JP2002539064A

JP2002539064A - 亜鉛酸化物粒子

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Publication number: JP2002539064A
Application number: JP2000604425A
Authority: JP
Inventors: ハリクリア・ドリス・ライツ; スジート・クマー; シャンシン・ビ; ノブユキ・カンベ
Original assignee: ナノグラム・コーポレーション
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2002-11-19
Also published as: US20020075126A1; EP1166286A4; CN1347561A; US7507382B2; WO2000054291A1; CN1308968C; EP1166286A1; KR20020004959A; CA2364262A1

Abstract

(57)【要約】レーザ熱分解（３００）により亜鉛酸化物ナノ粒子の捕集物を製造した。亜鉛酸化物ナノ粒子の平均粒子径は約９５ｎｍ未満であり、粒子サイズ分布は非常に狭い。レーザ熱分解は反応チェンバ内での反応物の流れを作り出すことを特徴とする。反応物の流れは亜鉛前駆体と他の反応物とを含む。亜鉛前駆体はエアロゾルとして供給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）この発明は亜鉛酸化物ナノ粒子及び亜鉛酸化物ナノ粒子形成法に関する。

【０００２】（背景技術）様々な分野の進歩により、多くの型の新規材料が求められている。特に、様々
な化学粉末は多くの異なる処理工程において使用することができる。とりわけ、
化学粉末は抵抗器などの電子デバイスの製造において使用することができる。

【０００３】さらに、電子ディスプレイはしばしば、電子との相互作用に応じて可視光を発
する発光体材料を使用する。発光体材料を基板に適用すると、陰極線管、パネル
ディスプレイなどを作製することができる。ディスプレイ装置を改良するために
は、例えば、電子速度の減少及びディスプレイ解像度の増加のために、発光体材
料に対し厳しい要求が求められる。出力要求を減少させるためには電子速度が減
少する。特に、パネルディスプレイは一般に低速度電子に応答する発光体を必要
とする。

【０００４】さらに、カラーディスプレイを望む場合、選択的に励起することができるディ
スプレイの位置で異なる波長で光を発する材料または材料の組み合わせを使用す
ることが必要である。発光体として様々な材料が使用されている。特に、亜鉛酸
化物粉末は、単独であるいは他の材料と組合されて、発光体として使用できるこ
とが見出されている。所望の波長の光を発する材料を得るために、活性剤が発光
材料中にドープされている。その代わりに、複数の発光体を混合して所望の発光
を得ることもできる。さらに、発光体材料は十分なルミネセンスを示さなければ
ならない。

【０００５】（発明の開示）第１の観点では、この発明は結晶性亜鉛酸化物を含む粒子の捕集であって、平
均直径が約９５ｎｍ未満の粒子の捕集に関する。亜鉛酸化物粒子は電気抵抗器な
どの電子デバイスを含む様々なデバイスに組み込むことが可能である。

【０００６】他の観点では、この発明は亜鉛酸化物粒子を製造するための方法に関する。こ
の方法は亜鉛前駆体と酸素源とを含む反応物の流れを反応チェンバ中で熱分解す
る工程を含み、この熱分解は光源から吸収された熱により進む。

【０００７】さらに他の観点では、この発明は亜鉛酸化物粒子を製造するための方法に関し
、この方法は亜鉛前駆体エアロゾルを含む反応物の流れを反応チェンバ中で熱分
解する工程を含み、この熱分解は光源から吸収された熱により進む。

【０００８】さらに、この発明は、反応物通路に沿った出口を有する反応チェンバと、複数の反応物入口からの反応物を反応チェンバ内で結合させ、結合した反応物
を反応物通路に向ける反応物供給装置と、反応物通路に沿ってある結合した反応物に向ける光源と、を備える反応システムに関する。複数の反応物入口を備える反応システムのい
くつかの実施の形態では、反応物供給装置は、反応物通路に沿ってエアロゾルを生成するエアロゾル供給装置と、ガス状反応物を反応チェンバ内で反応物通路に沿ってエアロゾルと結合させる
ガス状反応物供給装置と、を含む。エアロゾル供給装置は、ガス供給源に接続されたコンジットを含むこ
とができる。

【０００９】反応システムの他の実施の形態では、反応物供給装置は反応チェンバ内で反応
物通路に沿って２つのガス状反応物を結合するように配向された２つのガスポー
トを含む。他の実施の形態では、反応物供給装置は反応チェンバ内で反応物通路
に沿って２つのエアロゾル反応物を結合するように配向された２つのエアロゾル
供給装置を含む。

【００１０】反応システムはさらに、反応物通路に沿って結合した反応物の拡散を防ぐため
に、シールディングガスを注ぐために配向されたシールディングガスポートを含
むことができる。反応システムは、３以上の反応物入口から、反応物通路に沿っ
て反応チェンバ内で３以上の反応物を混合する反応物供給装置を有することがで
きる。

【００１１】他の観点では、この発明は、複数の入口から反応チェンバ内で２つの反応物を結合し、結合した反応物を反
応物通路に向ける工程と、反応通路に沿って流れる前記反応物を強い光源を用いて熱分解する工程と、を含む化学粉末を製造する方法を特徴とする。

【００１２】（好ましい実施の形態の詳細な説明）小スケール粒子を改良蛍光体粒子として使用することができる。特に、１００
ｎｍ以下のオーダーの粒子はディスプレイを製造するのに優れた加工特性を有す
ると共に良好なルミネセンスを有する。とりわけ、これらの材料のバンドギャッ
プは１００ｎｍ以下のオーダーの直径ではサイズに依存する。そのため、選択さ
れた狭い分布の直径を有する粒子は１つの色（波長）の蛍光体として機能するこ
とができ、一方、同様に選択された平均直径を有しサイズ分布が狭い同じあるい
は異なる材料の粒子は異なる色の蛍光体として機能することができる。さらに、
粒子のサイズが小さいと、より解像度の高いディスプレイを製造するのに好都合
である。

【００１３】一般に適当な粒子はカルコゲナイド類、とりわけ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＴｉＯ_２及びＹ_２Ｏ_３である。好ましい粒子は所望の発光振動数及び高ルミネセンスを有
する。さらに、好ましい粒子は永続的な発光を有する、すなわち、材料の電気的
な刺激に続くかなりの期間にわたって発光が減衰する。とりわけ、ヒトが知覚で
きるほど十分に発光の永続性がなければならない。一般に、適した粒子は半導体
であり、その発光振動数はバンドギャップにより決定される。好ましくは、ルミ
ネセンスを示す状態は、熱として無駄になるエネルギーがほとんどないようなエ
ネルギーを有する。

【００１４】以下に説明するように、レーザ熱分解は平均粒子径の分布が狭いＺｎＯ、Ｚｎ
Ｓ、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３粒子を効率よく製造する優れた方法である。一般に、粒
子サイズ分布は急激に落ちるので、有意の尾部はない。適当な小スケール粒子を
製造するためにレーザ熱分解を上手く適用する基本的な特徴は、金属前駆体化合
物、放射線吸収体及び酸素または硫黄源として機能する反応物を適宜含む反応物
の流れを作り出すことである。金属前駆体は放射線吸収化合物及び／または酸素
源として作用することができる。反応物の流れは強いレーザビームにより熱分解
される。レーザ放射の吸収による強い熱により、酸素または硫黄環境において金
属化合物前駆体の反応が誘起される。反応物の流れが光線から外れると、粒子は
急冷される。

【００１５】レーザ熱分解を実行するための反応物は蒸気の形態で供給することができる。
その代わりに、１以上の反応物をエアロゾルとして供給することができる。エア
ロゾルを使用すると、蒸気供給のみが適しているものより広い範囲の金属前駆体
を使用することができる。このように、場合によってはエアロゾル供給によりよ
り安価な前駆体を使用することができる。また、高い粒子製造速度のためにエア
ロゾル供給を使用することができる。エアロゾルにより反応条件を適するように
制御すると、粒子サイズ分布の狭いナノスケールの粒子が得られる。

【００１６】特に、レーザ熱分解は亜鉛酸化物ナノ粒子の形成には好都合なアプローチであ
る。結晶性亜鉛酸化物ナノ粒子の直径は非常に小さく、粒子サイズ分布は非常に
狭い。亜鉛酸化物粉末は蛍光体として有効であり、電子部品、例えば、様々な型
の抵抗器の製造など様々な他の用途において使用することができる。

【００１７】Ａ．レーザ熱分解を用いた粒子製造レーザ熱分解は、特に亜鉛酸化物粒子を含む、ナノスケールのりん光を発する
粒子の製造にとって貴重なツールであることが見出されている。さらに、レーザ
熱分解により製造された粒子はさらに加工するのに好都合な材料であり、望まし
い亜鉛酸化物粒子の製造に対する経路が拡大される。このように、レーザ熱分解
のみを使用することにより、あるいは追加のプロセスと組み合わせてレーザ熱分
解を使用することにより、広範囲にわたる亜鉛酸化物粒子を製造することができ
る。

【００１８】反応条件によりレーザ熱分解により製造された粒子の品質が決定される。レー
ザ熱分解に対する反応条件は比較的正確に制御することができ、そのため所望の
特性を有する粒子を製造することができる。所定の型の粒子を製造するための適
当な反応条件は一般に特別な装置の設計に依存する。特別な装置において亜鉛酸
化物粒子を製造するために使用される特定の条件について以下の実施例を用いて
説明する。さらに、反応条件と得られた粒子との間の関係について、いくつかの
包括的な所見も得られた。

【００１９】レーザ出力が増加すると、反応領域における反応温度が高くなり、急冷速度が
速くなる。急冷速度が速いと、熱平衡付近のプロセスでは得られない高エネルギ
ー相の生成に有利となる傾向がある。同様に、チェンバ圧力が増加しても、高エ
ネルギー構造の生成が有利となる傾向がある。また、反応物の流れにおいて酸素
源として機能する反応物濃度が増大すると、酸素量が増加した粒子の生成が有利
となる。

