JP3610372B2 - Film formation method and apparatus by negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition - Google Patents

Film formation method and apparatus by negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、負イオン照射・同時蒸着による膜形成方法およびその装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、負イオンを用いるダイナミックミキシング処理による膜形成方法によって、非線形光学材料等の機能性膜として有用な微粒子分散膜を形成することのできる、新しい膜形成方法とそのための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】
真空蒸着とイオン注入を同時に行うことによって多元の元素から成る膜を形成するダイナミックミキシング処理は、イオン照射によりミキシングが原子レベルで行われることから、蒸気を構成する物質とイオンビームを構成する物質とからなる膜を任意の膜厚で緻密に形成することが可能な膜形成方法である。この方法は、通常、高温の条件下でなければ形成が不可能である膜を室温で形成することが可能であり、また、基材表面の温度上昇を制御できることから、基材の熱的変質を防止可能であるという特長も有している。
【0003】
しかし、従来のダイナミックミキシング処理は、正イオンを低エネルギーで照射するために、基材が絶縁体である場合には、基材表面に蓄積された正電荷による帯電に起因するクローン反発によりイオンビームが偏向するためビームの進行方向が一定とならず、さらには、イオンビームが基材に到達しないため、継続的な膜形成を行うことが不可能であり、また、膜を構成する元素の密度を高密度かつ均一にすることは困難であった。
【0004】
一方、イオン蒸着の分野においては、絶縁性基板への成膜にともなう前記のような帯電、つまりチャージアップを防止するために負イオンを利用しようとの試みがなされてもいる。
【0005】
しかし、これまでの負イオンの利用については、金属負イオンによる金属皮膜の形成や、酸素、窒素等のガス元素の負イオンを利用した反応性膜の形成が報告されているものの、負イオンによる新しい膜構造や、新しい機能性膜の製造についてはほとんど検討されていないのが実情である。
【0006】
このため、たとえば、イオン照射の非平衡性を利用して新しい非線形光学材料を製造するとのことも試みられていない。
【0007】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、負イオンによるダイナミックミキシング処理により、絶縁体物質を膜基材として、新しい膜構造や、新しい機能性膜を任意の膜厚で製造することのできる膜形成方法とそのための装置を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第1には、真空容器内部において、イオン源から試料基板表面へのイオン照射と、膜基材の試料基板表面への蒸着とを同時に行うダイナミックミキシング処理による膜形成方法であって、イオン源から照射されるイオンが金属元素もしくは絶縁体中で過飽和にすることのできる非金属元素の負イオン
で、試料基板に同時蒸着する膜基材が絶縁体物質であり、前記金属元素もしくは前記非金属元素の微粒子が膜基材中に分散されている微粒子分散膜を形成することを特徴とする負イオン照射・同時蒸着による膜形成方法を提供する。
【0009】
また、この出願の発明は、上記方法について、第2には、膜基材が、SiO2,Al23,MgO,MgO−Al23,LiNbO2およびBaF2のうちの1種または2種以上
である膜形成方法を提供し、第3には、負イオンが、Cu、Co、Ni、Zn、Mo、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au、Hg、B、C、Si、P、Ge、As、SeおよびSbのうちのいずれかの負イオンである膜形成方法を、第4には、微粒子は、その径が1〜20nmである膜形成方法を、第5には、微粒子が単結晶である膜形成方法を提供する。
【0010】
そして、この出願の発明は、第6には、非線形光学膜を形成する前記のいずれかの膜形成方法を提供する。
【0011】
さらに、この出願の発明は、第7には、前記いずれかの方法のための装置として、真空容器内部に、試料基板表面に金属元素もしくは絶縁体中で過飽和にすることのできる非金属元素の負イオンを照射するイオン源と、膜基材を加熱蒸発し試料基板表面に膜基材蒸気を蒸着させるための蒸着源とを具備し、負イオンと膜基材蒸発粒子の各々の粒子束の制御手段を備えており、膜の形成をダイナミックミキシング処理により実施することを特徴とする負イオン照射・同時蒸着による膜形成装置を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、この出願の発明の負イオン照射・同時蒸着による膜形成方法に関する実施の形態を説明する。
