CN104395496A - 沉积装置和沉积方法 - Google Patents

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Abstract

沉积装置(100)使材料颗粒(P)沉积，其包括：离子化部(20)，其在被供应材料颗粒(P)的反应室中利用光电效应使材料颗粒(P)离子化；以及电极部(32、34)，其利用库仑力将离子化的材料颗粒(P)向给定的区域引导。

Description

沉积装置和沉积方法
技术领域
本发明涉及沉积装置和沉积方法。
背景技术
作为将材料沉积于基板的沉积装置，已知例如溅射装置、真空蒸镀装置、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)装置等。作为这种沉积装置，离子电镀装置由于能形成紧贴性好的良好的膜而受到关注。例如在特开平9－256148号公报(专利文献1)中公开了利用来自等离子体电子枪的电子束使蒸发材料离子化，将离子化的蒸发材料(材料颗粒)沉积于基板的离子电镀装置。
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1所记载的沉积装置存在如下问题：沉积的材料颗粒的粒径不匀较大，无法控制沉积的材料颗粒的粒径。
本发明的若干方式所涉及的目的之一在于提供能控制所沉积的材料颗粒的粒径的沉积装置。另外，本发明的若干方式所涉及的目的之一在于提供能控制所沉积的材料颗粒的粒径的沉积方法。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的沉积装置
使材料颗粒沉积，其包括：
离子化部，其在被供应上述材料颗粒的反应室中利用光电效应使上述材料颗粒离子化；以及
电极部，其利用库仑力将离子化的上述材料颗粒向给定的区域引导。
根据这种沉积装置，离子化部利用光电效应使材料颗粒离子化，因此离子化的材料颗粒的粒径越小，每单位质量的电荷密度越大。因此，材料颗粒的粒径越小，作用于材料颗粒的库仑力的影响越大。因而，通过电极部对由离子化部离子化的材料颗粒作用库仑力，由此能控制所沉积的材料颗粒的粒径。
(2)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
上述离子化部照射电磁波而使上述材料颗粒离子化。
根据这种沉积装置，例如能在将反应室按高真空度保持的状态下使材料颗粒离子化。
(3)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
包括将上述材料颗粒向上述反应室供应的材料颗粒供应部。
(4)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
上述材料颗粒供应部具有第1电极和第2电极，并且通过在上述第1电极和上述第2电极之间产生放电从而供应上述材料颗粒。
(5)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
上述材料颗粒供应部照射电磁波而使原料汽化，并且供应上述材料颗粒。
(6)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
上述材料颗粒供应部供应包含上述材料颗粒的流体。
(7)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
包括控制上述材料颗粒的温度的温度控制部。
根据这种沉积装置，例如在材料颗粒的粒径由于温度而变化的情况下，能控制向反应室供应的材料颗粒的粒径。
(8)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
包括用于在离子化的上述材料颗粒的路径上产生磁场的磁场生成部。
根据这种沉积装置，能根据磁性筛选离子化的材料颗粒。
(9)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
包括根据质量选择离子化的上述材料颗粒的质量过滤部。
根据这种沉积装置，能进一步控制所沉积的材料颗粒的粒径。
(10)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
包括阀，上述阀配置在上述反应室和沉积离子化的上述材料颗粒的样品室之间。
根据这种沉积装置，能控制所沉积的材料颗粒的沉积量。