【００２０】反応物流速及び反応物ガスの流れの速度は粒子サイズに反比例し、そのため、
反応物ガス流速または速度が増大すると、粒子サイズが小さくなる傾向がある。
また、粒子の成長動力学は得られた粒子のサイズにかなりの影響を与える。言い
換えると、異なる形態の生成化合物は、かなり同様の条件下でも、他の相とは異
なるサイズの粒子を形成する傾向がある。光強度／レーザ出力もまた粒子サイズ
に影響し、光強度が増加すると低融解材料ではより大きな粒子が形成され、高融
解材料ではより小さな粒子が形成されるのが有利となる。

【００２１】レーザ熱分解は一般にガス相反応物を用いて実行されてきた。全くガス相反応
物のみを使用すると、実際に使用できる前駆体化合物の型に関し幾分制限が生じ
る。このように、反応物前駆体を含むエアロゾルをレーザ熱分解チェンバに導入
するための技術が開発されてきた。反応物システム用の改良エアロゾル供給装置
についてはさらに、共に譲渡され係属中の、１９９８年１１月９日に出願された
ガードナーらの「反応物供給装置」と題する米国特許出願番号第０９／１８８，
６７０号において説明されている。この特許出願については、参照により明細書
内に組み込むものとする。

【００２２】エアロゾル供給装置を用いると、固体前駆体化合物を溶媒に溶解させて供給す
ることができる。その代わりに、粉末前駆体化合物をエアロゾル供給用の液体／
溶媒中に分散させることができる。液体前駆体化合物は、所望であれば、ストレ
ートの液体、複数の液体分散物あるいは液体溶液からのエアロゾルとして供給す
ることができる。エアロゾル反応物を使用すると、有意の反応物スループットが
得られる。溶媒があれば、溶液の所望の特性を達成するためにその溶媒を選択す
ることができる。適した溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロ
ピルアルコール、他の有機溶媒及びそれらの混合物が挙げられる。溶媒の純度は
望ましいレベルでなければならず、そうすると、得られた粒子の純度レベルは望
ましいものとなる。イソプロピルアルコールなどの幾つかの溶媒はＣＯ_２レーザ
からの赤外光の重要な吸収体である。そのため、反応物の流れの内には追加のレ
ーザ吸収化合物は必要ない。

【００２３】エアロゾル前駆体を溶剤を存在させて形成させる場合、溶媒は好ましくは反応
チェンバにおいて光線により迅速に蒸発させられ、ガス相反応が起こることが可
能である。このように、レーザ熱分解反応の基本の特徴は変わらない。それにも
関わらず、反応条件はエアロゾルの存在により影響される。以下の実施例におい
て、特別なレーザ熱分解反応チェンバにおけるエアロゾル前駆体を用いた亜鉛酸
化物ナノ粒子の製造に対する条件について説明する。このように、エアロゾル反
応物供給に関連するパラメータは、以下の説明に基づきさらに調査することがで
きる。

【００２４】多くの適した固体亜鉛前駆体化合物は溶液からエアロゾルとして供給すること
ができる。例えば、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）および硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２）は水及びイソプロピルアルコールなどのいくつかの有機溶媒に溶解する。化合
物は溶液に溶解され、好ましくは約０．５モルより高濃度である。一般に、溶液
中の前駆体の濃度が大きくなると、反応チェンバ全体の反応物のスループットが
大きくなる。しかしながら、濃度が増加するにつれ、溶液の粘度がより高くなる
ことがあり、エアロゾルは所望のサイズより大きなサイズの小滴を有する。この
ように、溶液濃度の選択は、好ましい溶液濃度の選択における因子の均衡に関係
することがある。

【００２５】ガス供給に対し適当な亜鉛前駆体化合物には一般に妥当な蒸気圧、すなわち反
応物の流れにおいて所望の量の反応物蒸気を得るのに十分な蒸気圧を有する亜鉛
化合物が含まれる。所望であれば、液体または固体前駆体化合物を保持する容器
を加熱して亜鉛前駆体の蒸気圧を増加させることができる。ガス状供給の十分な
蒸気圧を有する適した固体亜鉛前駆体としては、例えば、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）が含まれる。固体前駆体をレーザ熱分解装置に加熱、供給するための適した容
器を図１に示す。適した液体亜鉛前駆体化合物としては、例えば、ジエチル亜鉛
（Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）及びジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ_３）_２）が挙げられる。

【００２６】図１について説明する。蒸気供給のための固体前駆体供給装置５０は容器５２
と蓋５４とを含む。ガスケット５６が容器５２と蓋５４との間に設けられる。１
つの好ましい実施の形態においては、容器５２と蓋５４はステンレス鋼から製造
され、ガスケット５６は銅から製造される。この実施の形態では、蓋５４及びガ
スケット５６は容器５４にボルト留めされる。固体前駆体系に適用される温度お
よび圧力に適したパイレックス（Ｐｙｒｅｘ、登録商標）などの他の不活性材料
を使用することができる。容器５２の周囲はバンド加熱器５８により囲まれてい
る。この加熱器は供給装置５０の温度を所望の値に設定するために使用される。
適したバンド加熱器はオメガエンジニアリング社（ＯｍｅｇａＥｎｇｉｎｅｅ
ｒｉｎｇＩｎｃ．）、スタンフォード、Ｃｏｎｎから入手可能である。バンド
加熱器の温度を調節して、前駆体化合物の所望の蒸気圧を得ることができる。前
駆体供給システムの他の部分を加熱して、前駆体が容器５２から出て行った後も
蒸気状態で前駆体を維持することができる。

【００２７】好ましくは、熱電対６０を蓋５４を介して容器５２内に挿入する。熱電対６０
はスワジロック（Ｓｗａｇｅｌｏｋ、登録商標）継ぎ手６２または他の適した接
続により挿入することができる。管類６４により容器５２内へのキャリアガスの
入力流が得られる。管類６４は好ましくは遮断バルブ６６を含み、スワジロック
（登録商標）継ぎ手６８または他の適した接続により蓋５４を介して挿入するこ
とができる。出力管７０もまた好ましくは遮断バルブ７２を含む。出力管７０は
好ましくは密閉接続７４で蓋５４を介して容器５２内に入る。管類６４及び７０
はステンレス鋼などの適した不活性材料から製造することができる。固体前駆体
を直接容器５２内に入れることができる。あるいは容器５２内のより小さな開放
容器内に入れることができる。

【００２８】酸素源として機能する好ましい第２の反応物としては、例えば、Ｏ_２、ＣＯ、
ＣＯ_２、Ｏ_３及びそれらの混合物が挙げられる。第２の反応物化合物は反応ゾー
ンに入る前に亜鉛前駆体と有意の反応をしてはならない。というのは、この反応
により一般に大きな粒子が形成されるからである。亜鉛前駆体が第２の反応物化
合物と反応する場合、さらに以下で説明するように、２つの反応物は２ノズル反
応物供給装置により供給することができる。そうすると、２つの反応物は混合す
ることなく反応チェンバ内に入る。ジエチル亜鉛及びＯ_２は自然に反応すること
に注意すること。

【００２９】レーザ熱分解は様々な光学的振動数を用いて実行することができる。好ましい
光源は電磁スペクトルの赤外線部で動作する。ＣＯ_２レーザは特に好ましい光源
である。反応物の流れに含有させるための赤外吸収体としては、例えば、Ｃ_２Ｈ _４、イソプロピルアルコール、ＮＨ_３、ＳＦ_６、ＳｉＨ_４及びＯ_３が挙げられる
。Ｏ_３は赤外線吸収体及び酸素源の両方として作用することができる。赤外線吸
収体などの放射線吸収体は放射線ビームからのエネルギーを吸収し、そのエネル
ギーを他の反応物に分配し、熱分解を進める。

【００３０】好ましくは、光線から吸収されたエネルギーはすごい速度で温度を増大させ、
多くの場合、その速度は熱が一般に制御された条件下で発熱反応により生成され
る速度である。そのプロセスは一般に非平衡条件を必要とするので、温度は吸収
領域におけるエネルギーに基づき大体説明することができる。レーザ熱分解プロ
セスは、燃焼反応器内でのプロセスとは質的に異なる。そのプロセスでは、エネ
ルギー源が反応を開始させるが、その反応は発熱反応により発せられるエネルギ
ーにより進む。

【００３１】不活性シールディングガスを使用して、反応物チェンバ部品と接触する反応物
及び生成物分子の量を減少させることができる。適当なシールディングガスとし
ては例えばＡｒ、Ｈｅ及びＮ_２が挙げられる。

【００３２】適当なレーザ熱分解装置は一般に雰囲気環境から隔離された反応チェンバを含
む。反応物供給装置に接続された反応物入口は反応チェンバを通る反応物の流れ
を作り出す。レーザビーム通路は反応ゾーンで反応物の流れと交差する。反応物
の流れは反応ゾーン後の出口まで続き、その出口で反応物の流れは反応チェンバ
を出て行き、捕集装置内に入る。一般に、レーザなどの光源は反応チェンバの外
部に配置され、光線は適当な窓（ウインドウ）を介して反応チェンバに入る。

【００３３】図２について説明する。レーザ熱分解システムの特別な実施の形態１００は、
反応物供給装置１０２と、反応チェンバ１０４と、捕集装置１０６と、光源１０
８とシールディングガス供給装置１１０とを含む。他の反応供給装置１０２を図
２の装置と共に使用することができる。以下で説明する第１の反応物供給装置は
、専らガス状反応物を供給するために使用することができる。２つの他の反応物
供給装置は、１以上の反応物をエアロゾルとして供給するために説明する。

