JP2009084703A - 複合構造物作製装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 微粒子をガス中に分散したエアロゾルを発生するエアロゾル発生部5と、このエアロゾルを高速で基板へ向けて噴出するノズル10とを備え、エアロゾルを基板へ衝突させることで前記微粒子と基材とからなる複合構造物を作製する複合構造物作製装置であって、前記エアロゾル発生部5へ供給するメインガス流量を調整するメイン調整部2と、前記エアロゾル発生部5によって発生したエアロゾル濃度を読み取るセンサ7と、前記エアロゾル経路に補正ガスを供給するガス導入路と、このガス導入路を流れる補正ガス流量を調整する補正調整部3と、前記センサ7の検出値に基づいて、メイン調整部2と補正調整部3を制御する制御手段8と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
このエアロゾルディポジション法では、基本的に0.1〜5μm程度の脆性材料微粒子をガス中に分散させて得たエアロゾルを基板に亜音速程度の高速で吹き付けて製膜体を得る。ここにおいて、均質な製膜を行うには、エアロゾル中の脆性材料微粒子ができるだけ凝集していない状態で基板に吹き付けられるようにする必要がある。そのために、上記エアロゾル発生装置として、例えば、ガス導入口とエアロゾル導出口を備えた脆性材料微粒子の粉体を収容する容器を揺動させる構成としたエアロゾル発生装置が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
延展性を持たない脆性材料(セラミックス)に機械的衝撃力を付加すると、結晶子同士の界面などの劈開面に沿って結晶格子のずれを生じたり、あるいは破砕される。そして、これらの現象が起こると、ずれ面や破面には、もともと内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった新生面が形成される。この新生面の原子一層の部分は、もともと安定した原子結合状態から外力により強制的に不安定な表面状態に晒され、表面エネルギーが高い状態となる。この活性面が隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基板表面と接合して安定状態に移行する。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、この現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料構造物が形成される。
この方法はガスデポジション法より発展してきた手法であり、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し、高速で基材表面に噴射して衝突させ、微粒子を破砕・変形せしめ、基板との界面にアンカー層を形成して接合させるとともに、破砕した断片粒子同士を接合させることにより、基材との密着性が良好で強度の大きい脆性材料構造物を基材上にダイレクトに形成させることができる。
図1は複合構造物作製装置の装置図であり窒素やヘリウムなどを内蔵するボンベ1は減圧弁とガス搬送管を介しエアー配管継ぎ手などで分岐され、ガス流量メイン調整部2、ガス流量補助調整部3、ガス流量補助調整部4に連結される。ガス調整部はマスフローコントローラやピエゾバルブなど、なるべく反応速度が速く、微小な流量調整が可能なものを使用する。例えば、株式会社エステック社製のピエゾバルブなどを使用するとよい。
また、ノズルより噴出する前にエアロゾル濃度を高度に制御するフィードフォーワード効果があるため、異常量のエアロゾルが基材に到達して基材に悪影響を与えることを防止する効果もある。さらには補正ガスを供給してもノズルより噴出されるエアロゾルの流量を一定に制御してやることにより安定した複合構造物の成形を行なうことが可能となる。
高圧ガスボンベ1((S2)からガスを送り制御部8(S4)からの信号でメイン調整部2を調整しx(L/min)のガスを流す(S3)。このガスはエアロゾル発生器5に入りエアロゾルを発生させる(S5)。スタート時、エアロゾル濃度がY%以上となるようにエアロゾル発生器5は設定してある。
