JP2003096555A - Method for forming carbon nano-cluster film - Google Patents
Method for forming carbon nano-cluster filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノクラ
スタ膜の形成方法に関し、より詳細には、特異な物性を
示す微小な炭素材料からなる結晶性の膜であるカーボン
ナノクラスタ膜の形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a carbon nanocluster film, and more particularly to a method for forming a carbon nanocluster film which is a crystalline film made of a minute carbon material exhibiting unique physical properties. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、フラーレン、カーボンナノチュー
ブなどのいわゆるπ電子材料の実用化が検討されてい
る。具体的には、電池の負極材料、電界放出型ディスプ
レイ用のエミッタ、水素貯蔵材料、触媒材料、高導電性
材料などが挙げられる。さらに、電子材料への応用だけ
でなく、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）に用いられる磁気
記録媒体、磁気ヘッドなどの保護膜への適用も考えられ
ている。2. Description of the Related Art In recent years, practical applications of so-called π-electron materials such as fullerenes and carbon nanotubes have been studied. Specific examples thereof include negative electrode materials for batteries, emitters for field emission displays, hydrogen storage materials, catalyst materials, and highly conductive materials. Further, not only application to electronic materials but also application to protective films for magnetic recording media, magnetic heads and the like used in HDDs (Hard Disk Drives) are being considered.
【０００３】炭素の同素体として、ｓｐ３構造からなる
ダイヤモンドと、ｓｐ２構造からなるグラーフェンシー
トが積層された構造を有するグラファイトとが知られて
いる。フラーレン、カーボンナノチューブなどの新しい
炭素材料が発見されてから、特にｓｐ２構造のπ電子材
料が注目を集めるようになった。ｓｐ２構造のカーボン
ナノチューブは、チューブの形態により、半導体、金属
に変化するなど特異な物性を示すことが理論予測されて
いる。また、マルチウォール・カーボンナノチューブの
強度は、カーボンファイバーよりも高い強度を有するこ
とが検証されている。As an allotrope of carbon, diamond having an sp 3 structure and graphite having a structure in which graphene sheets having an sp 2 structure are laminated are known. Since the discovery of new carbon materials such as fullerenes and carbon nanotubes, π-electron materials having an sp 2 structure have been attracting attention. It is theoretically predicted that carbon nanotubes having an sp 2 structure have unique physical properties such as being changed to a semiconductor or a metal depending on the tube shape. In addition, it has been verified that the strength of the multi-wall carbon nanotube is higher than that of carbon fiber.
【０００４】カーボンナノチューブは、外径が１〜１０
ｎｍ程度であり、長さが数μm程度の非常に小さい材料
である。フラーレンも同様に、直径が１ｎｍ程度の非常
に小さい材料である。これら炭素材料を実用に供するた
めには、炭素材料を基板上に整列させる、あるいは、基
板上の一部のみに形成することが必要である。例えば、
特開２００１−６４７７５号公報には、カーボンナノチ
ューブの薄膜を基板上に形成する方法が記載されてい
る。Carbon nanotubes have an outer diameter of 1-10.
It is a very small material with a length of about nm and a length of about several μm. Fullerene is also a very small material with a diameter of about 1 nm. In order to put these carbon materials into practical use, it is necessary to align the carbon materials on the substrate or form the carbon material only on a part of the substrate. For example,
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-64775 describes a method of forming a thin film of carbon nanotubes on a substrate.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素材
料を用いて成膜することはできても、基板上に微細な構
造を形成することができないという問題があった。従来
の半導体材料においては、フォトリソプロセスが確立し
ているため、微細構造を形成し、ＬＳＩなどの半導体デ
バイスを形成することができる。しかし、フラーレン、
カーボンナノチューブなどの炭素材料は、基板上の所望
の場所に形成することができないため、フォトリソプロ
セスを用いることができない。However, there is a problem that a fine structure cannot be formed on the substrate even though the carbon material can be used for film formation. Since the photolithography process has been established in conventional semiconductor materials, it is possible to form a fine structure and form a semiconductor device such as an LSI. But fullerene,
A carbon material such as carbon nanotube cannot be formed at a desired position on a substrate, and thus a photolithography process cannot be used.