【００３４】図３について説明する。反応物供給装置１０２の第１の実施の形態１１２は前
駆体化合物の源１２０を含む。液体または固体反応物では、１以上のキャリアガ
ス源１２２からのキャリアガスを前駆体源１２０内に導入し、反応物の供給を容
易にすることができる。前駆体源１２０は図１に示したような固体前駆体供給装
置５０、あるいは他の適した容器とすることができる。キャリアガス源１２２か
らのキャリアガスは好ましくは赤外線吸収体及び／または不活性ガスのいずれか
である。キャリアガスは好ましくは液体反応物化合物を通って泡立たされ、ある
いは固体反応物供給装置内に運搬される。反応ゾーンの反応物蒸気の量はキャリ
アガスの流速に大体比例する。液体または固体反応物を加熱し、その蒸気圧を増
大させることができる。同様に、反応物供給装置１０２の部分を加熱し、反応物
化合物が供給装置の壁に析出するのを妨害することができる。

【００３５】その代わりに、キャリアガスを、適宜、直接赤外線吸収体源１２４及び／また
は不活性ガス源１２６から直接供給することができる。前駆体源１２０からのガ
スは赤外線吸収体源１２４及び／または不活性ガス源１２６からのガスと、管１
２８の単一の部分でそれらのガスを結合させることにより、混合される。ガスは
反応チェンバ１０４から十分な距離結合され、そのため、ガスは反応チェンバ１
０４に入る前に十分に混合される。管１２８内で混合されたガスはダクト１３０
を通ってチャネル１３２に入る。そのチャネルは反応物入口１３４と流体接続し
おり、その反応物入口は、図３の想像線で示されているように、複数入口供給装
置の一部である。

【００３６】第２の反応物は第２の反応物源１３８から供給することができる。この反応物
源は液体反応物供給装置、固体反応物供給装置、ガスシリンダまたは他の適した
容器または複数の容器とすることができる。第２の反応物源１３８が液体または
固体反応物を供給する場合、キャリアガス源１２２または他のキャリアガス源か
らのキャリアガスを使用して反応物の供給を容易にすることができる。図３に示
されるように、第２の反応物源１３８は第２の反応物を管１２８によりダクト１
３０に供給することができる。その代わりに、図３の想像線により示されるよう
に、第２の反応物源１３８は第２の反応物を管１４０に供給し、ダクト１４１を
通って第２の反応物入口１４２に供給することができる。入口１３４、１４２は
互いに向けてわずかに角度をつけることができ、ガスの混合が容易になる。

【００３７】反応物入口１３４及び１４２を通す他の供給を用いて、第１及び第２の反応物
が反応物入口から出てきた後、それらの反応物を反応物チェンバ内で混合する。
これは特に、ジエチル亜鉛と分子酸素など、反応物が自然に反応する場合に好都
合である。３以上の反応物を使用する場合、追加の反応物は同様に、単一の反応
物入口１３４を通って、２つの入口１３４、１４２を通って、あるいは３以上の
反応物入口を通って、適宜あるいは望み通りに供給することができる。質量流量
制御装置１４４を使用して、図３の反応物供給システム内のガスの流れを調節す
ることができる。

【００３８】以上で述べたように、反応物の流れは１以上のエアロゾルを含むことができる
。エアロゾルは反応チェンバ１０４内で、あるいは反応チェンバ１０４に注入す
る前に反応チェンバ１０４の外側で形成させることができる。エアロゾルを反応
チェンバ１０４に注入する前に生成する場合、エアロゾルは、図３の反応物入口
１３４などの、ガス状反応物用に使用される反応物入口に匹敵する反応物入口を
介して導入することができる。

【００３９】図４について説明する。反応物供給システム１０２の他の実施の形態１５０を
使用してエアロゾルをチャネル１３２に供給する。以上で説明したように、チャ
ネル１３２は反応物を反応チェンバ内に誘導するための注入ノズルの一部を形成
し、反応物入口１３４で終端する。反応物供給システム１５０はエアロゾル発生
装置１５２と、キャリアガス／蒸気供給管１４３と、接続部１５６とを含む。チ
ャネル１３２と、エアロゾル発生装置１５２と、供給管１５４とは接続部１５６
の内部容積１５８内で交わる。供給管１５４はキャリアガスをチャネル１３２に
沿って誘導するように指向される。エアロゾル発生装置１５２はエールゾル１６
０がチャネル１３４への開口と供給管１５４からの出口との間のチェンバ１５８
の容積内で発生するように載置される。

【００４０】エアロゾル発生装置１５２は様々な原理に基づいて動作することができる。例
えば、エアロゾルは超音波ノズルを用いて、静電噴霧システムを用いて、加圧流
あるいは単純な噴霧器を用いて、沸騰噴霧器を用いて、あるいはガス噴霧器を用
いて発生させることができる。ガス噴霧器では、液体をかなりの圧力下で小さな
オリフィスを通過させ、ガスストリームを衝突させることにより破砕して粒子と
する。圧電トランスデューサ及び適したブロードバンド超音波発生装置を備えた
超音波ノズルは、モデル８７００−１２０など、ソノテック（Ｓｏｎｏ−Ｔｅｋ
）社、ミルトン、ＮＹから入手可能である。適したエアロゾル発生装置はさらに
、共に出願中の共に譲渡された、ガードナーらの「反応物供給装置」と題する米
国出願番号第０９／１８８，６７０号において説明されている。この出願につい
ては参照により明細書に組み込むものとする。追加のエアロゾル発生装置を他の
部品１６２を介して接続部１５６に取りつけることができ、追加のエアロゾルを
内部１５８で発生させ反応チェンバ内に供給することができる。

【００４１】接続部１５６は接続部１５６の外部から内部１５８に進入するためのポート１
６２を含む。このように、チャネル１３２、エアロゾル発生装置１５２、及び供
給管１５４は適当に載置することができる。１つの実施の形態では、接続部１５
６は６つの円筒形ポート１６２を備える立方体であり、１つのポート１６２は接
続部１５６の各面から延在している。接続部１５６はステンレス鋼あるいは他の
耐久性のある非腐食性材料から製造することができる。窓１６１は好ましくは１
つのポート１６２で密閉され、内部１５８を目視することができる。接続部１５
６の底から延在するポート１６２は好ましくは、ドレイン１６３を含み、チャネ
ル１３４を介して供給されない濃縮エアロゾルを接続部１５６から除去すること
ができる。

【００４２】キャリアガス／蒸気供給管１５４はガス源１６４に接続される。ガス源１６４
は、選択されたガスまたはガス混合物を供給管１５４に供給するように接続され
た１つのあるいは複数のガス容器を含むことができる。キャリアガスは液体前駆
体供給装置あるいは固体前駆体供給装置を通過させることができ、そのためキャ
リアガスは液体前駆体または固体前駆体の蒸気を含む。このように、キャリアガ
ス／蒸気供給管１５４を使用して、例えば、レーザ吸収ガス、反応物、及び／ま
たは不活性ガスを含む反応物の流れの内で様々な所望のガスおよび／または蒸気
を供給することができる。ガス源１６４から供給管１５４までのガスの流れは１
以上の質量流量制御装置１６６などにより制御される。液体供給管１６８はエア
ロゾル発生装置１５２に接続される。液体供給管１６８はエアロゾル発生装置１
５２及び液体供給源１７０に接続される。亜鉛酸化物粒子を製造するために、液
体供給源１７０は亜鉛前駆体を含む液体を保持することができる。

【００４３】図４に示した実施の形態においては、エアロゾル発生装置１５２は、管１５４
からチャネル１３２までのキャリアガス流に大体直交する運動量を持つエアロゾ
ルを発生させる。このように、供給管１５４からのキャリアガス／蒸気はエアロ
ゾル発生装置１５２により発生したエアロゾル前駆体をチャネル１３２内に誘導
する。動作において、キャリアガス流はチェンバ１５８内に供給されたエアロゾ
ルをチャネル１３２内に誘導する。このように、エアロゾルの供給速度は事実上
キャリアガスの流速により決定される。

【００４４】他の好ましい実施の形態では、エアロゾル発生装置は水平に対し上向き角度で
配置され、そのため、エアロゾルの前進運動量の成分はチャネル１３４に沿って
誘導される。好ましい実施の形態では、エアロゾル発生装置から誘導される出力
はチャネル１３４への開口により規定される垂直方向、すなわち供給管１５４か
らチャネル１３４への流れの方向に対し約４５°の角度で配置される。

【００４５】図５について説明する。２つのエアロゾル反応物を供給するために、反応物供
給装置１０２の他の実施の形態１７２が示されている。エアロゾル発生装置１７
３、１７４はエアロゾルをそれぞれ供給管１３２、１４１内に供給する。チャネ
ル１３２、１４１はそれぞれ反応物入口１３４、１４２に反応物を供給する。エ
アロゾル発生装置１７３，１７４は、エアロゾル発生装置１５２に関して上述し
たように、様々な原理に基づいて動作することができる。

【００４６】反応ガス、不活性ガス及び／または光吸収ガスは、望み通り、チャネル１３２
、１４１への様々な構造のいずれかに従い、ガス源１７６、１７７及びガス供給
管１７０、１８０により、供給することができる。例えば、ガス供給管１７９、
１８０は、エアロゾル発生装置１７３、１７４の上下の様々な位置で、チャネル
１３２、１４１の向きに対し様々な角度で、チャネル１３２、１４１と接続する
ことができる。望み通り、各チャネル１３２、１４１に対し、複数のガス供給管
を使用することができる。その代わりに、エアロゾル発生装置１７３、１７４の
１つを省略することができ、そうすると、反応物供給装置１７２がエアロゾル及
びガス状反応物をそれぞれ、反応物入口１３４、１４２を介して供給する。

【００４７】他の実施の形態は、単一の反応物入口１３４により反応物を供給する図５の実
施の形態の変更を基本とすることができる。これらの実施の形態では、単一のチ
ャネル１３２が存在する。第２のエアロゾル発生装置は省略することができ、あ
るいはエアロゾルを第１のエアロゾル発生装置と同じチャネル内に供給するよう
に構成することができる。このように、これらの他の実施の形態を使用して、１
つのエアロゾル反応物と１つのガス状反応物、２つのエアロゾル反応物あるいは
３以上の反応物と１以上のエアロゾルを、単一の反応物入口１３４を介して反応
チェンバ内１０４に供給することができる。