(11)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
上述电极部具有：电子捕集电极，其用于捕获收集利用光电效应从上述材料颗粒释放出的电子；以及材料颗粒捕集电极，其用于捕获收集离子化的上述材料颗粒。
(12)在本发明所涉及的沉积装置中，可以是，
包括中和部，上述中和部向沉积在上述材料颗粒捕集电极上的上述材料颗粒供应带电粒子，从而使上述材料颗粒捕集电极上的上述材料颗粒中性化。
根据这种沉积装置，能使在材料颗粒捕集电极上沉积的材料颗粒中和(中性化)。
(13)本发明所涉及的沉积方法
使材料颗粒沉积，其包括如下工序：
向反应室供应上述材料颗粒；
利用光电效应将供应到上述反应室的上述材料颗粒离子化；以及
利用库仑力将离子化的上述材料颗粒引导到给定的区域使其沉积。
根据这种沉积方法，利用光电效应使材料颗粒离子化，因此离子化的材料颗粒的粒径越小，每单位质量的电荷密度越大。因此，材料颗粒的粒径越小，作用于材料颗粒的库仑力的影响越大。因而，对利用光电效应而离子化的材料颗粒作用库仑力，由此能控制所沉积的材料颗粒的粒径。
附图说明
图1是示意地示出实施方式所涉及的沉积装置的立体图。
图2是用于说明实施方式所涉及的沉积装置的构成的概略图。
图3是示出实施方式所涉及的材料颗粒的沉积方法的一例的流程图。
图4是用于说明实施方式的第1变形例所涉及的沉积装置的构成的概略图。
图5是用于说明实施方式的第2变形例所涉及的沉积装置的构成的概略图。
图6是用于说明实施方式的第3变形例所涉及的沉积装置的构成的概略图。
图7是用于说明实施方式的第4变形例所涉及的沉积装置的构成的概略图。
图8A是示出用扫描型电子显微镜观察实施例的样品的结果的SEM照片。
图8B是示出用扫描型电子显微镜观察实施例的样品的结果的SEM照片。
图9A是示出用透射型电子显微镜观察实施例的样品的结果的TEM照片。
图9B是示出将图9A所示的图像的一部分放大后观察的结果的TEM照片。
图10A是示出用透射型电子显微镜观察实施例的样品的结果的TEM照片。
图10B是示出将图10A所示的图像的一部分放大后观察的结果的TEM照片。
图11A是示出用透射型电子显微镜观察实施例的样品的结果的TEM照片。
图11B是示出将图11A所示的图像的一部分放大后观察的结果的TEM照片。
图12A是示出用透射型电子显微镜观察实施例的样品的结果的TEM照片。
图12B是示出将图12A所示的图像的一部分放大后观察的结果的TEM照片。
图13A是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
图13B是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
图13C是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
图13D是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
图14A是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
图14B是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
图14C是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
图14D是示出用扫描型电子显微镜观察比较例的样品的结果的SEM照片。
具体实施方式
以下，使用附图详细地说明本发明优选的实施方式。此外，以下说明的实施方式不是不当地限定权利要求所记载的本发明的内容。另外，并非以下说明的构成都是本发明的必要构成要件。
1.沉积装置
首先，一边参照附图一边说明本实施方式所涉及的沉积装置。图1是示意地示出本实施方式所涉及的沉积装置100的立体图。图2是用于说明本实施方式所涉及的沉积装置100的构成的概略图。此外，为了方便，在图1中省略容器2、温度控制部14的图示。
沉积装置100如图1和图2所示，包括离子化部20和电极部30。沉积装置100例如还能具有容器2、材料颗粒供应部10以及质量过滤部40。
沉积装置100是使材料颗粒P沉积的装置。具体地，在沉积装置100中，材料颗粒供应部10向容器2的反应室2a供应材料颗粒P，离子化部20利用光电效应将供应到反应室2a的材料颗粒P离子化，电极部30利用库仑力将离子化的材料颗粒P向材料颗粒捕集电极34引导，由此能使材料颗粒P沉积。