【０００６】カーボンナノチューブの電気的な特性を調
べるため、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）探針に
より、カーボンナノチューブを電極まで移動させ、電気
的な特性を調べる手法が試みられている。物性の解明に
は、このような手法が有効である。しかし、半導体デバ
イスを形成するために、ＡＦＭを用いてカーボンナノチ
ューブを１本づつ所望の場所に移動させることは、工業
的な応用におけるスループットを考慮すると現実的な手
法ではない。In order to investigate the electrical characteristics of the carbon nanotubes, a method of moving the carbon nanotubes to an electrode by an AFM (Atomic Force Microscope) probe to examine the electrical characteristics has been attempted. Such a method is effective for elucidating the physical properties. However, using AFM to move the carbon nanotubes one by one to a desired place for forming a semiconductor device is not a realistic method in view of throughput in industrial applications.
【０００７】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、特異な物性を示す
微小な炭素材料からなる結晶性の膜であるカーボンナノ
クラスタ膜を電子サイクロトロン共鳴スパッタ法（以
下、ＥＣＲ（Electron Cycrotron Resonance）スパッタ
法という）により形成するカーボンナノクラスタ膜の形
成方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a carbon nanocluster film, which is a crystalline film made of a minute carbon material having unique physical properties, with an electron cyclotron. It is to provide a method for forming a carbon nanocluster film formed by a resonance sputtering method (hereinafter, referred to as an ECR (Electron Cycrotron Resonance) sputtering method).
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、磁場が
印加されたプラズマ室にプラズマ生成用ガスおよびマイ
クロ波を導入し、電子サイクロトロン共鳴によりプラズ
マを生成する工程と、前記磁場により前記プラズマ室か
ら成膜室に前記プラズマを引き出す工程と、前記プラズ
マによるプラズマ流を囲むように、前記成膜室に配置さ
れた円筒状のカーボンからなるターゲットを、前記プラ
ズマでスパッタする工程とを備え、複数のグラーフェン
シートにより構成された複数のクラスタにより形成され
た膜を、前記成膜室に配置された基板の上に形成するカ
ーボンナノクラスタ膜の形成方法であって、前記成膜室
に配置された前記基板に０〜−１５０Ｖのバイアス電圧
を印加することを特徴とする。In order to achieve such an object, the present invention according to claim 1 introduces a plasma generating gas and a microwave into a plasma chamber to which a magnetic field is applied. A step of generating plasma by electron cyclotron resonance, a step of drawing the plasma from the plasma chamber to the film forming chamber by the magnetic field, and a cylindrical shape arranged in the film forming chamber so as to surround the plasma flow of the plasma. And a step of sputtering the target made of carbon with the plasma, and a film formed by a plurality of clusters formed by a plurality of graphene sheets is formed on the substrate arranged in the film forming chamber. A method of forming a carbon nanocluster film, comprising applying a bias voltage of 0 to -150V to the substrate arranged in the film forming chamber. And butterflies.
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の前記カーボンナノクラスタ膜は、ｓｐ２結合に対する
ｓｐ３結合の分率が、０．２〜０．９であることを特徴
とする。The invention according to claim 2 is characterized in that the carbon nanocluster film according to claim 1 has a ratio of sp 3 bonds to sp 2 bonds of 0.2 to 0.9. To do.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳細に説明する。本発明は、基板上
にナノメートル単位のｓｐ２構造からなる複数のグラー
フェンシートにより構成されたクラスタ（微小な結晶
粒）からなる結晶性の膜の形成方法である。この膜をカ
ーボンナノクラスタ膜（以下、ＣＮＣ膜と記す）とい
う。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The present invention is a method for forming a crystalline film on a substrate, which is composed of clusters (fine crystal grains) composed of a plurality of graphene sheets each having an sp 2 structure of nanometer unit. This film is called a carbon nanocluster film (hereinafter referred to as a CNC film).