【００４８】図２について説明する。反応物チェンバ１０４は主チェンバ２００を含む。反
応物供給システム１０２は注入ノズル２０２で主チェンバ２００に接続する。反
応チェンバ１０４を加熱して前駆体化合物を蒸気状態に維持することができる。
特に、固体前駆体の蒸気を使用する場合、反応チェンバ１０４全体を約１２０℃
まで加熱することが好ましい。同様に、固体前駆体の蒸気を使用する場合、アル
ゴンシールディングガスを約１５０℃まで加熱することが好ましい。前駆体がチ
ェンバ上に析出していないことを確認するために、凝縮についてチェンバの検査
をすることができる。

【００４９】注入ノズル２０２の端には不活性シールディングガスが通過するように環状の
開口２０４が、反応物が通過するように反応物入口１３４が設けられ、反応チェ
ンバにおいて反応物の流れが形成される。反応物入口１３４は好ましくは、図２
の左下の挿入図に示されているように、細隙である。環状開口２０４は、例えば
、直径が約１．５インチであり、半径方向に沿う幅は約１／８インチから約１／
１６インチである。環状開口２０４を通過するシールディングガスの流れにより
、反応物ガス及び生成物粒子の反応チェンバ１０４全体への広がりの防止が助け
られる。２つの反応物入口１３４、１４２を有する実施の形態では、図２の右下
の挿入図に示されているように、２つの細隙あるいは他の形状がノズル２０２の
端に存在する。

【００５０】注入ノズル２０２の両側に管状部分２０８、２１０が配置される。管状部分２
０８、２１０はそれぞれＺｎＳｅ窓２１２、２１４を含む。窓２１２、２１４の
直径は約１インチである。窓２１２、２１４は好ましくは、焦点距離がチェンバ
の中心からレンズの表面までの距離と等しく、光線をノズル開口の中心のすぐ下
の点に集束させる円筒レンズである。窓２１２、２１４は好ましくは反射防止コ
ーティングを有する。適当なＺｎＳeレンズはジョノステクノロジー（Ｊａｎｏ
ｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、タウンゼンド、ヴァーモントから入手可能である
。管状部分２０８、２１０により、窓２１２、２１４が主チェンバ２００からず
らすことができ、そのため窓２１２、２１４は反応物及び／または生成物により
汚染されにくくなる。窓２１２、２１４は、例えば、主チェンバ２００の縁から
約３ｃｍずらされる。

【００５１】窓２１２、２１４はＯ−リングゴムで管状部分２０８、２０９に密閉され、雰
囲気空気が反応チェンバ１０４内への流れないようにされる。管状入口２１６、
２１８によりシールディングガスの管状部分２０８、２１０内への流れが生じ、
窓２１２、２１４の汚染が減少する。管状入口２１６、２１８は不活性ガス源ま
たは別個の不活性ガス源に接続される。どちらの場合でも、入口２１６、２１８
への流れは好ましくは質量流量制御装置２２２により制御される。

【００５２】光源１０８は、窓２１２に入り窓２１４から出て行く光線２２４を発生させる
ように整合される。窓２１２、２１４は、反応ゾーン２２６で反応物の流れと交
差する主チェンバ２００を通る光路を規定する。窓２１４から出ると、光線２２
２は電力計２２８に当り、その電力計はビームダンプとしても作用する。適当な
電力計はコーヒーレント社（ＣｏｈｅｒｅｎｔＩｎｃ．）、サンタクララ、Ｃ
Ａから入手可能である。光源１０８はレーザまたは、アークランプなどの強い従
来の光源とすることができる。好ましくは、光源１０８は赤外線レーザ、とりわ
けＰＲＣ社、ランディング、ＮＪから入手可能な１８００ワット最大パワー出力
レーザなどのＣＷＣＯ_２レーザである。

【００５３】注入ノズル２０２内の反応物入口１３４または入口１３４、１４２を通過する
反応物が反応物の流れを始める。反応物の流れは反応ゾーン２２６を通過する。
反応ゾーンでは亜鉛または他の金属前駆体化合物が関係する反応が起こる。反応
ゾーン２２６でのガスの加熱は非常に急激で、特定の条件に依りおおよそ１０^５ ℃／秒のオーダーである。反応は反応ゾーン２２６を過ぎると急冷され、粒子２
３０が反応物の流れの内で形成される。プロセスの非平衡の性質により、サイズ
分布が非常に均一で、構造的な一様性も高いナノ粒子が製造される。

【００５４】反応物の流れの通路は捕集ノズル２３２まで続く。捕集ノズル２３２は注入ノ
ズル２０２から約２ｃｍ離されている。注入ノズル２０２と捕集ノズル２３２と
の間の小さな空間により、反応チェンバ１０４の反応物及び生成物による汚染の
軽減が促進される。捕集ノズル２３２は、図２の上の挿入図に示されるように、
円形開口２３４を有する。円形開口２３４は捕集装置１０６に送り込む。

【００５５】主チェンバ２００に取りつけた圧力ゲージ２５０を用いて、チェンバの圧力を
モニタした。望ましい酸化物を製造するための好ましいチェンバ圧力は一般に約
８０Ｔｏｒｒから約７００Ｔｏｒｒの範囲である。

【００５６】反応チェンバ１０４は図示していない２つの追加の管状部分を有する。追加の
管状部分の１つは図２の断面図の面内に突出しており、第２の追加の管状部分は
図２の断面図の面から突出している。上から見ると、４つの管状部分がチェンバ
の中心の周りに大体対称的に配置されている。これらの追加の管状部分はチェン
バの内側を観察するための窓を有している。装置のこの構成では、粒子の製造を
容易にするために２つの追加の管状部分は使用されない。

【００５７】捕集装置１０６は好ましくは、捕集ノズル２３０からから通じている湾曲チャ
ネル２７０を含む。粒子のサイズが小さいため、生成物粒子は一般に湾曲部の周
りのガス流に随行する。捕集装置１０６は生成物粒子を捕集するためにガス流内
にフィルタ２７２を含む。湾曲部分２７０により、フィルタはチェンバの真上で
支持されない。フィルタには、材料が不活性で、粒子をトラップするのに十分細
かいメッシュを有する限り、テフロン、ガラス繊維などの様々な材料を使用する
ことができる。フィルタ用の好ましい材料としては、例えば、ＡＣＥガラス社、
ヴィンランド、ＮＪからのガラス繊維フィルタ及びＡＦイクイップメント社（Ｅ
ｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．）、サニーヴェール、ＣＡからの円筒ノメックス（Ｎ
ｏｍｅｘ、登録商標）フィルタが挙げられる。

【００５８】捕集システム１０６を選択した圧力に維持するためにポンプ２７４を使用する
。様々な異なるポンプを使用することができる。ポンプ２７４として使用するの
に適当なポンプとしては、例えば、ポンプ容量が約２５立方フィート／分（ｃｆ
ｍ）のブッシュ社（ＢｕｓｃｈＩｎｃ．）、ヴァージニアビーチ、ＶＡからの
ブッシュモデルＢ００２４ポンプ、ポンプ容量が約１９５ｃｆｍのレイボウルド
バキュウムプロダクト（ＬｅｙｂｏｌｄＶａｃｕｕｍＰｒｏｄｕｃｔｓ）、
エキスポート、ＰＡからのレイボウルドモデルＳＶ３００ポンプが挙げられる。
ポンプの排出物はスクラバー２７６を通して流し、残りの反応化学薬品を除去し
た後、雰囲気中に排出することが望ましい。システム全体１００あるいはその一
部は換気のために、かつ安全を考慮して、換気フード内に配置することができる
。一般に、光源１０８はサイズが大きいので換気フードの外側に配置する。

【００５９】反応システム１００またはその部品は好ましくはコンピュータ２８０により制
御される。一般に、コンピュータ２８０は光源１０８を制御し、圧力ゲージ２５
０などにより反応チェンバ１０４内の圧力をモニタする。コンピュータ２８０を
使用して、反応物及び／またはシールディングガスの流れを制御することができ
る。ポンピング速度は、ポンプ２７４とフィルタ２７２との間に挿入された手動
針弁または自動絞り弁のいずれかにより制御される。フィルタ２７２上に粒子が
蓄積してチェンバ圧力が増加すると、針弁または絞り弁を調節して、ポンピング
速度及び対応するチェンバ圧力を維持することができる。

【００６０】反応は、十分な粒子がフィルタ上２７２で捕集され、ポンプ２７４がもはやフ
ィルタ２７２に介しての抵抗に対し反応チェンバ１０４内の所望の圧力を維持す
ることができなくなるまで続けることができる。反応チェンバ１０４内の圧力を
もはや望ましい値に維持することができなくなると、反応を中止し、フィルタ２
７２を除去する。この実施の形態を用いると、チェンバ圧力をもはや維持するこ
とができなくなるまでの単一の運転で、約１−３００ｇの粒子を捕集することが
できる。単一の運転は、生成される粒子の型及び使用されるフィルタの型により
、一般に約１０時間まで継続することができる。

【００６１】図２について説明する。シールディングガス供給装置１１０は不活性ガスダク
ト２９２に接続された不活性ガス源２２０を含む。不活性ガスダクト２９２は環
状チャネル２９４内に流れ込む。質量流量制御装置２９６は不活性ガスの不活性
ガスダクト２９２内への流れを調節する。図３に示した反応物供給装置１１２を
使用する場合、不活性ガス源１２６はまた、望み通り、ダクト１９２用の不活性
ガス源として機能することができる。同様に、別個のガス源を使用して、不活性
ガスダクト２９２及び管２１６、２１８に供給することができる。

【００６２】反応条件は比較的正確に制御することができる。質量流量制御装置は実に正確
である。レーザは一般に約０．５％の出力安定性を有する。手動制御または絞り
弁のいずれかにより、チェンバ圧力は約１％以内に制御することができる。