【0013】
この出願の発明の負イオン照射・同時蒸着による膜形成方法は、真空容器内部にて実施される。真空容器内部には、試料基板表面に対して負イオンビームを照射するためのイオン源と、るつぼ内部に収容された膜基材を加熱し蒸発させ、試料基板表面への蒸着を行うための蒸着源とを具備する。蒸発源には、電子ビーム蒸着源や高周波加熱蒸着源などが用いられる。真空容器内部にいおては、膜基材の真空蒸着と負イオンビーム照射とが同時に行われ、多元の元素から成る膜が、ダイナミックミキシング処理により形成される。
【0014】
この出願の発明の膜形成方法においては、前記のイオン源や蒸着源の個数は限定されるものではなく、形成される膜の構成、機能に応じて、適宜最適な個数が設定される。
【0015】
この発明においては、従来の正イオン照射による膜形成方法では問題となっていたイオン粒子衝撃によって発生する2次電子放出と、負イオン照射による負電荷の流入との均整がなされ、絶縁体膜基材とイオンとして導入される元素から構成される膜の成長において、無帯電状態が継続し、すなわち、継続的な膜形成による膜の厚膜化が可能となり、また、膜を構成する元素の密度の高密度化および均一化が実現される。
【0016】
注入イオンとしての負イオンは、絶縁体中で固溶度のほとんどない金属元素として、例えば、Cuの他に、Co、Ni、Zn、Mo、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au、Hg等の負イオンが例示される。また、固溶限よりも過飽和にすることができるという利点に着目すれば、B、C、Si、P、Ge、As、Se、Sb等の非金属元素の負イオンも例示される。一方、蒸着される膜基材としては、絶縁体物質の各種のものであってよく、たとえば、光学用途に限れば、透明基材として、たとえば、溶融石英あるいは結晶石英SiO2 の他に、ソーダガラス、Al 、サファイアAl、MgO、スピネルMgO・n(Al)、LiNbO、BaF等が例示される。
【0017】
この出願の発明の膜形成方法においては、微粒子が分散された膜が形成されることになる。形成された膜は、母相材とその中に分散分布している微粒子とによって構成されている。
【0018】
微粒子は、負イオンの注入による拡散の促進で母相材中に凝集して形成されたものであって、たとえば膜基材にほとんど固溶しない金属元素の負イオンの注入による金属の微粒子がその代表的なものである。この場合には、母相材は膜基材の蒸着によって形成される。
【0019】
形成される微粒子は、その径として各種のものとすることができるが、一般的には100nm以下のものが例示される。そして、微粒子としては単結晶であるものとすることができる。
【0020】
以上のような微粒子分散膜によって、非線形光学材料を提供することが可能ともなる。
【0021】
この出願の発明の膜形成方法においては、イオン源から試料基板表面へ照射される負イオンビームと蒸着源より試料基板表面へ蒸着される膜基材に関して、それぞれの粒子束を制御可能とする。これにより、形成される膜の組成、構造、機能が制御され、さらには、イオンによる非平衡効果も制御される。具体的には、試料基板の直前位置に、例えばビームプロフィルモニターと水冷式ファラデーカップが設置され、それぞれ、負イオンビームの空間分布および負イオンビームの電流密度が定量的に測定され、イオン源からのイオンビームの照射量の制御がなされる。また、蒸着源には、蒸着源を覆うようにシールドが設置され、基材蒸気を試料基板へ蒸着するための射出孔と基材蒸気の蒸着速度を定量的に測定するための射出孔が設けられている。基材蒸気の蒸着速度を定量的に測定するための射出孔から射出する蒸気によって形成される膜を、例えば水晶発振型膜厚計によって測定し、これを参照しつつ蒸着源の出力の制御がなされる。
【0022】
粒子束の制御ファクターとしては、前記のとおり、膜基材の蒸着速度と、負イオンの注入密度(線量)、すなわち電流密度(μA/cm)が考慮されることになる。このファクターを可変とすることで、微粒子の膜中への含有量と粒径を変化させることが可能となる。
【0023】
微粒子の含有量は主として膜基材の蒸着速度で、粒径は負イオンの注入密度により規定されることになる。
【0024】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【0025】
【実施例】
この出願の発明の実施例として、溶融石英基板に対して絶縁体物質の膜基材としてのSiOの真空蒸着とCu負イオンビームの照射を同時に行い、ダイナミックミキシング処理によりCu−SiO膜を形成した。
【0026】
この実施例で用いた膜形成装置の概略図を図1に示す。
