JP3709441B2 - 炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3709441B2 JP3709441B2 JP2003085571A JP2003085571A JP3709441B2 JP 3709441 B2 JP3709441 B2 JP 3709441B2 JP 2003085571 A JP2003085571 A JP 2003085571A JP 2003085571 A JP2003085571 A JP 2003085571A JP 3709441 B2 JP3709441 B2 JP 3709441B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- sic
- nanowires
- chlorosilane
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、半導体等情報通信用デバイス、フォトニック材料あるいはナノマシン用部材等として有用な炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】
従来、炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法としては、水素と炭化水素とをプラズマ中で反応させるプラズマ法や、炭素(C)と二酸化ケイ素(SiO2)とを反応させる方法(文献1)が検討されている。
【0003】
しかしながら、これまで知られている方法で生成される炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーはいずれも長さが短く、径も小さく、しかも2種類以上の反応物質の使用を必要とするという問題点があった。
【0004】
【文献】
文献1:H.Dai,E.W.Wong,Y.Z.Lu,S.Fan,M.Liebr,Synthesis and characterization of carbice nanorods,Nature,375,29(1995)769-772
【0005】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの従来の問題点を解消し、簡便な方法で、長尺で、しかも径が大きい炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーを製造することのできる新しい方法を提供することを課題としている。
【0006】
【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、式:R n SiCl 4-n (Rは炭化水素基を示し、nは1〜3の整数を示す)で示されるクロロシランを1〜100Torrの範囲の減圧雰囲気下、水素、不活性ガスおよび希ガスの少くとも1種、又はこれらの混合ガスからなるキャリアーガス気流中、900℃以上1300℃以下の温度範囲に加熱することを特徴とするβ型炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法を提供し、第2には、1〜10Torrの範囲の減圧雰囲気下に加熱する上記炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法を、第3には、クロロシランとキャリアーガスの流量が1:50〜500の範囲で、かつ流速が1〜2000cc/minである上記炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法を提供する。
【0008】
以上のとおりのこの出願の発明は、従来よりクロロシランを熱分解することにより炭化ケイ素(SiC)膜を形成する方法が知られているが、特定の環境条件下では特徴のある炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーが生成させるという、発明者によって得られた、全く予期できない新しい知見に基づいて完成されたものである。
【0009】
すなわち、メチルクロロシラン、エチルクロロシラン等のクロロシランを100Torr以下、好ましくは10Torr以下の減圧雰囲気下において900℃以上1300℃以下の温度範囲で加熱分解することにより基板上に炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーが生成し、しかも、この炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーとしては、長さが数μmで直径が40nm〜300nmのものも実現され、β型の炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーであるとの知見に基づいている。
【0010】
【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、以下にその実施の形態について説明する。
【0011】
この出願の発明の炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法では、前記のとおり1〜100Torr、より好ましくは1〜10Torrの減圧雰囲気下においてクロロシランガスを900℃以上1300℃以下の温度で加熱分解するが、この場合、クロロシランガスは、キャリアーガスの流通下に加熱分解反応させることが好ましい。このようなキャリアーガスとしては反応不活性、もしくは反応促進性のものであれば各種のものであってよく、たとえば、アルゴン、ヘリウム等の希ガスや水素ガス、もしくはそれらの混合ガスが好適なものとして例示される。
【0012】
キャリアーガスを用いる場合にも、反応系の減圧度は前記の範囲とすることが必要である。
【0013】
反応原料としては、いわゆるクロロシランと呼ばれる化合物ガスを用いることになるが、このものは、基本的に1種類の反応原料であると考えることができ、従来のように本質的に異質な複数種の反応物質を用いる方法とは明確に区別される。
【0014】
クロロシランは、一般式としては前記のとおりに示されるものであって、符号Rの炭化水素基としては、メチル、エチル、プロピル等の低級アルキリ基が具体的に例示される。
【0015】