材料颗粒P例如是碳纳米管、包埋有金属或半导体的碳纳米管、富勒烯、金属、绝缘体(陶瓷等)、有机物(蛋白质、细胞、病毒等)、碳粉等的颗粒或该颗粒的块。此外，在材料颗粒P是蛋白质、细胞、病毒等利用电磁波(例如紫外线)而改变物理、科学性质的物质的情况下，可以对材料颗粒P附加吸收电磁波的电磁波吸收材料。材料颗粒P的形状没有特别限定，例如可取球、多面体、针状等各种形状。材料颗粒P的粒径例如是数nm～数十μm程度。在此，在材料颗粒P的形状不是球的情况下，材料颗粒P的粒径是指相当于等体积球的直径，具体地，是指与材料颗粒P为同一体积的球的直径。
容器2具有用于使材料颗粒P离子化的反应室2a和材料颗粒P所沉积的样品室2b。在反应室2a和样品室2b之间配置有能打开关闭的阀4。通过打开阀4而使反应室2a与样品室2b连通。此外，在图示的例子中，容器2内被分为反应室2a和样品室2b，但容器2内也可以是1个空间。即，也可以是反应室2a和样品室2b没有被划分开的一个空间。在容器2内，由与排气管6连接的真空排气装置(未图示)进行真空排气。在容器2内，例如是真空气氛。在此，真空是指与大气压相比压力更低的状态。虽未图示，但在容器2内也可以设置快门，上述快门用于控制沉积在材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P的沉积量(膜厚)。
材料颗粒供应部10向反应室2a供应材料颗粒P。材料颗粒供应部10在图示的例子中具有保持座12和支撑保持座12的支撑部13。保持座12设为能保持原料M。保持座12配置在圆筒状的电子捕集电极32内。保持座12例如是电阻加热舟皿。材料颗粒供应部10能通过由保持座12加热原料M(真空加热)来使原料M蒸发，得到材料颗粒P。
此外，在材料颗粒供应部10中，没有限定使原料M蒸发的方法。可以是，例如通过对保持座12上的原料M照射电磁波(例如激光)而使原料M蒸发来得到材料颗粒P(激光剥离)。此时，能通过使用紫外线激光而使原料M蒸发且使材料颗粒P离子化。因而，能使用于使原料M蒸发的材料颗粒供应部10的光源和用于使材料颗粒P离子化的离子化部20的光源实现共用化。
在反应室2a中，材料颗粒P由温度控制部14控制温度。温度控制部14能控制材料颗粒P的温度。温度控制部14在图示的例子中，从与反应室2a连通的管向反应室2a供应流体来控制材料颗粒P的温度。作为从温度控制部14供应的流体，可使用例如氦、氩等惰性气体。例如在材料颗粒P的粒径由于从原料M蒸发时的温度而变化的情况下，温度控制部14控制材料颗粒P的温度，由此能控制向反应室2a供应的材料颗粒P的粒径。
离子化部20在反应室2a中能利用光电效应使材料颗粒P离子化。离子化部20在图示的例子中，照射具有高于材料颗粒P的功函数的能量的电磁波L，使材料颗粒P离子化。离子化部20是产生电磁波L的光源，例如是照射紫外线的紫外线灯。更具体地，离子化部20例如是水銀灯、碳弧灯、氙气灯等。
离子化部20配置在反应室2a的外面，从容器2的窗部8向反应室2a内照射电磁波L。窗部8能使电磁波L透过。此外，虽未图示，但离子化部20也可以经由透镜或镜子对反应室2a内的材料颗粒P照射电磁波L。
在此，离子化部20对材料颗粒P照射具有高于材料颗粒P的功函数的能量的电磁波L，由此，材料颗粒P的内部的电子被激励而向空间中飞出(光电效应)。由此，材料颗粒P失去电子而被阳离子化。利用光电效应被离子化的材料颗粒P的电荷量与材料颗粒P的表面积成正比。另外，材料颗粒P的质量与材料颗粒P的体积成正比。因此，材料颗粒P的每单位质量的电荷密度与材料颗粒P的半径成反比，即，与材料颗粒P的粒径成反比。因而，材料颗粒P的粒径越小，每单位质量的电荷密度越大。
另外，从材料颗粒P飞出的电子依赖于电磁波L的强度，电磁波L的强度越大则越多。因而，能通过控制电磁波L的强度来控制材料颗粒P的每单位质量的电荷密度。
此外，离子化部20的构成只要使材料颗粒P产生光电效应即可，没有特别限定。也可以是，例如离子化部20是向反应室2a内导入Ar、Ne、He等气体，对反应室2a内的电极(未图示)施加电压而产生包含紫外线的电磁波(光)(例如辉光放电)，使材料颗粒P产生光电效应。
电极部30能将离子化的材料颗粒P利用库仑力向给定的区域引导。电极部30具有配置于反应室2a的电子捕集电极32和配置于样品室2b的材料颗粒捕集电极34。