【００６３】反応物供給システム１０２及び捕集システム１０６の構成を反対にすることが
できる。この別の構成では、反応物は反応チェンバ上から供給され、生成物粒子
はチェンバの底から捕集される。捕集システム１０６は、反応チェンバ１０４の
下に載置する場合、湾曲部分を含まなくてもよい。そのため、捕集フィルタは反
応チェンバ１０４の真下に載置される。

【００６４】レーザ熱分解システムの他の設計については、共に出願中の、共に譲渡された
「化学反応による粒子の効率のよい製造」と題する米国特許出願番号第０８／８
０８，８５０号において説明されている。これについては参照により明細書に組
み込むものとする。この他の設計は、レーザ熱分解により商業的な量の粒子の製
造を容易にしようとするものである。反応チェンバは反応物の流れに対し垂直に
、レーザビームに沿って細長く、反応物及び生成物のスループットが増大する。
装置の元の設計はガス状反応物の導入に基づくものである。エアロゾルを細長い
反応チェンバに導入するための他の実施の形態については、共に出願中の、共に
譲渡された、１９９８年１１月９日に出願された「反応物供給装置」と題するガ
ードナーらの米国特許出願番号第０９／１８８，６７０号において説明されてい
る。この出願については、参照により明細書に組み込むものとする。

【００６５】一般に、他の熱分解装置は、チェンバ壁の汚染を軽減させ、製造能力を増大さ
せ、資源を有効に利用するように設計された反応チェンバを含む。これらの目的
を達成するために、反応物及び生成物のスループットを増大させるが、対応する
チェンバの無駄な容積の増大が起こらない細長い反応チェンバを使用する。チェ
ンバの無駄な容積は未反応化合物及び／または反応生成物により汚染されること
がある。

【００６６】改良反応チェンバ３００の設計の概略を図６に示す。反応物入口３０２は主チ
ェンバ３０４まで案内する。反応物入口３０２は主チェンバ３０４の形状と大体
一致する。主チェンバ３０４は粒状生成物、未反応ガス及び不活性ガスを取り出
すために反応物／性生物ストリームに沿う出口３０６を含む。シールディングガ
ス入口３１０を反応物入口３０２の両側に配置する。シールディングガス入口を
使用して、反応物の流れの両側に不活性ガスのブランケットを形成させ、チェン
バ壁と反応物または生成物との間の接触を妨害する。

【００６７】管状部分３２０、３２２は主チェンバ３０４から延在する。管状部分３２０、
３２２は反応チェンバ３００を通る光線通路３２８を規定する窓３２４、３２６
を保持する。管状部分３２０、３２２は不活性ガスを管状部分３２０、３２２内
に導入するための不活性ガス入口３３０、３３２を含むことができる。

【００６８】改良反応システムは、反応物の流れからナノ粒子を取り出すための捕集装置を
含む。捕集システムは、製造を終了する前に大量の粒子を捕集するバッチモード
で粒子を捕集するように設計することができる。その代わりに、捕集装置内の異
なる粒子捕集器間で切替ることにより、あるいは捕集システムを周囲の雰囲気に
暴露させずに粒子を取り出すことにより、連続製造モードで運転するように捕集
システムを設計することができる。連続粒子製造用の捕集装置の他の好ましい実
施の形態については、共に出願中の共に譲渡された、ガードナーらの「粒子捕集
装置と関連する方法」と題する米国特許出願番号第０９／１０７，７２９号にお
いて説明されている。この出願については、参照により明細書に組み込むものと
する。捕集装置は流れ通路内に、図２に示した捕集装置の湾曲部と同様の湾曲部
品を含む。

【００６９】図７について説明する。細長い反応チェンバを備えたレーザ熱分解反応システ
ムの特定の実施の形態３５０を示す。この実施の形態では、反応チェンバをガス
状反応物のみを供給するために設計された反応物供給装置と共に、あるいは所望
のガスと共にエアロゾル反応物を供給することができる反応物供給装置と共に使
用することができる。レーザ熱分解反応装置３５０は反応チェンバ３５２と、粒
子捕集装置３５４と、光源３５６と、入口３６２に取り付けられた反応物供給シ
ステムとを含む。

【００７０】反応チェンバ３５２は反応チェンバ３５２の底に入口３６４を含み、そこで、
反応物供給装置が反応物チェンバ３５２と接続する。反応物供給装置と結合され
たノズルは反応物チェンバ３５２内に延在することができる。ガス状反応物は反
応チェンバ３５２の延長線に大体一致するように延長されたノズルを通して供給
することができる。同様に、エアロゾルを供給することができ、反応チェンバの
細長い形状を占めることができる。

【００７１】この実施の形態では、反応物は反応物チェンバ３５２の底から供給され、生成
物は反応チェンバ３５２の上から捕集される。この構成は反対にすることができ
、望み通り、反応物はうえから供給され、生成物は底から捕集される。シールデ
ィングガスコンジットを反応物入口３６４の周りの適当な位置に配置することが
できる。シールディングガスコンジットはシールディングガスを反応チェンバ３
５２の壁に沿って誘導し、反応ガスあるいは生成物と壁との結合を防止する。

【００７２】反応チェンバ３５２は図７では「ｗ」により示されている１つの次元に沿って
伸びている。レーザビーム通路３６６は主チェンバ３７２から管３７０に沿って
配置されている窓３６８を通って入り、反応チェンバ３５２の伸長方向を横断す
る。レーザビームは管３７４を通過し窓３７６から出る。１つの実施の形態では
、管３７０、３７４により窓３６８、３７６は主チェンバ３７２から約１１イン
チ離して配置される。レーザビームはビームダンプ３７８で終結する。動作中、
レーザビームは反応物入口３６４を通って発生した反応物の流れと交差する。

【００７３】主チェンバ３７２の上面は粒子捕集システム３５２内まで開放している。粒子
捕集システム３５４は主チェンバ３７２の上面に接続された出口ダクト３８０を
含む、主チェンバ３７２からの流れを収容する。出口３８０は図８に示されるよ
うに、反応物の流れの面から生成物粒子を円筒フィルタ３８２まで運搬する。フ
ィルタ３８２は一端にキャップ３８４を有し、フィルタ３８２の中心に直接流れ
込まないようにしている。フィルタ３８２の他端はディスク３８６に固定する。
孔３８８がディスク３８６の中心に固定され、フィルタ３８２の中心への出入り
が可能となる。孔３８８はダクトによりポンプに取り付けられる。

【００７４】このように、生成物粒子は、反応チェンバ３５２からポンプまでの流れにより
フィルタ３８２上にトラップされる。適したポンプについては、図２の第１のレ
ーザ熱分解装置に関して以上で説明した。フィルタ３８２として使用するのに適
したフィルターとしては、例えば、Ｓａａｂ９０００自動車用の空気清浄器フ
ィルタ（ピューリレイター（Ｐｕｒｉｌａｔｏｒ）部品Ａ４４−６７）が挙げ
られ、これはプラスチコル（Ｐｌａｓｔｉｃｏｌ、登録商標）あるいはポリウレ
タン端キャップ３８４を有するワックス含浸紙である。反応物注入部品及び捕集
システムの構成は反対にすることができ、その場合、粒子は装置の上部で捕集さ
れる。

【００７５】図７及び図８に示した捕集装置は、バッチモードでの反応チェンバ３５２の動
作に適している。この場合、動作はフィルタ３８２にさらに粒子を捕集すること
ができなくなった時に中止される。他の捕集装置は上述したように連続動作にお
いて反応チェンバ３５２を動作させるのに適している。

【００７６】細長い反応チェンバ３５２と反応物入口３６４の寸法は高い効率で粒子が製造
されるように設計される。１８００ワットのＣＯ_２レーザを用いる場合、亜鉛酸
化物ナノ粒子を製造するための反応物入口３６４の妥当な寸法は約５ｍｍから約
１ｍである。

【００７７】上述したように、亜鉛酸化物粒子の性質はさらに処理を施すことにより変更さ
せることができる。特に、ナノスケールの亜鉛酸化物粒子をオーブン内で酸化環
境あるいは不活性環境において加熱することにより、酸素量を変更させ、結晶格
子を変え、あるいは粒子上の吸収化合物を取り除いて粒子の品質を改良すること
ができる。

【００７８】熱処理用の開始材料は、どのサイズ及び形状の亜鉛酸化物粒子を捕集したもの
でもよい。ナノスケールの粒子が好ましい開始材料である。適したナノスケール
の開始材料はレーザ熱分解により生成される。さらに、開始材料として使用され
る粒子は異なる条件下で１以上の前加熱工程にかけることができる。オーブン中
での金属酸化物ナノスケール粒子の処理については、さらに、共に出願中の共に
譲渡された、１９９７年７月２１日に出願された「熱による酸化バナジウム粒子
の処理」と題する米国特許出願番号第０８／８９７，９０３号において説明され
ている。この出願については参照により明細書に組み込むものとする。

【００７９】大体均一な加熱処理を施すために、亜鉛酸化物粒子をオーブンなどの中で加熱
することが好ましい。処理条件は一般に穏やかであり、そのため焼結する粒子は
ほとんどない。加熱温度は好ましくは開始材料及び生成物材料の両方の融点より
も低い。

【００８０】加熱プロセスに対する雰囲気は酸化雰囲気あるいは不活性雰囲気とすることが
できるが、サンプルと接触するガスの性質により異なる生成物が形成するかもし
れない。粒子上の雰囲気は静的とすることができ、あるいはシステムを通してガ
スを流すことができる。適当な酸化ガスとしては、例えば、Ｏ_２、Ｏ_３、ＣＯ、
ＣＯ_２及びそれらの組み合わせが挙げられる。Ｏ_２は空気として供給することが
できる。