【００１１】図１は、本発明の一実施形態にかかるＣＮ
Ｃ膜形成装置を示した概略図である。ＣＮＣ膜形成装置
は、ＥＣＲスパッタ法の原理によるものである。ＣＮＣ
膜形成装置は、プラズマを生成するプラズマ室１０１
と、プラズマによりターゲットをスパッタして基板に成
膜する成膜室１０２と、ロードロック室１０３とから構
成されている。FIG. 1 shows a CN according to an embodiment of the present invention.
It is the schematic which showed the C film forming apparatus. The CNC film forming apparatus is based on the principle of ECR sputtering method. CNC
The film forming apparatus includes a plasma chamber 101 for generating plasma.
And a load lock chamber 103 for forming a film on a substrate by sputtering a target with plasma.
【００１２】プラズマ室１０１には、導波管１１１を介
してマイクロ波が導入され、プラズマ室１０１の外部に
設置されたコイル１１２ａ〜１１２ｄからは、磁場が印
加される。磁場中で電子は、サイクロトロン周波数に従
って磁力線方向に向かって右回りの回転運動をする。一
方、マイクロ波はプラズマ中を浸透し、電子サイクロト
ロン波と呼ばれる右回りの円偏波を励起する。電子の回
転方向とマイクロ波電界の偏波面が一致する共鳴層で
は、マイクロ波のエネルギーが電子に吸収され、電子の
自由行程と運動エネルギーは増大し、電子衝撃による中
性ガスの電離確率が高まり、高密度のプラズマを発生さ
せる。このような現象を電子サイクロトロン共鳴とい
う。Microwaves are introduced into the plasma chamber 101 through the waveguide 111, and magnetic fields are applied from the coils 112a to 112d installed outside the plasma chamber 101. In the magnetic field, the electrons rotate clockwise in the direction of the magnetic field line according to the cyclotron frequency. On the other hand, the microwave penetrates the plasma and excites a clockwise circularly polarized wave called an electron cyclotron wave. In the resonance layer where the direction of rotation of the electrons and the plane of polarization of the microwave electric field coincide, the microwave energy is absorbed by the electrons, the free path and kinetic energy of the electrons increase, and the ionization probability of neutral gas due to electron impact increases. Generate high density plasma. Such a phenomenon is called electron cyclotron resonance.
【００１３】コイル１１２ａ〜１１２ｄから発生する磁
場は、成膜室１０２に発散型の磁場を形成する。電子
は、発散型磁界における磁場こう配に沿って、プラズマ
室１０１から成膜室１０２に引き出される。成膜室１０
２の内側には、引き出されたプラズマ流を囲むように、
カーボンからなる円筒形のターゲット１１３ａ，１１３
ｂが配置されている。ターゲット１１３ａ，１１３ｂを
プラズマでスパッタすることにより、基板ホルダー１１
４に設置された基板上に、カーボンの膜を形成する。The magnetic field generated from the coils 112a to 112d forms a divergent magnetic field in the film forming chamber 102. The electrons are extracted from the plasma chamber 101 to the film forming chamber 102 along the magnetic field gradient in the divergent magnetic field. Film forming chamber 10
The inside of 2 surrounds the drawn plasma flow,
Cylindrical targets 113a and 113 made of carbon
b is arranged. By sputtering the targets 113a and 113b with plasma, the substrate holder 11
A carbon film is formed on the substrate placed at No. 4.
【００１４】成膜を行う基板には、基板ホルダー１１４
にリード線１１６を介してＲＦバイアス電圧を印加す
る。プラズマ生成用ガスのガス圧とマイクロ波のパワー
およびＲＦバイアス電圧により、基板に流入するイオン
の電流密度と加速電圧を独立に制御することができる。
なお、基板に印加するＲＦバイアス電圧の直流成分を、
以下、単にバイアス電圧という。A substrate holder 114 is provided on the substrate on which the film is formed.
An RF bias voltage is applied to the via a lead wire 116. The current density and the acceleration voltage of the ions flowing into the substrate can be controlled independently by the gas pressure of the plasma generating gas, the microwave power and the RF bias voltage.
The DC component of the RF bias voltage applied to the substrate is
Hereinafter, simply referred to as a bias voltage.