电子捕集电极32在图示的例子中是阳极。因此，能捕获收集利用光电效应从材料颗粒P释放出的电子。另外，电子捕集电极32能在和被阳离子化的材料颗粒P之间产生库仑力(斥力)。由此，被离子化的材料颗粒P在从电子捕集电极32离开的方向加速。电子捕集电极32的形状例如是圆筒状。
材料颗粒捕集电极34在图示的例子中是阴极。因此，在材料颗粒捕集电极34和材料颗粒P之间产生库仑力(引力)，离子化的材料颗粒P被吸引。由此，材料颗粒P沉积到材料颗粒捕集电极34。例如能通过在材料颗粒捕集电极34上配置基板(未图示)来使材料颗粒P沉积到基板上。材料颗粒捕集电极34的形状例如是板状，但在图示的例子中是圆板状。
在此，如上所述，利用光电效应实现离子化的材料颗粒P的粒径越小，每单位质量的电荷密度越大。因此，材料颗粒P的粒径越小，作用于材料颗粒P的库仑力的影响越大。即，离子化的材料颗粒P的粒径越小，越易于通过电子捕集电极32加速，越易于被材料颗粒捕集电极34吸引。因而，能通过控制电极部30的电压来控制所沉积的材料颗粒P的粒径。例如能通过提高电极32、34间的电压来增大所沉积的材料颗粒P的粒径的上限，能通过降低电极32、34间的电压来缩小所沉积的材料颗粒P的粒径的上限。
此外，在此，说明了电极部30具有2个电极32、34的情况，但构成电极部30的电极的数量没有特别限定，电极部30可以具有1个电极，也可以具有3个以上的电极。例如，虽未图示，但电极部30可以仅由电子捕集电极32构成，也可以仅由材料颗粒捕集电极34构成。
质量过滤部40配置在朝向材料颗粒捕集电极34行进的离子化的材料颗粒P的路径上。在图示的例子中，质量过滤部40配置于样品室2b。质量过滤部40能根据质量选择离子化的材料颗粒P。具体地，质量过滤部40能使给定的质量范围的材料颗粒P通过，改变该给定的质量范围中没有包含的材料颗粒P的行进方向，使其不会朝向材料颗粒捕集电极34行进。质量过滤部40例如是具有4个圆柱状电极的四极质量过滤器。此外，在沉积装置100中，可以不设置质量过滤部40而将离子化的材料颗粒P直接沉积到材料颗粒捕集电极34上。
此外，虽未图示，但在沉积装置100中也可以设置向反应室2a供应气体的气体供应部。气体供应部能通过将离子化或者带电的气体向反应室2a供应来辅助材料颗粒P的离子化，进而能进行材料颗粒P的带电量的控制。此外，也可以是，不设置气体供应部，温度控制部14作为气体供应部发挥功能。
下面，说明使用了本实施方式所涉及的沉积装置100的材料颗粒的沉积方法。图3是示出本实施方式所涉及的材料颗粒的沉积方法的一例的流程图。本实施方式所涉及的材料颗粒的沉积方法包括：工序S10，其将材料颗粒P向反应室2a供应；工序S12，其将供应到反应室2a的材料颗粒P利用光电效应实现离子化；以及工序S13，其将离子化的材料颗粒P利用库仑力引导到给定的区域使其沉积。
首先，材料颗粒供应部10将材料颗粒P向反应室2a供应(S10)。材料颗粒供应部10通过真空加热或者照射电磁波(激光)来使原料M蒸发，将材料颗粒P向反应室2a供应。此时，温度控制部14能通过控制材料颗粒P的温度来控制生成的材料颗粒P的粒径。对容器2内经由排气管6进行真空排气。
下面，离子化部20利用光电效应将供应到反应室2a的材料颗粒P离子化(S12)。离子化部20通过对供应到反应室2a的材料颗粒P照射电磁波L来使材料颗粒P离子化。利用光电效应从材料颗粒P飞出的电子被电子捕集电极32捕获收集。
然后，电极部30将离子化的材料颗粒P利用库仑力引导到材料颗粒捕集电极34使其沉积(S14)。电极部30通过电子捕集电极32和材料颗粒捕集电极34对离子化的材料颗粒P作用库仑力，将其向材料颗粒捕集电极34引导。由此，材料颗粒P沉积到材料颗粒捕集电极34上。利用光电效应而离子化的材料颗粒P是材料颗粒P的粒径越小，每单位质量的电荷密度越大，因此能通过控制例如电磁波L的强度或电极部30的电压来控制所沉积的材料颗粒P的粒径。另外，在离子化的材料颗粒P的路径中配置有质量过滤部40。因此，给定的质量范围的材料颗粒P通过而沉积到材料颗粒捕集电极34上，该给定的质量范围没有包含的材料颗粒P的行进方向变化，不会沉积到材料颗粒捕集电极34上。由此，能进一步控制所沉积的材料颗粒P的粒径。另外，能通过阀4的打开关闭来控制材料颗粒P的沉积量。
通过以上工序能使材料颗粒P沉积。
本实施方式所涉及的沉积装置100和本实施方式所涉及的沉积方法例如具有以下特征。