【００８１】酸化ガスは必要に応じてＡｒ、Ｈｅ及びＮ_２などの不活性ガスと共に混合する
ことができる。不活性ガスを酸化ガスと混合させる場合、ガス混合物は約１％の
酸化ガスから約９９％の酸化ガスとすることができ、より好ましくは約５％の酸
化ガスから約９９％の酸化ガスとすることができる。その代わりに、望み通り、
本質的に純粋な酸化ガスあるいは純粋な不活性ガスのいずれかを使用することが
できる。

【００８２】正確な条件を変えて、製造される亜鉛酸化物生成物の特性を変化させることが
できる。例えば、温度、加熱時間、加熱および冷却速度、ガスおよびガスに関す
る暴露条件はすべて、望み通りに変更することができる。一般に、酸化雰囲気下
での加熱では、加熱期間が長くなると、平衡に達する前に材料内に混入される酸
素の量が多くなる。いったん平衡条件に達すると、全般的な条件が粉末の結晶相
を決定する。

【００８３】様々なオーブンなどを使用して、加熱を実行することができる。この処理を実
行するのに適した装置４００の例を図９に示す。装置４００はジャー４０２を含
み、このジャーはガラスまたは他おの不活性材料から製造され、この中に粒子が
入れられる。適したガラスジャーはエースガラス（ＡｃｅＧｌａｓｓ）（ヴィ
ンランド、ＮＪ）から入手可能である。ガラスジャー４０２の上面は、ジャー４
０２とキャップ４０４との間のテフロン（登録商標）ガスケット４０５により、
ガラスキャップ４０４に密閉される。キャップ４０４は１以上のクランプにより
定位置に保持することができる。キャップ４０４は複数のポート４０６を含み、
各ポートはテフロン（登録商標）ブラッシングを備える。複数の羽根を有するス
テンレス鋼攪拌機４０８をキャップ４０４の中央ポート４０６を通して挿入する
ことが好ましい。攪拌機４０８は適したモータに接続される。

【００８４】ガスをジャー４０２内に供給するために、１以上の管４１０がポート４０６を
通して挿入される。管４１０はステンレス鋼または他の不活性材料から製造する
ことができる。ディフューザ４１２を管４１０の先に含ませて、ガスをジャー４
０２内に分配することができる。加熱器／炉４１４が一般にジャー４０２の周囲
に配置される。適した抵抗加熱器はガラス−コル（Ｇｌａｓｓ−ｃｏｌ）（テレ
ホート、ＩＮ）から入手可能である。１つのポートは好ましくはＴ接続４１６を
含む。ジャー４０２内の温度はＴ接続４１６を介して挿入された熱電対４１６を
用いて測定することができる。Ｔ接続４１６はさらに孔４１８に接続することが
できる。孔４１８はジャー４０２を通って循環するガスを排出する。好ましくは
孔４１８は換気フードまたは他の換気装置に排出する。

【００８５】好ましくは、所望のガスをジャー４０２を通して流す。管４１０は一般に酸化
ガス源４２０及び／または不活性ガス源４２２に接続される。酸化ガス源４２０
及び不活性ガス源４２２はガスシリンダまたは他の適した容器とすることができ
る。所望の雰囲気を生成させる酸化ガス、不活性ガスあるいはそれらの混合物を
適当なガス源からジャー４０２内に入れる。

【００８６】様々な流速を使用することができる。流速は好ましくは約１標準立方センチメ
ートル／分（ｓｃｃｍ）から約１０００ｓｃｃｍであり、より好ましくは約１０
ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍである。流速は一般に処理工程中一定であるが、
流速及びガスの組成は、要求があれば、処理中の時間経過と共に体系的に変更さ
せることができる。その代わりに、静的なガス雰囲気を使用することができる。

【００８７】例えば、亜鉛酸化物の処理では、温度は好ましくは約５０℃から約５００℃、
より好ましくは約６０℃から約４００℃である。粒子は好ましくは約５分より長
く加熱し、一般に約５分から約１００時間の間加熱する。加熱は好ましくは約２
時間から約１００時間の間、より好ましくは約２時間から約５０時間の間、続け
る。所定の標的生成物粒子に対しては、さらに加熱しても粒子組成にはさらなる
変更は生じない。

【００８８】所望の材料を得るための適当な条件を生成させるには幾つかの経験的な調節が
必要とされるかもしれない。穏やかな条件を使用すると、より大きな粒子サイズ
となる粒子間の焼結が避けられる。幾分高い温度で、粒子の幾つかの制御された
焼結を実行することができ、わずかに大きな平均粒子径を製造することができる
。

【００８９】Ｂ．粒子特性対象となる粒子捕集物の主粒子に対する平均直径は、約１５０ｎｍ未満であり
、好ましくは約９５ｎｍ未満であり、より好ましくは約５ｎｍから約５０ｎｍで
あり、さらに好ましくは約５ｎｍから約２５ｎｍである。主粒子は通常、大体球
状の大きな外観を有する。より徹底的に調査すると、結晶性亜鉛酸化物粒子は一
般に基礎の結晶格子に対応する面を有する。それにも関わらず、主粒子は物理的
３次元において大体同等に成長する傾向があり、大きな球状外観を呈することと
なる。一般に、主粒子の９５％、好ましくは９９％において、短軸方向の大きさ
に対する長軸方向の大きさの比が約２未満である。非対称の粒子に関する直径測
定は、粒子の主軸に沿う長さ測定値の平均を基本とする。

【００９０】サイズが小さいため、主粒子は近くの粒子間のファンデルワールス力及び他の
電磁力により緩い凝集体を形成する傾向がある。それにも関わらず、主粒子のナ
ノメートルスケールは、粒子の透過電子顕微鏡写真においてはっきりと観察する
ことができる。粒子は一般に顕微鏡写真において観察されるようなナノメートル
スケールの粒子に対応する表面積を有する。さらに、粒子はサイズが小さいこと
、材料の１ｇ当りの表面積が大きいことにより独特の特性を示すことができる。

【００９１】さらに、粒子はサイズが小さいこと、材料の１ｇ当りの表面積が大きいことに
より独特の特性を示す。特に関連するものとして、粒子は以下でさらに説明する
ように、変化するバンド構造を有する。表面積が大きいと、一般に粒子の光度が
高くなる。

【００９２】好ましくは、主粒子のサイズの一様性の程度は高い。透過電子顕微鏡写真の調
査から決定されるように、主粒子は一般に、主粒子の少なくとも９５％、好まし
くは９９％が平均直径の約４０％より大きく平均直径の約１６０％よりは小さい
直径を有するようなサイズ分布を有する。好ましくは、主粒子は、主粒子の少な
くとも約９５％が平均直径の約６０％より大きく平均直径の約１４０％より小さ
い直径を有するような直径分布を有する。

【００９３】さらに、本質的には平均直径の約４倍、好ましくは平均直径の３倍、さらに好
ましくは平均直径の２倍を超える平均直径を有する主粒子は存在しない。言い換
えると、粒子サイズ分布は事実上、かなり大きなサイズの粒子が少数あることを
示す末尾を有しない。これは、反応領域が小さく、対応する粒子の急冷が急激で
あるからである。末尾における効果的な切断は、平均直径を超える特別な切断値
より大きな直径を有するものは１０^６中に約１分子もないことを示す。サイズ分
布が狭く、その部分中の尾部が無く、大体球状の形態であれば、様々な適用にお
いて、特に発光範囲の狭い発光体のために利用することができる。

【００９４】結晶直径が小さいと、粒子のバンド特性は変化する。バンドギャップは１／（
粒子サイズ）^２に大体比例して増加する。とりわけ粒子サイズが小さいと、状態
密度が十分低くなり、バンドの記述（ｂａｎｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）が不
完全なものとなるかもしれない。というのは個々の分子軌道がより顕著な役割を
果たすことがあるかもしれないからである。電子特性の分子軌道記述を説明する
必要性に関わらず、定性的な傾向を保持すべきである。

【００９５】さらに、小さな粒子の均一な分布により、不均一なブロードニングが減少する
ため、発光スペクトルが狭くなる。その結果、平均粒子径に依存する発光極大を
有するより鋭い発光スペクトルが得られる。このように、非常に小さな粒子を使
用すると、第２の金属を用いてりん光粒子を活性化する必要なく、発光特性を調
節することができる。

【００９６】さらに、粒子サイズが小さいと非常に薄い層の形成が可能となる。薄い層は低
速度電子と共に使用するのに好都合である。というのは、電子は層内に深く浸透
することができないからである。粒子のサイズが小さいとまた、導電性を帯び、
例えばフォトリソグラフィーを使用して、パターン要素間に鋭い縁を有する小さ
なパターンが形成される。小さな、はっきりと分離された要素の製造は、高解像
度ディスプレイの形成にとっては重要である。

【００９７】さらに、ナノ粒子は一般に純度レベルが非常に高い。上述した方法により製造
された結晶性亜鉛酸化物ナノ粒子は反応ガスよりも高い純度を有すると予測され
る。というのは、結晶形成プロセスにより汚染物質が格子から排除される傾向が
あるからである。さらに、レーザ熱分解により製造される結晶性亜鉛酸化物粒子
は一般に結晶度の程度が高く、表面の歪みはほとんどない。

【００９８】所定の条件下で混合相材料が形成されるかもしれないが、一般に、レーザ熱分
解を効果的に使用して単相結晶粒子を製造することができる。主粒子は一般に材
料の単一結晶から成る。単相、粒子の単一な結晶特性を均一性及び狭いサイズ分
布と共に好都合良く使用することができる。所定の条件下では、レーザ熱分解に
よりアモルファス粒子を形成することができる。アモルファス粒子の中には穏や
かな条件下で加熱処理を施し結晶粒子を形成することができるものがある。

【００９９】亜鉛酸化物は、少なくともＺｎＯ（六方晶系の結晶、紅亜鉛鉱構造）またはＺ
ｎＯ_２の化学量論を有することができる。製造パラメータを変更して、特別の化
学量論の亜鉛酸化物用に選択することができる。