【0027】
負イオン源として、プラズマ・スパッター型負重イオン源を用いた。このイオン源は、BからAuまでの元素を対象として負イオンを生成し、60keVまで加速するものである。この実施例においては、Cu負イオンビームを60keV、電流密度5〜50μA/cmでイオンビームの粒子束を制御しながら照射を行った。
【0028】
負イオン源より発射された負イオンビーム(1)は、真空ダクトを通過し、高真空チャンバーに入射される。高真空チャンバー入口において、負イオンビーム(1)は、四重極トリプレットレンズにより、直径40mmの円形ビームに整形され、試料基板へ照射される。試料基板の直前位置には、負イオンビーム(1)の空間分布を測定するためのビームプロフィルモニターと、負イオンビームの電流密度を測定するための水冷式ファラデーカップを設置した。
【0029】
一方、高真空チャンバーの底部には、電子ビーム蒸着源を設置し、蒸着源を構成するるつぼ(2)内部のSiOを、試料基板へ蒸着した。この際、蒸着速度は0.2〜0.4nm/sで設定し、形成される膜の組成に関して制御を行った。
【0030】
蒸着源の電子ビーム(3)の加速電圧は3keV、最大定格電流は700mAであった。進行方向が試料基板方向へと向かわないSiO蒸気(4)は不要であり、負イオンビームの照射の妨げとなることから、SiO蒸気(4)が負イオンビームの照射経路に侵入しないように、シールドを設置することが有効であることから、蒸着源を覆うようにステンレス製シールド(5)を設置した。ステンレス製シールド(5)には、SiO蒸気を試料基板へ蒸着するための射出孔(6)を設けた。さらに、ステンレス製シールドには、SiO蒸気の蒸着速度を定量的に測定するための射出孔を設けた。
【0031】
試料基板である溶融石英基板(7)は銅製のステージ(8)上に設置され、基板平面の法線方向とCu負イオンビームの照射方向のなす角度および基板平面の法線方向とSiO蒸気の射出方向のなす角度は、それぞれ約20°、約15°に設定された。
【0032】
以上の膜形成装置を用いて膜形成を行うことにより、粒径が3〜10nmのCu微粒子が分散したCu−SiO膜が得られる。
【0033】
Cu微粒子は、膜中に均等に分散分布している。しかもこれらのCu微粒子は単結晶であることが透過電子顕微鏡観察により確認されている。
【0034】
図2は、SiO蒸着速度0.4nm/s、Cu負イオンビームの電流密度20μA/cmで成膜したCu−SiO膜(膜厚500nm)の透過電子顕微鏡による断面観察写真を例示したものである。
【0035】
また、形成条件をCu負イオンビームの電流密度を50μA/cm、SiO蒸気の蒸着速度を0.4nm/sに設定して形成した、500nmCu微粒子が分散分布したCu−SiO膜について、非線形光学特性評価法(縮退4波混合法)を適用し、非線形性に関する検討を行った。その結果を図3に示した。非線形反射率が、ポンプ光強度の2乗に比例することから、この厚膜は3次の非線形性を持つことが確認された。
【0036】
【発明の効果】
この出願の負イオン照射・同時蒸着による膜形成方法とその装置によって、絶縁体を基材とする膜を安定して形成することが可能とされ、非線形光学特性を持つ新たな厚膜材料等の機能性材料の創製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この出願の発明の膜形成方法に関する実施例に用いた膜形成装置の概略図である。
【図2】この出願の発明の膜形成方法によって形成されたCu−SiO膜の断面を例示した、図面に代わる透過電子顕微鏡写真である。
【図3】Cu−SiO厚膜の非線形光学特性を示す図である。
【符号の説明】
1 負イオンビーム
2 るつぼ
3 電子ビーム
4 SiO蒸気
5 ステンレス製シールド
6 射出孔
7 溶融石英基板
8 銅製のステージ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a film forming method and apparatus using negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition. More specifically, the invention of this application relates to a novel film forming method capable of forming a fine particle dispersed film useful as a functional film such as a nonlinear optical material by a film forming method by dynamic mixing using negative ions, and therefore It is related with the apparatus of.