在沉积装置100中，离子化部20利用光电效应使材料颗粒P离子化，电极部30将离子化的材料颗粒P利用库仑力向给定的区域(材料颗粒捕集电极34)引导，由此能控制所沉积的材料颗粒P的粒径。而且，利用库仑力使离子化的材料颗粒P加速、沉积，因此沉积的材料颗粒P对被沉积物(材料颗粒捕集电极34或基板)的吸附力强。因此，能防止由范德瓦尔氏力等造成的材料颗粒P的凝聚。因而，能防止材料颗粒P在被沉积物上凝聚而成为大颗粒。
这样，根据沉积装置100，能控制所沉积的材料颗粒P的粒径，因此能得到粒径一致的材料颗粒P的膜。另外，能从各种粒径的材料颗粒P混合存在的样品中有选择地得到希望粒径的材料颗粒P。
在沉积装置100中，离子化部20能照射电磁波L而使材料颗粒P离子化。由此，在将容器2内保持高真空度的状态下，能使材料颗粒P离子化。例如在使用气体等离子体使材料颗粒P离子化的情况下，需要用于产生等离子体的气体，因此有时产生容器内的真空度变低、杂质易于附着于被沉积物的问题。在沉积装置100中，照射电磁波L来使材料颗粒P离子化，因此不会发生这种问题。
在沉积装置100中，材料颗粒供应部10能照射电磁波L而使原料M汽化来供应材料颗粒P。由此，能利用电磁波L使原料M蒸发且使材料颗粒P离子化。因而，能使用于使原料M蒸发的材料颗粒供应部10的光源和用于使材料颗粒P离子化的离子化部20的光源实现共用化。因此，能简化装置的构成。
在沉积装置100中，包括控制材料颗粒P的温度的温度控制部14。例如在材料颗粒P的粒径由于从原料M蒸发时的温度而变化的情况下，温度控制部14能通过控制材料颗粒P的温度来控制向反应室2a供应的材料颗粒P的粒径。因而，能进一步控制所沉积的材料颗粒P的粒径。
在沉积装置100中，质量过滤部40能根据质量选择离子化的材料颗粒P，因此能进一步控制所沉积的材料颗粒P的粒径。
在沉积装置100中包括阀4，上述阀4配置在反应室2a和离子化的材料颗粒P所沉积的样品室2b之间，因此能控制沉积到材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P的沉积量(膜厚)。
在沉积装置100中，电极部30具有：电子捕集电极32，其用于捕获收集利用光电效应从材料颗粒P释放出的电子；以及材料颗粒捕集电极34，其用于捕获收集离子化的材料颗粒P。由此，能将材料颗粒P高效地向材料颗粒捕集电极34引导。
根据本实施方式所涉及的沉积方法，包括如下工序：将材料颗粒P向反应室2a供应；将供应到反应室2a的材料颗粒P利用光电效应实现离子化；以及将离子化的材料颗粒P利用库仑力引导到给定的区域使其沉积。因而，能控制所沉积的材料颗粒P的粒径。而且利用库仑力使离子化的材料颗粒P沉积，因此能防止材料颗粒P的凝聚。
2.变形例
下面，说明本实施方式的变形例所涉及的沉积装置。以下，在本实施方式的变形例所涉及的沉积装置中，针对具有与上述沉积装置100的构成构件同样的功能的构件附上同一附图标记而省略其详细说明。
(1)第1变形例
首先，一边参照附图一边说明第1变形例所涉及的沉积装置。图4是用于说明第1变形例所涉及的沉积装置200的构成的概略图。
在沉积装置100的例子中，如图1和图2所示，材料颗粒供应部10通过真空加热或者照射电磁波(激光)来使原料M蒸发，向反应室2a供应材料颗粒P。
而在沉积装置200中，如图4所示，材料颗粒供应部10在第1电极210和第2电极212之间产生放电，向反应室2a供应材料颗粒P。在电极210、212间产生的放电例如是辉光放电、电弧放电等。
材料颗粒供应部10具有第1电极210、第2电极212以及支撑部214。
第1电极210和第2电极212分别由支撑部214支撑。第1电极210和第2电极212配置在圆筒状的电子捕集电极32内。第1电极210和第2电极212与电源(未图示)连接，能通过该电源向电极210、212间施加电压而产生放电。材料颗粒供应部10能通过在电极210、212间产生放电来从电极210、212中的至少一方表面释放材料颗粒P。例如能通过将电极210、212中的至少一方材质设为包含碳的材料而供应碳纳米管或富勒烯的颗粒或该颗粒的块作为材料颗粒P。另外，例如能通过将电极210、212中的至少一方材质设为金属来供应金属颗粒作为材料颗粒P。
(2)第2变形例
下面，一边参照附图一边说明第2变形例所涉及的沉积装置。图5是用于说明第2变形例所涉及的沉积装置300的构成的概略图。
在沉积装置100的例子中，如图1和图2所示，材料颗粒供应部10通过真空加热或者照射电磁波(激光)来使原料M蒸发，向反应室2a供应材料颗粒P。
而在沉积装置300中，如图5所示，材料颗粒供应部10将包含材料颗粒P的流体向反应室2a供应。