エアロゾル発生器5より発生したエアロゾルは粉体解砕、拡散機構6で処理され(S6)第一センサ7に到達する。センサ7にてエアロゾル濃度を測定し(S7)、濃度がY%以下の場合はエアロゾル発生器5の設定を変更し、エアロゾル濃度を濃くする指令をエアロゾル発生器に送る(S7−Y)。(図1には記載していないが、このフィードバックを制御部8で行なっていも良い)
センサ7で測定(S8)したエアロゾル濃度がY%以上であればその信号が制御部8に送られる(S8−Y)。
そして制御部8で必要な補正ガスの量が計算される(S13)。例えばセンサ7での濃度をY%とするために補正ガスがy(L/min)必要な時、補正調整部3からy(L/min)のガスが流れるよう,制御部8より指令が送られる。あわせて補正部2と3の流量の和が略一定となる演算処理が制御部8では行なわれており、そのためメイン調整部2の流量はx−y(L/min)に制御される(S14)。エアロゾル濃度がY%となった場合、エアロゾルはノズル10を通過し(S9)、基材11に向けて噴出される。噴出されたエアロゾルは第二センサ9にて濃度測定が行なわれる(S10)。濃度がY%以下の場合(S10−Y)は前提の濃度設定を変更し濃度をY=Y+α%に補正し(S16)センサ7の信号を再度確認する(S7)。補正されたY+α%のエアロゾルが第二センサ9に到達し濃度測定が行なわれる(S11)。エアロゾル濃度がY+α%以上であればその信号が制御部8に送られる(S11−Y)。
そして制御部8で必要な補正ガスの量が計算される(S17)。例えばセンサ9での濃度をY+α%とするために補正ガスがz(L/min)必要な時、補正調整部4からz(L/min)のガスが流れるよう,制御部8より指令が送られる。あわせて補正部2と3と4の流量の和が略一定となる演算処理が制御部8では行なわれいる。例えば補助調整部3の流量はx−z(L/min)に制御される(S18)。エアロゾル発生部から発生するエアロゾル濃度は常に変動するため、上記の制御を常に行なうことにより設定したエアロゾル濃度値を保ったまま、安定した複合構造物の形成が可能となる。
5.エアロゾル発生装置 6.粉体解砕・拡散機構 7.第1濃度センサー
8.制御手段 9.第2濃度センサー 10.ノズル 11.基材
12.チャンバー 13.真空ポンプ
30.エアロゾル衝突板 31.ガス導入口 32.ガス導出口
33.吹き出し口 41.ガス導入口 42.容器 43.導出口
44.エアロゾル 71.粉体収容部 72.粉体輸送手段
73.溝 74.エアロゾル化手段 742エアロゾル導入口
741エアロゾル導出口
Claims (3)
- 微粒子をガス中に分散したエアロゾルを発生するエアロゾル発生部と、このエアロゾルを高速で基板へ向けて噴出するノズルとを備え、エアロゾルを基板に衝突させることで前記微粒子と前記基板とからなる複合構造物を作製する複合構造物作製装置であって、前記エアロゾル発生部は粉体収容部とエアロゾル化手段とを備え、前記エアロゾル発生部へメインガスを供給するガス導入口と、メインガス流量を調整するメイン調整部と、前記エアロゾル発生部によって発生したエアロゾルの濃度を読み取るセンサと、前記エアロゾル発生器から前記ノズルへ至るエアロゾル経路に補正ガスを供給するガス導入路と、このガス導入路を流れる補正ガス流量を調整する補正調整部と、前記センサの検出量に基づいて、前記メイン調整部と前記補正調整部を制御する制御手段とを有し、前記メインガス流量と前記補正ガス流量を、前記メイン調整部と前記補正調整部とを制御することで、前記ノズルより噴出されるエアロゾル濃度とガス流量とが常に一定となるようにすることを特徴とする複合構造物作製装置。
- 前記センサは、前記エアロゾル経路に設けられており、前記ガス導入路は、前記センサよりも前記エアロゾル発生部側において前記補正ガスを供給する、ことを特徴とする請求項1記載の複合構造物作製装置。
- 微粒子をガス中に分散したエアロゾルをノズルより高速で噴射し、噴射されたエアロゾルを基板へ衝突させることで前記微粒子と前記基板とからなる複合構造物を作製する複合構造物作製方法であって、前記エアロゾル濃度に基づいて、エアロゾルを発生させるエアロゾル発生器からのエアロゾル流量を調整すると共に、このエアロゾルに対して混合される微粒子の混ざっていない補正ガス流量を調整し、前記ノズルより噴出されるエアロゾル濃度とガス流量とが常に一定となるようにすることを特徴とする複合構造物作製方法。
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