[0002]
[Prior art and its problems]
The dynamic mixing process that forms a film composed of multiple elements by simultaneously performing vacuum deposition and ion implantation is performed at the atomic level by ion irradiation, so that the substance that constitutes the vapor and the substance that constitutes the ion beam It is a film formation method which can form the film | membrane which consists of densely with arbitrary film thicknesses. In this method, it is possible to form a film at room temperature, which cannot normally be formed unless the temperature is high, and the temperature rise of the substrate surface can be controlled. It also has the feature that it can be prevented.
[0003]
However, in the conventional dynamic mixing process, in order to irradiate positive ions with low energy, when the base material is an insulator, the ion beam is caused by clone repulsion due to charging by positive charges accumulated on the base material surface. The beam travel direction is not constant, and the ion beam does not reach the substrate, so that continuous film formation is impossible, and the density of elements constituting the film is not possible. It was difficult to achieve a high density and uniformity.
[0004]
On the other hand, in the field of ion vapor deposition, attempts have been made to use negative ions in order to prevent the above-described charging, that is, charge-up associated with film formation on an insulating substrate.
[0005]
However, with regard to the use of negative ions so far, formation of a metal film by metal negative ions and formation of a reactive film using negative ions of gas elements such as oxygen and nitrogen have been reported. The fact is that little consideration has been given to the production of new membrane structures and new functional membranes.
[0006]
For this reason, for example, it has not been attempted to produce a new nonlinear optical material by utilizing the non-equilibrium of ion irradiation.
[0007]
Therefore, the invention of this application has been made in view of the circumstances as described above, and a new film structure or a new functional film can be arbitrarily selected by using an insulator substance as a film base material by dynamic mixing treatment with negative ions. It is an object of the present invention to provide a film forming method and an apparatus therefor that can be manufactured with a film thickness of 1 mm.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of this application is as follows. First, in the vacuum vessel, ion irradiation from the ion source to the sample substrate surface and vapor deposition of the film base material on the sample substrate surface are performed simultaneously. A film forming method using dynamic mixing, in which ions irradiated from an ion source are negative ions of a non-metallic element that can be supersaturated in a metallic element or an insulator , and a film base material that is simultaneously deposited on a sample substrate providing There is an insulator material, the film forming method according to the negative ion irradiation simultaneous deposition particles of the metal element or the non-metallic element and forming a fine particle dispersed film, which is dispersed in the membrane substrate To do.
[0009]
The invention of this application relates to the above method, and secondly, the film substrate is one of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, MgO—Al 2 O 3 , LiNbO 2 and BaF 2 or Provided is a film forming method of two or more, and third, negative ions are Cu, Co, Ni, Zn, Mo, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Au , Hg, B, C, Si, P, Ge, As, Se, and Sb, and fourth, a film having a diameter of 1 to 20 nm. Fifth, a film forming method in which the fine particles are single crystals is provided.
[0010]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided any one of the above-described film forming methods for forming a nonlinear optical film.
[0011]
Further, according to the seventh aspect of the present invention, as a device for any one of the above methods, a non-metallic element that can be supersaturated in a metal element or an insulator on the surface of a sample substrate is provided inside a vacuum vessel . An ion source for irradiating negative ions; and a deposition source for heating and evaporating the membrane substrate to deposit the membrane substrate vapor on the sample substrate surface. Provided is a film forming apparatus by negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition, characterized by comprising a control means and performing film formation by dynamic mixing processing.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention of this application has the characteristics as described above, and an embodiment relating to a film forming method by negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition of the invention of this application will be described below.