在沉积装置300中，材料颗粒供应部10具有与反应室2a连通的材料颗粒供应管310。材料颗粒供应管310将反应室2a与包含材料颗粒P的流体所充填的容器(未图示)连接。在此，作为流体例如能使用惰性气体。材料颗粒供应部10经由材料颗粒供应管310将容器内的包含材料颗粒P的流体向反应室2a供应。
(3)第3变形例
下面，一边参照附图一边说明第3变形例所涉及的沉积装置。图6是用于说明第3变形例所涉及的沉积装置400的构成的概略图。
沉积装置400如图6所示，包括在离子化的材料颗粒P的路径中产生磁场的磁场生成部410。
磁场生成部410在图示的例子中配置于样品室2b。更具体地，磁场生成部410配置在质量过滤部40和材料颗粒捕集电极34之间。此外，磁场生成部410的配置只要在离子化的材料颗粒P的路径中产生磁场即可，没有特别限定。磁场生成部410可以产生静磁场，也可以产生交流磁场。磁场生成部410在离子化的材料颗粒P的路径中产生磁场，由此能根据磁性筛选材料颗粒P。因而，根据沉积装置400，在材料颗粒P包括磁性材料和非磁性材料的情况下，能仅使磁性材料沉积，或者仅使非磁性材料沉积。在这种沉积装置400中，例如能从包括磁性材料和非磁性材料的碳粉材料筛选磁性材料(磁性碳粉)或者筛选非磁性材料(非磁性碳粉)。
此外，在图示的例子中，沉积装置400具有质量过滤部40和磁场生成部410，但也可以不设置质量过滤部40而设置磁场生成部410。
(4)第4变形例
下面，一边参照附图一边说明第4变形例所涉及的沉积装置。图7是用于说明第4变形例所涉及的沉积装置500的构成的概略图。
沉积装置500如图7所示包括中和部510，上述中和部510对沉积到材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P供应电子或离子等带电粒子来实现中性化(中和)。
中和部510例如设于样品室2b。中和部510例如产生电子束或离子束，将产生的电子束或离子束向沉积到材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P释放。中和部510例如是电子枪或离子枪等。
此外，也可以是，中和部510将离子化的流体向材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P供应，对材料颗粒P进行中和。例如也可以从温度控制部14供应离子化的流体。作为这种中和部510例如能使用离子风机等。
沉积装置500包括中和部510，因此能中和(中性化)沉积到材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P。在此，例如在材料颗粒P是绝缘体的情况下，充电(带电)的材料颗粒P沉积到材料颗粒捕集电极34上，由此，材料颗粒捕集电极34的表面电位从表面上看有时成为与电子捕集电极32相同的电位。由此，电极32、34间的电场消失，结果是发生即使利用光电效应使材料颗粒P带电，材料颗粒P也不会沉积到材料颗粒捕集电极34的问题。在沉积装置500中，能中和(中性化)沉积到材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P，因此不会发生这种问题。
在沉积装置500中，例如进行图3所示的步骤S10、步骤S12、步骤S14，由此在使材料颗粒P沉积到材料颗粒捕集电极34上后，中和部510向沉积到材料颗粒捕集电极34上的材料颗粒P供应带电粒子，将沉积到材料颗粒捕集电极34上的已充电的材料颗粒P中和(中性化)。并且，再次进行步骤S10、步骤S12、步骤S14，进一步使材料颗粒P沉积到材料颗粒捕集电极34上。重复该材料颗粒P的沉积、材料颗粒P的中和，由此能使材料颗粒P继续沉积到材料颗粒捕集电极34上。
上述实施方式和变形例只是一例，而并不限于它们。
例如在上述实施方式和变形例中，说明了材料颗粒P被阳离子化的情况，但材料颗粒P也可以被阴离子化。例如向反应室2a供应材料颗粒P和其它颗粒，照射具有比该其它颗粒的功函数高的能量的电磁波。由此，由于光电效应而从该其它颗粒飞出电子。材料颗粒P得到该飞出的电子，材料颗粒P被阴离子化。在这种材料颗粒P被阴离子化的情况下，电极32成为阴极，电极34成为阳极。
另外，例如在上述实施方式和变形例中，说明了容器2内是真空气氛的情况，但容器2内的气氛只要能利用光电效应使材料颗粒P离子化即可，没有特别限定。例如容器2内也可以是大气压气氛，也可以是液体气氛。例如能通过将氟油或硅油等充填到容器2内来将容器2内设为液体气氛。