【０１００】Ｃ．発光体、ディスプレイ及び抵抗器この出願において説明した粒子は発光体として使用することができる。発光体
は励起後、光、好ましくは可視光を発する。様々な方法を用いて発光体を励起す
ることができる、特別な発光体は１以上の励起アプローチに応答することができ
る。特別な型のルミネセンスとしては、カソードルミネセンス、フォトルミネセ
ンス及びエレクトロルミネセンスが挙げられる。これらはそれぞれ、電子、光及
び電場による励起が関係する。カソードルミネセンス発光体として適した多くの
材料はまた、エレクトロルミネセンス発光体としても適している。

【０１０１】特に、粒子は好ましくは、１ＫＶ未満、好ましくは１００Ｖ未満の電位で加速
された電子を用いる低速度電子励起に適している。粒子のサイズが小さいので、
低速度電子励起に適している。さらに、平均直径が約１００ｎｍ未満の好ましい
粒子により、低電子速度励起を用いて高いルミネセンスを発生させることができ
る。発光体粒子を使用して、低速度電子、高速度電子、あるいは電場に基づく様
々なディスプレイ装置を製造することができる。

【０１０２】図１０について説明する。ディスプレイ装置５００は１つの側に発光体５０４
層を有するアノード５０２を含む。発光体層は適当な形状とされたカソード５０
６に面しており、このカソードは発光体を励起するのに使用される電子源である
。アノード５０２とカソード５０６との間にグリッドカソード５０８を配置して
、カソード５０６からアノード５０２までの電子の流れを制御することができる
。

【０１０３】画像を形成するために長時間、陰極線管（ＣＲＴ）を使用していた。ＣＲＴは
一般に比較的高い電子速度を使用する。上述したように、異なる色の粒子を供給
する、蛍光体層の厚さを減少させる及び所定の光度に対する発光体の量を減少さ
せる便利な方法として、都合良く発光体粒子を使用することができる。ＣＲＴは
、アノードとカソードが比較的長い距離だけ離されていること、グリッド電極で
はなくステアリング電極が一般に使用されてカソードからアノードまで電子が誘
導されることを除き、図１０に示した一般構造を有する。

【０１０４】他の好ましい適用は、フラットパネルディスプレの製造を含む。フラットパネ
ルディスプレイは、例えば、液晶または電界放出装置を基本とすることができる
。液晶ディスプレイは様々な光源を基本とすることができる。発光体は液晶ディ
スプレイ用の証明の製造において使用することができる。図１１について説明す
る。液晶素子５３０は、液晶層５３６を取り囲む少なくとも部分的に光が透過す
る基板５３２、５３４を含む。照明はアノード５４０上の発光体層５３８により
提供される。カソード５４２は発光層５３８を励起するための電子源を提供する
。他の実施の形態は、例えば米国特許第５，５０４，５９９号において説明され
ている。この特許については参照により明細書に組み込むものとする。

【０１０５】液晶ディスプレイはまた、エレクトロルミネセンスディスプレイからの逆光照
明により照射することもできる。図１２について説明する。エレクトロルミネセ
ンスディスプレイ５５０は第１の電極として機能する導電性基板５５２を有する
。導電性基板は、例えば、アルミニウム、グラファイトなどから製造することが
できる。第２の電極は透明で、例えば酸化スズインジウムから形成することがで
きる。電極５５２と５５４との間に、第１の電極５５２と隣接させて誘電体層５
５６を配置してもよい。誘電体層５５６はシアノエチルセルロースまたはシアノ
エチルスターチなどの誘電性バインダ５５８を含む。誘電体層５５６はまた、チ
タン酸バリウムなどの強誘電性材料５６０も含むことができる。誘電体層５５６
は（ａｃ−駆動とは対照的に）ｄｃ−駆動エレクトロルミネセンス装置では必要
ないかもしれない。透明電極５５４と誘電体層５５６との間に発光体層５６２が
配置される。発光体層５６２は誘電性バインダ５６６中に亜鉛酸化物ナノ粒子な
どのエレクトロルミネセンス粒子５６４を含む。材料の相対的なサイズは必ずし
も計る必要はない。

【０１０６】エレクトロルミネセンスディスプレイ５５０はまた、自動車ダッシュボード及
び制御スイッチ照明などの他のディスプレイの適用にも使用することができる。
さらに、液晶／エレクトロルミネセンスディスプレイを組み合わせたものは設計
されている。ファー（Ｆｕｈ）らの日本ジャーナル応用物理学（ＪａｐａｎＪ
．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓ．）３３：Ｌ８７０−８７２（１９９４）を参照
のこと。これについては参照により明細書に組み込むものとする。

【０１０７】図１３について説明する。電界放出装置を基本とするディスプレイ５８０は比
較的短い距離だけ離しては位置されたアノード５８２とカソード５８４とを含む
。各電極対は個別にアドレス指定することができるピクセルを形成する。発光体
層５８６は各アノードとカソード５８４との間に配置される。発光体層５８６は
上述したようにりん光性ナノ粒子を含む。選択された発光振動数を有するりん光
粒子を特別なアドレス指定可能な位置に配置することができる。発光体層５８６
はカソード５８４からアノード５８２まで移動する低速度電子により励起される
。グリッド電極５８８を使用して、電子ビームを加速し、集束させると共に、発
光体層５８６で誘導された電子に対するオン／オフスイッチとして機能させるこ
とができる。アノード５８２とグリッド電極５８８との間に電気絶縁層を配置す
る。素子は一般にフォトリソグラフィー、あるいは集積回路製造用のスパッタリ
ングや化学蒸着などの類似の技術により製造される。図１３に示されるように、
アノード５８２は少なくとも部分的に透明であるべきあり、発光体５８６により
発生られた光の透過が可能となる。

【０１０８】その代わりに、参照により明細書に組み込んだ米国特許第５，６５１，７１２
号では、（面ではなく）縁が光伝播の望ましい方向に沿って配向された発光体層
を有する電界放出装置を組入れたディスプレイが開示されている。この特許にお
いて開示されている構成は、所望の振動数で発光する発行体を使用するのではな
く、所望のカラー発光を生成するためにカラーフィルタを組入れている。上述し
た粒子に基づき、好ましくは、選択された発光体粒子を使用して異なる色の光を
生成し、これによりカラーフィルタの必要性を排除する。

【０１０９】ナノ粒子を直接基板に適用して、上記構造を作製することができる。その代わ
りに、ナノ粒子を硬化可能なポリマーなどのバインダと共に混合し、基板に適用
することができる。硬化可能なバインダ及び発光体ナノ粒子を含む組成物を、フ
ォトリソグラフィーあるいは、集積回路基板の形成に使用することができる技術
などの基板のパターニング用の他の適した技術により基板に適用することができ
る。組成物を基板上の適した位置に堆積させると、材料を適した条件に暴露しポ
リマーを硬化させることができる。ポリマーは電子ビーム照射、ＵＶ照射あるい
は他の適した技術により硬化させることができる。

【０１１０】抵抗器などの電気部品の製造においても亜鉛酸化物粒子を使用することができ
る。抵抗器の断面の概略図を図１４に示す。抵抗器４８０は金属リード線４８２
、４８４を含む。複合物４８８内に亜鉛酸化物ナノ粒子４８６を埋設する。複合
物は追加の金属酸化物粒子及び／または炭化珪素粒子を含むことができる。抵抗
器４８０は電気絶縁カバー４９０を含む。

【０１１１】特に、亜鉛酸化物粉末は、印加電圧に伴い変化する抵抗を有するバリスタ（ｖ
ａｒｉｓｔｅｒ）の製造に使用することができる。抵抗材料はさらに、Ｂｉ_２Ｏ _３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｃｏ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_３、他の金属酸化物およびＳｉ
Ｃなどの様々な追加の添加剤を含むことができる。様々な材料をバインダと混合
する。得られた材料を焼結させることができる。適当なリード線及び絶縁コーテ
ィングを構造に取り付けて、電気部品を形成させることができる。バリスタの形
成についてはさらに、イマイらの米国特許第５，２５０，２８１号において説明
されている。この特許について参照により明細書に組み込むものとする。

【０１１２】特に説明した代表的な実施の形態以外の他の様々な装置において、発光体粒子
を適合させることができる。

【０１１３】実施例レーザ熱分解により、この実施例において説明する亜鉛酸化物粒子の合成を実
行した。本質的には、上述したように、図４の反応物供給装置を用いる図２のレ
ーザ熱分解装置を用いて粒子を製造した。

【０１１４】硝酸亜鉛・６Ｈ_２Ｏ（アルドリッチケミカル社、ミルウォーキー、ＷＩ）前駆
体を、脱イオン水を用いて調製した４Ｍ硝酸亜鉛水溶液のエアロゾルとして、反
応チェンバ内に供給した。Ｃ_２Ｈ_４ガスをレーザ吸収ガスとして使用し、分子酸
素を酸素源として使用し、アルゴンを不活性ガスとして使用した。Ａｒ、Ｏ_２、
Ｃ_２Ｈ_４を図４の装置内のキャリアガスとして供給した。Ｚｎ（ＮＯ_３）_２、Ａ
ｒ、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２及びＣ_２Ｈ_４を含む反応物混合物を反応チェンバ内に注入する
ための反応物ノズル内に導入した。反応物ノズルは５／８インチ×１／４インチ
の大きさの開口を有した。実施例の粒子に関連するレーザ熱分解合成の他のパラ
メータについては表１に示す。表１ｓｌｍ＝標準リットル／分アルゴン−窓＝入口２１６、２１８を通るアルゴン流アルゴン−Ｓｌｄ．＝環状チャネル１４２を通るアルゴン流