[0013]
The film forming method by negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition of the invention of this application is performed inside a vacuum vessel. Inside the vacuum vessel, an ion source for irradiating the surface of the sample substrate with a negative ion beam, and a film substrate housed in the crucible are heated and evaporated to deposit on the surface of the sample substrate. Source. As the evaporation source, an electron beam evaporation source, a high-frequency heating evaporation source, or the like is used. Inside the vacuum vessel, vacuum deposition of the film substrate and negative ion beam irradiation are simultaneously performed, and a film composed of multiple elements is formed by a dynamic mixing process.
[0014]
In the film formation method of the invention of this application, the number of the ion sources and vapor deposition sources is not limited, and an optimal number is appropriately set according to the configuration and function of the film to be formed.
[0015]
In the present invention, the secondary electron emission generated by ion particle bombardment, which has been a problem in the conventional film formation method by positive ion irradiation, is balanced with the inflow of negative charges by negative ion irradiation. In the growth of films composed of materials and elements introduced as ions, the uncharged state continues, that is, the film can be made thicker by continuous film formation, and the density of the elements constituting the film High density and uniformization are realized.
[0016]
Negative ions as implanted ions are metal elements having almost no solid solubility in the insulator. For example, in addition to Cu, Co, Ni, Zn, Mo, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re And negative ions such as Ir, Pt, Au, and Hg. Further, if attention is paid to the advantage that supersaturation can be achieved rather than the solid solubility limit, negative ions of nonmetallic elements such as B, C, Si, P, Ge, As, Se, and Sb are also exemplified. On the other hand, the film substrate to be vapor-deposited may be various types of insulator materials. For example, in the case of optical use only, as a transparent substrate, for example, soda glass in addition to fused quartz or crystalline quartz SiO 2. , Al 2 O 3 , sapphire Al 2 O 3 , MgO, spinel MgO · n (Al 2 O 3 ), LiNbO 2 , BaF 2 and the like.
[0017]
In the film forming method of the invention of this application, a film in which fine particles are dispersed is formed. The formed film is composed of a matrix material and fine particles dispersed and distributed therein.
[0018]
The fine particles are formed by agglomeration in the matrix material by promoting diffusion by negative ion implantation. For example, the fine metal particles are formed by injecting negative ions of a metal element that hardly dissolves in the film substrate. It is representative. In this case, the matrix material is formed by vapor deposition of a film substrate.
[0019]
The fine particles to be formed can have various diameters, but generally those having a diameter of 100 nm or less are exemplified. The fine particles can be single crystals.
[0020]
The fine particle dispersion film as described above can provide a nonlinear optical material.
[0021]
In the film forming method of the invention of this application, each particle bundle can be controlled with respect to a negative ion beam irradiated from the ion source to the sample substrate surface and a film base material deposited from the vapor deposition source to the sample substrate surface. Thereby, the composition, structure, and function of the formed film are controlled, and further, the non-equilibrium effect due to ions is also controlled. Specifically, for example, a beam profile monitor and a water-cooled Faraday cup are installed immediately in front of the sample substrate, and the spatial distribution of the negative ion beam and the current density of the negative ion beam are respectively measured quantitatively from the ion source. The ion beam irradiation amount is controlled. In addition, the vapor deposition source is provided with a shield so as to cover the vapor deposition source, and an injection hole for vapor deposition of the base material vapor onto the sample substrate and an injection hole for quantitatively measuring the vapor deposition rate of the base material vapor are provided. It has been. The film formed by the vapor injected from the injection hole for quantitatively measuring the vapor deposition rate of the substrate vapor is measured by, for example, a quartz oscillation type film thickness meter, and the output of the vapor deposition source can be controlled with reference to this film. Made.
[0022]
As described above, as the control factor of the particle bundle, the deposition rate of the film substrate and the negative ion implantation density (dose), that is, the current density (μA / cm 2 ) are considered. By making this factor variable, the content of fine particles in the film and the particle size can be changed.
[0023]
The fine particle content is mainly determined by the deposition rate of the film substrate, and the particle size is determined by the negative ion implantation density.