【００１５】図２は、本発明の第１の実施形態にかかる
ＣＮＣ膜形成方法による膜の構造を示した図である。第
１の実施形態は、図１に示したＣＮＣ膜形成装置によ
り、シリコン基板上にＣＮＣ膜を形成した。ガス圧は５
×１０−２Ｐａ、マイクロ波パワーは７００Ｗ、ターゲ
ット電圧は７００Ｖである。基板にはＲＦバイアス電圧
を印加し、マイクロ波を調整し、バイアス電圧を−１５
Ｖとした。基板温度は室温である。FIG. 2 is a view showing the structure of a film formed by the CNC film forming method according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, a CNC film was formed on a silicon substrate by the CNC film forming apparatus shown in FIG. Gas pressure is 5
× 10 −2 Pa, microwave power is 700 W, and target voltage is 700 V. RF bias voltage is applied to the substrate, microwave is adjusted, and bias voltage is set to −15.
It was set to V. The substrate temperature is room temperature.
【００１６】図２は、成膜した膜をダイヤモンドペンで
引っかき、ひっかき摩耗粉を電子顕微鏡のメッシュにの
せ、高分解能電子顕微鏡により撮影した顕微鏡写真であ
る。ＣＮＣ膜は、微細な格子像からなることが分かる。
制限視野回折パターンの回折リングにより、面間隔は
０．３４±０．０２ｎｍであった。この面間隔は、グラ
ファイトのｃ面に近く、グラファイトのｃ面から構成さ
れていることが分かる。ＣＮＣ膜には、グラーフェンシ
ートが膜面の垂直方向に配向し、ほぼ平行に多層に重ね
られた、２〜５ｎｍレベルのクラスタからなる領域（図
２中のＡ）と、円筒状に閉じたグラーフェンシートが膜
面の垂直方向に配向し、束ねられた構造を示す領域（図
２中のＢ）とから構成されている。FIG. 2 is a photomicrograph taken by a high-resolution electron microscope after scratching the formed film with a diamond pen and placing the scratched abrasion powder on the mesh of the electron microscope. It can be seen that the CNC film is composed of a fine lattice image.
The surface spacing was 0.34 ± 0.02 nm due to the diffraction ring of the selected area diffraction pattern. It can be seen that this plane spacing is close to the c-plane of graphite and is composed of the c-plane of graphite. In the CNC film, a graphene sheet is oriented in a direction perpendicular to the film surface, and a region (A in FIG. 2) composed of clusters at a level of 2 to 5 nm, which are stacked substantially in parallel and are closed in a cylindrical shape. The Grafen sheet is oriented in the direction perpendicular to the film surface and is composed of a region showing a bundled structure (B in FIG. 2).
【００１７】図３は、本発明の第２の実施形態にかかる
ＣＮＣ膜形成方法による膜の構造を示した図である。第
２の実施形態は、ＣＮＣ膜形成装置におけるバイアス電
圧を−７５Ｖとした他は、第１の実施形態と同じであ
る。図３に示した顕微鏡写真から、面間隔は０．３４±
０．０２ｎｍであった。バイアス電圧を増大させると、
グラーフェンシートを多層に重ねた領域は著しく減少
し、円筒状に閉じたグラーフェンシートを束ねた構造
が、膜面のほとんどを占めていることが分かる。ＣＮＣ
膜は、カーボンナノチューブが膜面垂直方向に配向した
構造ではあるが、円筒状に閉じたグラーフェンシートを
束ねることによりクラスタを構成している点で異なる。FIG. 3 is a diagram showing the structure of a film formed by the method for forming a CNC film according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is the same as the first embodiment except that the bias voltage in the CNC film forming apparatus is -75V. From the micrograph shown in FIG. 3, the surface spacing is 0.34 ±
It was 0.02 nm. When the bias voltage is increased,
It can be seen that the area where the graphene sheets are stacked in multiple layers is significantly reduced, and that the structure in which the graphene sheets closed in a cylindrical shape are bundled occupies most of the film surface. CNC
The film has a structure in which carbon nanotubes are oriented in a direction perpendicular to the film surface, but differs in that clusters are formed by bundling graphene sheets closed in a cylindrical shape.