【０１１５】亜鉛酸化物粒子の製造速度は約３ｇ／時間である。原子配列を評価するために
、シーメンス（Ｓｉｅｍｅｎｓ）Ｄ５００ｘ線回折装置で、Ｃｕ（Ｋα）放射線
を用いたｘ線回折によりサンプル検査を行った。表１において特定した条件下で
製造したサンプルに対するｘ線回折図を図１５に示す。粒子は亜鉛酸化物、Ｚｎ
Ｏに対応するｘ線回折図を示した。約２２°と等しい２θの値の回折図中の鋭い
ピークは同定されなかった。他の結晶相がサンプル中に存在することが示された
。また、約１８°に等しい２θ値を中心とするブロードなピークにより、同定さ
れていないアモルファス相、おそらくアモルファス亜鉛酸化物の存在が示される
。このように、３相の材料が明らかに生成物粉末中に存在した。

【０１１６】生成物粉末の元素分析により、７１．５５重量％の亜鉛、及び１．６８％の炭
素と、０．２％の窒素と、０．０８％の水素との微量汚染物質と、が得られた。
粒子は、おそらく炭素が存在するせいで、灰色であった。残りの重量が酸素であ
ると仮定すると、材料はＺｎＯに対し幾分酸素リッチである。以前に知られてい
ない亜鉛酸化物相が存在するかもしれない。炭素汚染は、酸素雰囲気中、穏やか
な条件下で加熱することにより除去することができる。金属酸化物ナノ粒子から
の炭素汚染物の除去については、さらに、共に出願中の共に譲渡された、クマー
ル（Ｋｕｍａｒ）らの「酸化アルミニウム粒子」と題する米国特許出願番号０９
／１３６，４８３号において説明されている。この出願については参照により明
細書に組み込むものとする。

【０１１７】これらの結果に基づき、反応条件を経験的に変化させて、反応物流速、圧力及
びレーザ出力／温度などのパラメータを変化させ単相亜鉛酸化物を製造するため
の条件に設定することにより、単相結晶ＺｎＯを得ることができる。表１に示し
た条件下ではかなりの量の結晶ＺｎＯが製造されたので、単相材料の製造に適し
ているパラメータはこれらのパラメータに類似するであろう。

【０１１８】透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して粒子サイズ及び形態を決定した。表１の
条件下で製造した粒子のＴＥＭ写真を図１６に示す。対応する粒子サイズ分布を
図１７に示す。図１６の写真において明確に見ることができる粒子の直径を手作
業で測定することによりおおよそのサイズ分布を決定した。明確な粒子境界を有
する粒子のみを測定し、写真において歪んだあるいは焦点からずれた領域を避け
た。そのようにして得た測定値はより正確で、偏りが無い。というのは、単一の
写真ではすべての粒子の明確な写真を示すことができないからである。図１７に
示した粒子サイズ分布は複数の相の材料を示すニモードあるいは三モード分布を
有する。上述したように、異なる相の材料は異なるサイズの粒子を形成する。単
相の生成物粒子を得るように選択した条件下でレーザ熱分解を実行すると、特別
の相の粒子では狭いサイズ分布が得られるはずである。特に、得られた単相結晶
ＺｎＯは図１７からの３つのピーク幅の１つに大体対応する非常に狭い粒子サイ
ズ分布を有するであろう。

【０１１９】上述した実施の形態は説明するためのものであり、限定するものではない。さ
らに他の実施の形態が以下の請求の範囲内にある。この発明について好ましい実
施の形態を用いて説明してきたが、当業者であれば、この発明の精神及び範囲内
であれば、形態及び詳細において変更が可能であることは認識されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】システムの中央についての個体前駆体供給システムの概略断面図
である。

【図２】レーザ放射通路の中央についてのレーザ熱分解装置の実施の形態
の概略断面図であり、下の挿入図は１または２の反応物入口を備える注入ノズル
の底面図であり、上の挿入図は捕集ノズルの底面図である。

【図３】蒸気反応物を図２のレーザ熱分解装置に供給するための反応物供
給装置の概略図である。

【図４】エアロゾル反応物を図２のレーザ熱分解装置に供給するための反
応物供給装置の概略側面図である。

【図５】２つのエアロゾルを図２のレーザ熱分解装置に供給するための反
応物供給装置の他の実施の形態の概略側面図である。

【図６】装置の内部を明らかにするようにチェンバの材料を透明なものと
して描いた、レーザ熱分解装置の他の実施の形態の反応チェンバの概略斜視図で
ある。

【図７】細長い反応チェンバを備えたレーザ熱分解装置の１つの実施の形
態の斜視図である。

【図８】図７の線８−８についての図７のレーザ熱分解装置の断面図であ
る。

【図９】装置の中心についての、ナノ粒子の熱処理を行うための装置の概
略断面図である。

【図１０】蛍光体層を組み入れたディスプレイ装置の１つの実施の形態の
断面図である。

【図１１】照射用に蛍光体を組み入れた液晶ディスプレイの１つの実施の
形態の断面図である。

【図１２】エレクトロルミネセンスディスプレイの断面図である。

【図１３】電界放出ディスプレイ装置を組入れたフラットパネルディスプ
レイの１つの実施の形態の断面図である。

【図１４】装置の中央についての抵抗器の概略断面図である。

【図１５】レーザ熱分解により製造された亜鉛酸化物ナノ粒子のｘ−線回
折図である。

【図１６】図１５にｘ−線回折図が示されたナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真
である。

【図１７】図１６のＴＥＭ顕微鏡写真において示されたナノ粒子に対する
主な粒子径の分布をプロットしたものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者シャンシン・ビアメリカ合衆国94583カリフォルニア州サン・ラモン、グレイリン・ドライブ677番 (72)発明者ノブユキ・カンベアメリカ合衆国94025カリフォルニア州メンロ・パーク、ホバート・ストリート840 番Ｆターム(参考） 4G047 AA02 AB01 AC03 AD04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性亜鉛酸化物から成り、平均直径が約９５ｎｍより小さ
い粒子の集合体。
【請求項２】粒子が約５ｎｍから約５０ｎｍの平均粒子径を有する請求項
１の粒子の集合体。
【請求項３】粒子が約５ｎｍから約２５ｎｍの平均粒子径を有する請求項
１の粒子の集合体。
【請求項４】粒子の集合体の平均直径の約４倍より大きい粒子径を有する
粒子が実質的に存在しない請求項１の粒子の集合体。
【請求項５】粒子の集合体の平均直径の約３倍より大きい粒子径を有する
粒子が実質的に存在しない請求項１の粒子の集合体。
【請求項６】少なくとも約９５％の粒子が、平均粒子径の約４０％より大
きく、平均粒子径の約１６０％より小さい粒子径を有する粒子分布である請求項
１の粒子の集合体。
【請求項７】請求項１の粒子の集合体から成る電器抵抗要素。
【請求項８】要素がバリスタである請求項７の電器抵抗要素。
【請求項９】バリスタが非線形電圧依存性を有する請求項８の電器抵抗要
素。
【請求項１０】反応チャンバ内で亜鉛前駆体と酸素源とからなる反応物の
流れを熱分解させることを含む方法であって、熱分解が光ビームから吸収された
熱によって行われる亜鉛酸化物粒子を製造する方法。
【請求項１１】亜鉛酸化物粒子が、約１５０ｎｍより小さい平均粒子径を
有する請求項１０の方法。
【請求項１２】亜鉛酸化物粒子が、約５ｎｍから約５０ｎｍの平均粒子径
を有する請求項１０の方法。
【請求項１３】光ビームが、ＣＯ_２レーザによって作られる請求項１０の
方法。
【請求項１４】亜鉛前駆体が、ＺｎＣｌ_２及びＺｎ（ＮＯ_３）_２からなる
群から選択された亜鉛化合物からなる請求項１０の方法。
【請求項１５】反応物の流れの中の亜鉛前駆体が蒸気である請求項１０の
方法。
【請求項１６】反応チェンバ内で亜鉛前駆体エアロゾルからなる反応物の
流れを熱分解させることを含み、熱分解が光ビームから吸収された熱によって行
われる亜鉛酸化物粒子を製造する方法。
【請求項１７】亜鉛前駆体が塩化亜鉛、硝酸亜鉛、ジメチル亜鉛及びジエ
チル亜鉛からなる群から選択された化合物からなる請求項１６の方法。
【請求項１８】反応物の流れが、さらに酸素源を含む請求項１６の方法。
【請求項１９】光ビームが、ＣＯ_２レーザによって作られる請求項１７の
方法。
【請求項２０】亜鉛前駆体がジエチル亜鉛からなり、反応物の流れがさら
に酸素源、ジエチル亜鉛からなり、酸素源は別のノズルを経由して反応チェンバ
内に供給される請求項１６の方法。
【請求項２１】反応物通路に沿った出口を有する反応チェンバと、反応チェンバ内で、複数の反応物入口からの反応物を結合させ、結合した反応
物を反応物通路に向ける反応物供給装置と、光ビームを反応物通路に沿ってある結合した反応物に向ける光源と、から成る
反応システム。
【請求項２２】反応物供給装置が、反応物通路内でエアロゾルを発生するエアロゾル供給装置と、反応チェンバ内の反応物通路に沿ってガス状反応物とエアロゾルを結合させる
ガス状反応物供給装置と、から成る請求項２１の反応システム。
【請求項２３】エアロゾル供給装置が、ガス供給源に接続した導管を含む
請求項２２の反応システム。
【請求項２４】反応物供給装置が、反応チェンバ内の反応物通路に沿って
２つのガス状反応物を結合させるために配向された２つのガスポートを含む請求
項２１の反応システム。
【請求項２５】反応物供給装置が、反応チェンバ内の反応物路に沿って２
つのエアロゾル反応物を結合させるために向けられた２つのエアロゾル供給装置
を含む請求項２１の反応システム。
【請求項２６】エアロゾル供給装置の少なくとも１つが、ガス供給源に接
続した導管を含む請求項２５の反応システム。
【請求項２７】さらに、反応物路に沿って結合した反応物の拡散を防ぐた
めに、シールディングガスを注ぐために配向されたシールディングガスポートを
含む請求項２１の反応システム。
【請求項２８】反応物供給装置が、反応物通路に沿った反応チェンバ内で
３種類の反応物を結合させる請求項２１の反応システム。