[0024]
The invention of this application has the above-described features, and will be described more specifically with reference to examples.
[0025]
【Example】
As an embodiment of the invention of this application, SiO 2 vacuum deposition as a film substrate of an insulator material and irradiation of a Cu negative ion beam are simultaneously performed on a fused quartz substrate, and a Cu-SiO 2 film is formed by dynamic mixing treatment. Formed.
[0026]
A schematic view of the film forming apparatus used in this example is shown in FIG.
[0027]
A plasma sputtering type negative heavy ion source was used as the negative ion source. This ion source generates negative ions targeting elements from B to Au and accelerates them to 60 keV. In this example, irradiation was performed while controlling the particle bundle of the ion beam with a Cu negative ion beam at 60 keV and a current density of 5 to 50 μA / cm 2 .
[0028]
The negative ion beam (1) emitted from the negative ion source passes through the vacuum duct and enters the high vacuum chamber. At the entrance of the high vacuum chamber, the negative ion beam (1) is shaped into a circular beam having a diameter of 40 mm by a quadrupole triplet lens and irradiated onto the sample substrate. In front of the sample substrate, a beam profile monitor for measuring the spatial distribution of the negative ion beam (1) and a water-cooled Faraday cup for measuring the current density of the negative ion beam were installed.
[0029]
On the other hand, an electron beam evaporation source was installed at the bottom of the high vacuum chamber, and SiO 2 inside the crucible (2) constituting the evaporation source was evaporated onto the sample substrate. At this time, the deposition rate was set at 0.2 to 0.4 nm / s, and the composition of the film to be formed was controlled.
[0030]
The acceleration voltage of the electron beam (3) of the vapor deposition source was 3 keV, and the maximum rated current was 700 mA. Since the SiO 2 vapor (4) whose traveling direction is not directed toward the sample substrate is unnecessary and obstructs the irradiation of the negative ion beam, the SiO 2 vapor (4) does not enter the irradiation path of the negative ion beam. In addition, since it is effective to install a shield, a stainless steel shield (5) was installed so as to cover the vapor deposition source. The stainless steel shield (5) was provided with an injection hole (6) for depositing SiO 2 vapor on the sample substrate. Furthermore, the stainless steel shield was provided with an injection hole for quantitatively measuring the deposition rate of SiO 2 vapor.
[0031]
A fused quartz substrate (7), which is a sample substrate, is placed on a copper stage (8), and the angle formed by the normal direction of the substrate plane and the irradiation direction of the Cu negative ion beam, and the normal direction of the substrate plane and the SiO 2 vapor. The angles formed by the injection directions were set to about 20 ° and about 15 °, respectively.
[0032]
By performing film formation using the above film forming apparatus, a Cu—SiO 2 film in which Cu fine particles having a particle diameter of 3 to 10 nm are dispersed is obtained.
[0033]
Cu fine particles are uniformly distributed in the film. Moreover, it has been confirmed by observation with a transmission electron microscope that these Cu fine particles are single crystals.
[0034]
FIG. 2 illustrates a cross-sectional observation photograph by a transmission electron microscope of a Cu—SiO 2 film (thickness 500 nm) formed at a SiO 2 deposition rate of 0.4 nm / s and a current density of Cu negative ion beam of 20 μA / cm 2 . Is.
[0035]
Further, regarding the Cu-SiO 2 film in which 500 nm Cu fine particles are dispersed and formed, the formation conditions are set such that the current density of the Cu negative ion beam is set to 50 μA / cm 2 and the deposition rate of the SiO 2 vapor is set to 0.4 nm / s. A nonlinear optical property evaluation method (degenerate four-wave mixing method) was applied to investigate nonlinearity. The results are shown in FIG. Since the nonlinear reflectance is proportional to the square of the pump light intensity, it was confirmed that this thick film has a third-order nonlinearity.
[0036]
【The invention's effect】
The film forming method by negative ion irradiation / simultaneous vapor deposition and the apparatus of this application make it possible to stably form a film based on an insulator, such as a new thick film material having nonlinear optical characteristics, etc. Functional materials can be created.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a film forming apparatus used in an embodiment relating to a film forming method of the invention of this application.