【００１８】図４は、ＣＮＣ膜の構造を分析した結果を
示した図である。図４（Ａ）に、第１の実施形態にかか
るＣＮＣ膜を、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectros
copy）により分析した結果を示す。このプロファイル
は、Ｃ１ｓスペクトルを示している。ＣＮＣ膜は、主と
して、結合エネルギー２８４．３ｅＶと２８５．３ｅＶ
からなり、それぞれ、ｓｐ２結合およびｓｐ３結合を示
している。第１の実施形態にかかるＣＮＣ膜は、主とし
て、ｓｐ２構造から構成されていることを示しており、
ＣＮＣ膜がグラーフェンシートから構成されていること
に対応している。第１の実施形態にかかるＣＮＣ膜は、
グラーフェンシートを多層に重ねた領域が多く、カーボ
ン原子の結合状態に関し、ｓｐ２結合に対するｓｐ３結
合の分率（以下、ｓｐ３／ｓｐ２比という。）は、０．
３１である。また、電気伝導度は、３８（Ωｃｍ）−１
であり導電性を示した。FIG. 4 is a diagram showing the result of analyzing the structure of the CNC film. FIG. 4A shows the CNC film according to the first embodiment, which is obtained by using XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy).
copy) shows the result of analysis. This profile shows the C1s spectrum. The CNC film mainly has binding energies of 284.3 eV and 285.3 eV.
, Which represent sp 2 and sp 3 bonds, respectively. It is shown that the CNC film according to the first embodiment is mainly composed of an sp 2 structure,
This corresponds to the fact that the CNC film is composed of a graphene sheet. The CNC film according to the first embodiment is
There are many regions in which multiple layers of Grafen sheets are stacked, and the fraction of sp 3 bonds to sp 2 bonds (hereinafter, referred to as sp 3 / sp 2 ratio) is 0.
31. The electric conductivity is 38 (Ωcm) −1.
And showed conductivity.
【００１９】図４（Ｂ）に、第２の実施形態にかかるＣ
ＮＣ膜を、ＸＰＳにより分析した結果を示す。第２の実
施形態にかかるＣＮＣ膜は、円筒状に閉じたグラーフェ
ンシートを束ねた領域が増大し、ｓｐ３／ｓｐ２比は、
０．８５であった。円筒状に閉じたグラーフェンシート
を束ねた構造が増大するに従い、クラスタはｓｐ３結合
で連結され、各クラスタの体積が減少し、クラスタ間の
接合面積が増大する構造が形成されていると考えられ
る。電気伝導度は、２０（Ωｃｍ）−１であり導電性を
示した。FIG. 4B shows C according to the second embodiment.
The result of having analyzed the NC film by XPS is shown. In the CNC film according to the second embodiment, the region where the graphene sheets closed in a cylindrical shape are bundled is increased, and the sp 3 / sp 2 ratio is
It was 0.85. It is considered that as the structure in which the cylindrical graphene sheets are bundled increases, the clusters are connected by sp 3 bonds, the volume of each cluster decreases, and the bonding area between the clusters increases. To be The electric conductivity was 20 (Ωcm) −1 , which indicates conductivity.
【００２０】ＥＣＲスパッタ法において、バイアス電圧
を変えてＣＮＣ膜を形成した。ＣＮＣ膜は、バイアス電
圧が−８０Ｖのとき、ｓｐ３／ｓｐ２比が０．９という
ピークを示し、バイアス電圧が０Ｖのとき、ｓｐ３／ｓ
ｐ２比は０．２であった。また、バイアス電圧を−１５
０Ｖより深くすると、膜の剥離が生じ成膜できなかっ
た。ＣＮＣ膜の格子面間隔は、０．３４±０．０３ｎｍ
の範囲内であった。In the ECR sputtering method, a CNC film was formed by changing the bias voltage. The CNC film shows a peak of sp 3 / sp 2 ratio of 0.9 when the bias voltage is −80 V, and sp 3 / s when the bias voltage is 0 V.