另外，例如还能适当地组合实施方式和各变形例。
3.实施例
以下，举出实施例进一步具体地说明本发明。本发明不限于以下的实施例。
3.1.制作样品
在此，说明用上述图4所示的沉积装置200进行了实验的结果。
材料颗粒捕集电极34由不锈钢制成且顶端有效直径为约20mm且施加－500V的电压。在材料颗粒捕集电极34上用碳胶带固定约10mm见方的硅片，将在该硅片上沉积的材料颗粒P设为观察用样品。材料颗粒供应部10采用使用了碳电极的电弧放电方式。即，在本实施例中，材料颗粒P是碳颗粒。
电子捕集电极32由不锈钢制成且施加+1000V的电压。作为离子化部20，使用由浜松后特尼克斯株式会社(浜松ホトニクス株式会社)生产的重氢灯，对材料颗粒P进行了紫外线照射。阀4使用了由VAT株式会社生产的高真空密封类型的阀。使用由株式会社堀场艾斯泰克(株式会社堀場エステック)生产的质量流控制器使He气体从温度控制部14按数sccm流入。
在用涡轮分子泵对反应室2a和样品室2b内进行排气直至其成为5×10-4Pa后，在上述条件的基础上，用电极210、212产生电弧放电，将蒸发后的碳沉积到材料颗粒捕集电极34上的硅片上而制作了样品(以下称为“本实施例的样品”)。
此外，作为比较例，用不具有离子化部20和电极部30的现有的电弧(arc)放电蒸镀装置以及不具有离子化部20和电极部30的现有的电弧闪光(arc flash)放电蒸镀装置使碳沉积到硅片上而制作了样品(以下称为“比较例的样品”)。此外，用现有的电弧闪光放电蒸镀装置施加脉冲状电压来产生电弧放电，由此使碳蒸镀(电弧闪光方式)。
3.2.实验
用由日本电子株式会社生产的扫描型电子显微镜JSM－7001F和由日本电子株式会社生产的透射型电子显微镜JEM－2100进行了本实施例的样品的观察。
用由日本电子株式会社生产的扫描型电子显微镜JSM－7001F进行了比较例的样品的观察。
3.3.结果
图8A和图8B是示出用由日本电子株式会社生产的扫描型电子显微镜JSM－7001F观察本实施例的样品的结果的SEM照片。此外，在图8A中，以观察倍率为200,000倍、加速电压为1.5kV进行了观察。另外，在图8B中，以观察倍率为100,000倍、加速电压为1.5kV进行了观察。
图9A～图12B是示出用由日本电子株式会社生产的透射型电子显微镜JEM－2100观察本实施例的样品的结果的TEM照片。此外，在图9A～图12B中，视野各自不同。另外，图9B是示出将图9A所示图像的一部分放大后观察的结果的TEM照片。关于图10A～图12B也是同样的。
图13A～图13D是示出用由日本电子株式会社生产的扫描型电子显微镜JSM－7001F观察用现有的电弧放电蒸镀装置制作的比较例的样品的结果的SEM照片。图14A～图14D是示出用由日本电子株式会社生产的扫描型电子显微镜JSM－7001F观察用现有的电弧闪光放电蒸镀装置制作的比较例的样品的结果的SEM照片。
根据图8A和图8B所示的本实施例的样品的观察结果，能部分确认像碳颗粒那样的物质，但是未得到清晰的像。可认为其原因是，碳颗粒的直径小，凭借扫描型电子显微镜的分辨率观察碳颗粒是困难的。
根据图9A～图12B所示的本实施例的样品的观察结果，可知直径为3～30nm程度的碳颗粒以10～100nm程度的间隔散布。
通常纳米等级的微颗粒的微颗粒彼此的凝聚力强，独立存在是困难的。在沉积装置200中，通过电极部30使微颗粒(碳颗粒)一边加速一边沉积在硅片上，且微颗粒(碳颗粒)彼此以相同的极性被离子化，因此微颗粒(碳颗粒)彼此一边排斥一边沉积在硅片上。因此，如图9A～图12B所示，可以认为微颗粒(碳颗粒)彼此不凝聚，一边保持某种程度的距离一边沉积到硅片上。
另外，本实施例的样品如图8A和图8B所示，即使用扫描型电子显微镜也能不充电地进行观察。这样，尽管碳颗粒隔开距离而散布，但是不会发生充电，因此可认为各碳颗粒由于隧道效应而被电连接。
这些现象解决现有例的样品的碳颗粒彼此利用范德瓦尔氏力等凝聚这一问题，这是由均匀地生成碳颗粒带来的效果。
另外，在图9B、图10B、图11B的观察结果中，观察到反映了碳颗粒的结晶的格子花纹。根据该内容可知本实施例的样品的碳颗粒具有结晶性。
因为上述的根据图8A和图8B所示的用扫描型电子显微镜观察到的结果得到的隧道效应使各碳颗粒电连接、以及根据图9A～图11B所示的用透射型电子显微镜观察到的结果得到的碳颗粒具有结晶性，所以可以认为本实施例的样品的碳颗粒具有石墨烯结构。
