2013.5.29)
公開日 平成27年3月12日(2015.3.12)
登録日 平成26年3月14日(2014.3.14)
発明者
  • 中嶋 敦
  • 角山 寛規
  • 張 初航
  • 赤塚 紘己
  • 塚本 恵三
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 株式会社アヤボ
発明の名称 ナノクラスター生成装置 新技術説明会
発明の概要 【課題】ナノクラスター生成装置において、ナノクラスターのサイズ制御及び構造制御を向上させる。また、サイズ及び構造の少なくとも一方が選択されたナノクラスターの収量および収率を増大させる。
【解決手段】ナノクラスター生成装置10は、真空容器11と、パルス放電を行い、プラズマを発生させるスパッタ源13と、スパッタ源13に対し、パルス状の電力を供給するパルス電源16と、スパッタ源13に対し第1の不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給手段17と、真空容器11内に収容されるナノクラスター成長セル12と、ナノクラスター成長セル12内に第2の不活性ガスを導入する第2不活性ガス導入手段18と、を備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



ナノクラスターは、原子一個の増減による性質の変化が著しいことから、ナノクラスター生成において、ナノクラスターを構成する原子数(以下、クラスターサイズという)の分布を制御したナノクラスタービームの手法開発が課題となっている。

直流電源を利用したマグネトロンスパッタリング法(以下DC-MSP法)を用いたナノクラスター源の開発によって上記課題は相対的に向上、改善されている。例えば、非特許文献1のものは、主としてHe分圧を制御することにより、クラスターサイズを制御し得るという可能性を示唆するものである(非特許文献1の図4参照)。また、非特許文献2においては、Heガス用ノズルの形状がクラスターサイズに与える影響についての記載がある(非特許文献2の図4参照)。

しかしながら、サイズ分布制御の困難性、サイズ選択されたナノクラスターイオンビームの強度数十pA(0.6~3×10個/秒)以下と微弱生成量が少ない)といった課題については依然として解決が求められている。

産業上の利用分野



本発明は、ナノクラスター生成装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
真空容器と、
カソードとしてのターゲットを有し、パルス放電によるマグネトロンスパッタを行い、プラズマを発生させるスパッタ源と、
前記スパッタ源に対し、パルス状の電力を供給するパルス電源と、
前記スパッタ源に対し、第1の不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給手段と、
前記真空容器内に収容されるナノクラスター成長セルと、
前記ナノクラスター成長セル内に第2の不活性ガスを導入する第2不活性ガス導入手段と、を備えるナノクラスター生成装置。

【請求項2】
前記パルス状の電力のデューティ比およびピーク放電電力を可変とするように前記パルス電源を制御する制御手段、を更に備える請求項1に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項3】
記ターゲットのスパッタ面と、前記ナノクラスター成長セルの内側面は、ナノクラスターを成長させるためのナノクラスター成長空間を規定し、
前記制御手段は、前記ターゲットの前記スパッタ面からの前記ナノクラスター成長空間の延伸距離、前記ナノクラスター成長セル内の前記第2不活性ガスの温度および圧力の少なくとも一つに応じて、前記パルス状の電力のデューティ比及びピーク放電電力の少なくとも一方を可変とする、請求項2に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項4】
前記制御手段は、前記パルス状の電力の繰り返し周波数を可変とするように前記パルス電源を制御する、請求項2に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項5】
記ターゲットのスパッタ面と、前記ナノクラスター成長セルの内側面は、ナノクラスターが成長するナノクラスター成長空間を規定し、
前記制御手段は、前記ターゲットの前記スパッタ面からの前記ナノクラスター成長空間の延伸距離、前記ナノクラスター成長セル内の前記第2不活性ガスの温度および圧力の少なくとも一つに応じて、前記パルス状の電力の繰り返し周波数を可変とする、請求項4に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項6】
前記真空容器は前記ナノクラスター成長セル内で生成したナノクラスターをビームとして取り出すためのビーム取り出し口を有し、
前記ナノクラスター生成装置は更に、前記ビーム取り出し口からの前記ビームの取り出しを許可または禁止のいずれかとするゲートを備え、
前記制御手段は、前記スパッタ源に対するパルス状の電力の供給を開始するタイミングを基準として、前記ゲートによる前記ビーム取り出し口からの前記ビームの取り出しの許可と禁止とを切り替えるタイミングを設定する、請求項~5のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項7】
前記制御手段は、前記ビーム取り出し口からの前記ビームの取り出しを許可する期間と禁止する期間とを、パルス状放電と同期した一定のパターンとして設定し、該設定したパターンに従って、前記パルス状の電力の繰り返し周期と同期させて前記ビーム取り出し口からの前記ビームの取り出しの許可と禁止とを繰り返す、請求項6に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項8】
前記制御手段は、前記ビームの取り出しの許可と禁止とを切り替えるタイミングを可変とすることで、前記ビーム取り出し口を介して取り出されるナノクラスターのサイズ及び構造の少なくとも一方を制御する、請求項6または7に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項9】
前記ゲートは、電場、磁場、または電磁場により、前記ビーム取り出し口からの前記ビームの取り出しを許可又は禁止する、請求項6~8のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項10】
前記ゲートは、前記ビームの飛行経路を遮断し、又は、開放することにより、前記ビーム取り出し口からの前記ビームの取り出しを禁止し、又は、許可する、請求項6~8のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項11】
前記クラスター成長セルの内部に設置され、前記ナノクラスターの通過を許可し、又は禁止する別のゲートを更に備える、請求項6~10のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項12】
前記第1不活性ガス供給手段は、前記第1不活性ガスを噴射するガス噴射弁を有し、
前記制御手段は、前記ガス噴射弁が間欠的に前記第1不活性ガスを噴射するように、かつ、前記スパッタ源においてパルス放電が発生する期間が、前記ガス噴射弁により前記第1不活性ガスを噴射する期間内に含まれるように、前記スパッタ源及び前記ガス噴射弁を制御する、請求項2~11のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項13】
前記制御手段は、パルス状の電気信号である噴射信号に応じて、前記ガス噴射弁に電力を供給することにより、前記ガス噴射弁を駆動して前記第1不活性ガスを噴射させ、
前記制御手段は、前記噴射信号を、複数のパルス信号群により構成し、かつ、前記噴射信号を構成する前記パルス信号群における複数のパルス信号のデューティ比又は周波数を可変とする、ことを特徴とする請求項12に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項14】
前記制御手段は、パルス状の電気信号であるスパッタ信号に応じて、前記スパッタ源に対してパルス状の電力を供給し、
前記制御手段は、前記スパッタ信号を、複数のパルス信号群により構成し、かつ、前記スパッタ信号を構成する前記パルス信号群における複数のパルス信号のデューティ比又は周波数を可変とする、ことを特徴とする請求項2~13のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項15】
前記第1の不活性ガスはアルゴンガスである、請求項1~14のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。

【請求項16】
前記第2の不活性ガスはヘリウムガスである、請求項1~15のいずれか一項に記載のナノクラスター生成装置。
産業区分
  • 表面処理
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 中嶋ナノクラスター集積制御 領域
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