The p 2 ratio was 0.2. In addition, the bias voltage is -15
When it was deeper than 0 V, peeling of the film occurred and the film could not be formed. The lattice spacing of the CNC film is 0.34 ± 0.03 nm
Was within the range.
【００２１】図５は、本発明の第３の実施形態にかかる
ＣＮＣ膜形成方法による膜の構造を示した図である。第
３の実施形態は、ＣＮＣ膜形成装置におけるバイアス電
圧を−１２０Vとした他は、第１の実施形態と同じであ
る。成膜した膜をダイヤモンドペンで引っかき、摩耗痕
を高分解能電子顕微鏡により観察した。摩耗粉の中に、
微細な摩耗粉が発見され、ＣＮＣ膜の断面構造を観察す
ることができた。図５は、ＣＮＣ膜の断面構造の明視野
像を示した顕微鏡写真である。図５より、グラーフェン
が膜面の垂直方向に配列していることが分かる。FIG. 5 is a diagram showing the structure of a film formed by the CNC film forming method according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment is the same as the first embodiment except that the bias voltage in the CNC film forming apparatus is set to -120V. The formed film was scratched with a diamond pen, and wear marks were observed with a high resolution electron microscope. In the wear powder,
Fine abrasion powder was discovered, and the cross-sectional structure of the CNC film could be observed. FIG. 5 is a micrograph showing a bright-field image of the cross-sectional structure of the CNC film. From FIG. 5, it can be seen that graphene is arranged in the direction perpendicular to the film surface.
【００２２】本発明の第４の実施形態にかかるＣＮＣ膜
形成方法による膜の構造について説明する。第４の実施
形態は、図１に示したＣＮＣ膜形成装置により、シリコ
ン基板上に形成した。ガス圧は５×１０−２Ｐａ、マイ
クロ波パワーは５００Ｗ、ターゲット電圧は５００Ｖで
ある。基板にはＲＦバイアス電圧を印加し、マイクロ波
を調整し、バイアス電圧を−６０Ｖとした。基板温度は
室温である。膜厚は４０ｎｍであった。The structure of the film formed by the CNC film forming method according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment was formed on a silicon substrate by the CNC film forming apparatus shown in FIG. The gas pressure is 5 × 10 −2 Pa, the microwave power is 500 W, and the target voltage is 500V. An RF bias voltage was applied to the substrate to adjust the microwave, and the bias voltage was set to -60V. The substrate temperature is room temperature. The film thickness was 40 nm.
【００２３】ＡＦＭを用いた引っ掻き摩耗試験により、
ＣＮＣ膜の耐摩耗性を評価した。探針にはダイヤモンド
チップを用いた。荷重は２０μＮである。また、比較の
ため、ダイヤモンドの（１００）面を同一条件下でＡＦ
Ｍにより評価した。第４の実施形態にかかるＣＮＣ膜
は、摩耗深さ０．７ｎｍであった。一方、ダイヤモンド
の摩耗深さは０．５ｎｍであった。このように、ＣＮＣ
膜はダイヤモンドに匹敵する耐摩耗性を有し、保護膜と
して優れた特性を示す。By a scratch wear test using an AFM,
The wear resistance of the CNC film was evaluated. A diamond tip was used for the probe. The load is 20 μN. For comparison, the (100) plane of diamond was subjected to AF under the same conditions.
It was evaluated by M. The wear depth of the CNC film according to the fourth embodiment was 0.7 nm. On the other hand, the wear depth of diamond was 0.5 nm. Thus, the CNC
The film has abrasion resistance comparable to that of diamond and exhibits excellent properties as a protective film.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のカーボン
ナノクラスタ膜の形成方法によれば、グラーフェンが基
板上の膜面にきれいに整列した結晶性の膜であるカーボ
ンナノクラスタ膜を形成することができるので、成膜の
後、従来のフォトリソプロセスなどの方法により微細構
造を形成することが可能となる。As described above, according to the method for forming a carbon nanocluster film of the present invention, it is possible to form a carbon nanocluster film which is a crystalline film in which graphene is neatly aligned on the film surface on the substrate. Therefore, after the film formation, it becomes possible to form a fine structure by a method such as a conventional photolithography process.