而根据用图13A～图13D所示的电弧放电方式制作的现有例的样品的观察结果，无法确认粒状的物质。另外，现有例的样品被着色为茶色且沉积的膜的厚度为约10nm程度。根据该内容，可以认为现有例的样品为非晶质(所谓的无定形)的沉积物。非晶质的碳膜有如下特征，其导电率与石墨烯结构的导电率相比非常低。在要用扫描型电子显微镜等防止充电的情况下，需要以现有的电弧方式按某种程度较厚地涂膜。
根据用图14A～图14D所示的电弧闪光方式制作的现有例的样品的观察结果，虽然能确认30～50nm程度的碳颗粒，但能确认碳颗粒彼此凝聚的部分。另外，在图14D所示的观察倍率为200,000倍的SEM照片中，示出由于充电所以图像变得不清晰，电弧闪光方式下的碳颗粒的导电率不怎么高。
这样，根据本实施例可知能用本发明所涉及的沉积装置使材料颗粒不凝聚地沉积。
本发明包括与在实施方式中说明的构成实质上相同的构成(例如功能、方法以及结果相同的构成、或者目的和效果相同的构成)。另外，本发明包括将在实施方式中说明的构成的非本质的部分进行了置换的构成。另外，本发明包括能起到与在实施方式中说明的构成为同一作用效果的构成或者实现同一目的的构成。另外，本发明包括对在实施方式中说明的构成附加公知技术的构成。
附图标记说明
2…容器、2a…反应室、2b…样品室、4…阀、8…窗部、10…材料颗粒供应部、12…保持座、13…支撑部、14…温度控制部、20…离子化部、30…电极部、32…电子捕集电极、34…材料颗粒捕集电极、40…质量过滤部、100…沉积装置、200…沉积装置、210…第1电极、212…第2电极、214…支撑部、300…沉积装置、310…材料颗粒供应管、400…沉积装置、410…磁场生成部、500…沉积装置、510…中和部。

Claims (13)

1.一种沉积装置，使材料颗粒沉积，其特征在于，包括：
离子化部，其在被供应上述材料颗粒的反应室中利用光电效应使上述材料颗粒离子化；以及
电极部，其利用库仑力将离子化的上述材料颗粒向给定的区域引导。
2.根据权利要求1所述的沉积装置，其中，
上述离子化部照射电磁波而使上述材料颗粒离子化。
3.根据权利要求1或2所述的沉积装置，其中，
包括将上述材料颗粒向上述反应室供应的材料颗粒供应部。
4.根据权利要求3所述的沉积装置，其中，
上述材料颗粒供应部具有第1电极和第2电极，并且通过在上述第1电极和上述第2电极之间产生放电，从而供应上述材料颗粒。
5.根据权利要求3所述的沉积装置，其中，
上述材料颗粒供应部照射电磁波而使原料汽化，并且供应上述材料颗粒。
6.根据权利要求3所述的沉积装置，其中，
上述材料颗粒供应部供应包含上述材料颗粒的流体。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的沉积装置，其中，
包括控制上述材料颗粒的温度的温度控制部。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的沉积装置，其中，
包括用于在离子化的上述材料颗粒的路径上产生磁场的磁场生成部。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的沉积装置，其中，
包括根据质量选择离子化的上述材料颗粒的质量过滤部。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的沉积装置，其中，
包括阀，上述阀配置在上述反应室和沉积离子化的上述材料颗粒的样品室之间。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的沉积装置，其中，
上述电极部具有：电子捕集电极，其用于捕获收集利用光电效应从上述材料颗粒释放出的电子；以及材料颗粒捕集电极，其用于捕获收集离子化的上述材料颗粒。
12.根据权利要求11所述的沉积装置，其中，
包括中和部，上述中和部向沉积在上述材料颗粒捕集电极上的上述材料颗粒供应带电粒子，从而使上述材料颗粒捕集电极上的上述材料颗粒中性化。
13.一种沉积方法，使材料颗粒沉积，其特征在于，包括如下工序：
向反应室供应上述材料颗粒；
利用光电效应将供应到上述反应室的上述材料颗粒离子化；以及
利用库仑力将离子化的上述材料颗粒引导到给定的区域使其沉积。
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