FIG. 2 is a transmission electron micrograph in place of a drawing, illustrating a cross section of a Cu—SiO 2 film formed by the film forming method of the invention of this application.
FIG. 3 is a diagram showing nonlinear optical characteristics of a Cu—SiO 2 thick film.
[Explanation of symbols]
1 Negative ion beam 2 Crucible 3 Electron beam 4 SiO 2 vapor 5 Stainless steel shield 6 Injection hole 7 Fused quartz substrate 8 Copper stage

Claims (7)

真空容器内部において、イオン源から試料基板表面へのイオン照射と、膜基材の試料基板表面への蒸着とを同時に行うダイナミックミキシング処理による膜形成方法であって、イオン源から照射されるイオンが金属元素もしくは絶縁体中で過飽和にすることのできる非金属元素の負イオンで、試料基板に同時蒸着する膜基材が絶縁体物質であり、前記金属元素もしくは前記非金属元素の微粒子が膜基材中に分散されている微粒子分散膜を形成することを特徴とする負イオン照射・同時蒸着による膜形成方法。In a vacuum vessel, a film forming method by a dynamic mixing process in which ion irradiation from the ion source to the surface of the sample substrate and vapor deposition of the film base material on the surface of the sample substrate are performed simultaneously. The negative electrode of a non-metal element that can be supersaturated in a metal element or an insulator, and the film base that is co-deposited on the sample substrate is an insulator material, and the fine particles of the metal element or the non-metal element are film bases A method for forming a film by negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition, comprising forming a fine particle dispersion film dispersed in a material . 膜基材が、SiO2,Al23,MgO,MgO−Al23,LiNb
2およびBaF2のうちの1種または2種以上である請求項1の膜形成方法。
Membrane substrate is, SiO 2, Al 2 O 3 , MgO, MgO-Al 2 O 3, LiNb
The film forming method according to claim 1, wherein one or more of O 2 and BaF 2 are used.
負イオンが、Cu、Co、Ni、Zn、Mo、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au、Hg、B、C、Si、P、Ge、As、SeおよびSbのうちのいずれかの負イオンである請求項1または2の膜形成方法。Negative ions are Cu, Co, Ni, Zn, Mo, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Au, Hg, B, C, Si, P, Ge, As, Se and 3. The film forming method according to claim 1, wherein the negative ion is any one of Sb . 微粒子は、その径が1〜20nmである請求項1ないし3のいずれかの膜形成方法。4. The film forming method according to claim 1, wherein the fine particles have a diameter of 1 to 20 nm. 微粒子が単結晶である請求項1ないし4のいずれかの膜形成方法。The film forming method according to claim 1, wherein the fine particles are single crystals. 非線形光学膜を形成する請求項1ないし5のいずれかの膜形成方法。The film forming method according to claim 1, wherein a nonlinear optical film is formed. 請求項1ないし6のいずれかの方法のための装置であって、真空容器内部に、試料基板表面に金属元素もしくは絶縁体中で過飽和にすることのできる非金属元素の負イオンを照射するイオン源と、膜基材を加熱蒸発し試料基板表面に膜基材蒸気を蒸着させるための蒸着源とを具備し、負イオンと膜基材蒸発粒子の各々の粒子束の制御手段を備えており、膜の形成をダイナミックミキシング処理により実施することを特徴とする負イオン照射・同時蒸着による膜形成装置。7. An apparatus for a method according to any one of claims 1 to 6, wherein an ion is irradiated inside the vacuum vessel with negative ions of a nonmetallic element that can be supersaturated in a metallic element or an insulator on the surface of a sample substrate. Source and a vapor deposition source for heating and evaporating the membrane substrate to deposit the membrane substrate vapor on the surface of the sample substrate, and having means for controlling the particle bundle of each of the negative ions and the membrane substrate evaporation particles An apparatus for forming a film by negative ion irradiation and simultaneous vapor deposition, wherein the film is formed by dynamic mixing.
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