【００２５】また、本発明によれば、グラーフェンシー
トが膜面の垂直方向に配向した構造を有するカーボンナ
ノクラスタ膜を形成することができるので、層間に異種
元素をドープすることが容易であり、電池材料、電池の
負極材、触媒への応用が容易である。Further, according to the present invention, it is possible to form a carbon nanocluster film having a structure in which a graphene sheet is oriented in a direction perpendicular to the film surface, and therefore it is easy to dope a different element between layers. It can be easily applied to battery materials, battery negative electrodes and catalysts.
【図１】本発明の一実施形態にかかるＣＮＣ膜形成装置
を示した概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a CNC film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるＣＮＣ膜形成
方法による膜の構造を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of a film formed by the method for forming a CNC film according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるＣＮＣ膜形成
方法による膜の構造を示した図である。FIG. 3 is a view showing a film structure by a CNC film forming method according to a second embodiment of the present invention.
【図４】ＣＮＣ膜の構造を分析した結果を示した図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a result of analyzing a structure of a CNC film.
【図５】本発明の第３の実施形態にかかるＣＮＣ膜形成
方法による膜の構造を示した図である。FIG. 5 is a view showing a film structure by a CNC film forming method according to a third embodiment of the present invention.
１０１ プラズマ室 １０２ 成膜室 １０３ ロードロック室 １１１ 導波管 １１２ａ〜１１２ｄ コイル １１３ａ，１１３ｂ ターゲット １１４ 基板ホルダー １１５ バルブ １１６ リード線 101 plasma chamber 102 film forming chamber 103 load lock room 111 Waveguide 112a to 112d coils 113a, 113b targets 114 board holder 115 valves 116 lead wire
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅村 茂 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 富田 雅人 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 4G046 CA01 CB03 CC06 CC09 4K029 AA06 BA34 BB01 BB08 BC03 BD00 CA05 CA13 DC05 DC13 DC48 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Shigeru Umemura 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Masato Tomita 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Telegraph and Telephone Corporation F-term (reference) 4G046 CA01 CB03 CC06 CC09 4K029 AA06 BA34 BB01 BB08 BC03 BD00 CA05 CA13 DC05 DC13 DC48
Claims (2)
生成用ガスおよびマイクロ波を導入し、電子サイクロト
ロン共鳴によりプラズマを生成する工程と、前記磁場に
より前記プラズマ室から成膜室に前記プラズマを引き出
す工程と、前記プラズマによるプラズマ流を囲むよう
に、前記成膜室に配置された円筒状のカーボンからなる
ターゲットを、前記プラズマでスパッタする工程とを備
え、 複数のグラーフェンシートにより構成された複数のクラ
スタにより形成された膜を、前記成膜室に配置された基
板の上に形成するカーボンナノクラスタ膜の形成方法で
あって、 前記成膜室に配置された前記基板に０〜−１５０Ｖのバ
イアス電圧を印加することを特徴とするカーボンナノク
ラスタ膜の形成方法。1. A step of introducing a plasma generating gas and a microwave into a plasma chamber to which a magnetic field is applied to generate plasma by electron cyclotron resonance, and drawing the plasma from the plasma chamber to a film forming chamber by the magnetic field. And a step of sputtering a target made of cylindrical carbon, which is arranged in the film forming chamber so as to surround the plasma flow of the plasma, with the plasma, and a plurality of graphene sheets formed by a plurality of graphene sheets are provided. A method of forming a carbon nanocluster film, comprising: forming a film formed by the clusters of No. 2 on a substrate arranged in the film forming chamber; A method for forming a carbon nanocluster film, which comprises applying a bias voltage.
結合に対するｓｐ３結合の分率が、０．２〜０．９であ
ることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノクラ
スタ膜の形成方法。2. The carbon nanocluster film is sp 2
The method for forming a carbon nanocluster film according to claim 1, wherein a ratio of sp 3 bonds to bonds is 0.2 to 0.9.
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