たとえば、トリクロロメチルシラン、トリクロロエチルシラン、ジクロロジメチルシラン、クロロトリメチルシラン等である。
【0016】
キャリアーガスの流通系の反応としてこの出願の発明の方法を実施する場合、たとえば図1の例のようなシステムを構成することができる。
【0017】
すなわち、たとえば炭化ケイ素(SiC)またはシリコン(Si)からなる基板(11)が設けられた反応容器(1)を1×10-3Torr程度まで減圧する。そして温度を1100〜1300℃まで加熱した後、真空ポンプ(8)側のバルブ(4)を操作して反応系内の圧力が100Torr以下の減圧になるように調整する。
【0018】
そして、クロロシラン(10)溶液中に水素ガス(3)をバブリングさせながらクロロシラン(10)を反応容器(1)へ導入する。この時のクロロシラン(10)と水素ガス(3)の体積比は、好ましくは1:50〜500の範囲、より好ましくは、1:100〜300の範囲内になるように、また、流速が1〜2000cc/minになるように、圧力計(6)と流量計(5)を見ながらバルブ(4)を調整する。
【0019】
この状態で900℃以上1300℃以下に加熱を続けると反応容器(1)内の基板(11)の表面に炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーが生成される。この時、クロロシラン(10)を移送するために使用した余剰の水素ガス(3)やクロロシラン(10)の分解によって生じた副産物はアルゴンガス(2)とともに吸引されてトラップ(12)内に捕集される。
【0020】
たとえば以上のような反応系として構成することのできるこの出願の発明の方法においては、一般的に、キャリアーガスに対するクロロシランの体積比が大きくなると炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーの径が大きくなり、また、加熱温度が1100℃より低くなると、炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーの長さは短くなる。そして加熱温度が900℃未満では炭化ケイ素(SiC)の生成そのものが困難であり、一方、1300℃を超えると生成される炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーの量が少なくなり大部分が炭化ケイ素(SiC)膜となる。
【0021】
この出願の発明は安価なクロロシランを使用するものであり、しかもこのクロロシランを水素ガスやアルゴンガス等のキャリアーガスと組み合わせて加熱するだけの簡便な方法で炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーを生成することができる。そして、この出願の発明においては、反応条件を調整することによって炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーとして、長さが1μm〜100μmの範囲で、また、直径の大きさが10nm〜300nmの範囲に制御することができるという特徴を有している。また、この方法で製造される炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーはβ型であることも確認されている。
【0022】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。
【0023】
【実施例】
<実施例1>
図1に例示した反応系において、シリコン基板が配置された反応容器(1)を1×-3Torrまで真空引きする。これを1200℃に加熱した後、純度99%のトリクロロメチルシラン(CH3SiCl3)液内に水素ガスをバブリングさせて反応容器へ導入する。その際、トリクロロメチルシランと水素ガスの割合を体積比1:200となるように、また、流速が1000cc/minになるように、パルプ、流量計を調整する。また真空ポンプ側のバルブ操作により反応容器内の圧力を10Torrに維持しながら、反応容器(1)内を温度1100℃に加熱した。シリコン基板上には炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーが生成された。
【0024】
図2は温度1100℃で生成した炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーの走査型電子顕微鏡写真である。また、図3は透過電子顕微鏡写真であり、図4はその拡大写真である。図5は電子回折像である。これらの結果から、生成された炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーは主として長さが最大100μm程度で直径が約10nm〜80nmであることが、また、図5から、成長方向が<111>であるβ型炭化ケイ素(SiC)であることが確認された。
【0025】
そして、生成された炭化ケイ素(SiC)をエネルギー分散型X線分光法(EDS)で分析した結果、炭素(C)とケイ素(Si)の割合はほぼ1対1であることが確認された。
【0026】
<実施例2>
実施例1において、トリクロロメチルシランと水素ガスとの体積比を1:100とした。トリクロロメチルシランの割合をこのように2倍にすると、生成される炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーの径は300nmと太くなることが確認された。
【0027】
<実施例3>
実施例1において、加熱温度を960℃とした。生成される炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーの長さは最大30μmであって、より短くなることが確認された。
【0028】
<比較例>
実施例1において、加熱温度を1350℃とした。この場合には、ナノワイヤーの数密度が減少し、大部分がSiC膜となることが確認された。
【0029】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって安価なクロロシランを用い、その熱分解という簡便な方法で、より長く、径の大きな炭化ケイ素(SiC)ナノワイヤーを製造することができる。しかも、ナノワイヤーとして、<111>方向に成長したβ型SiCであるという特徴のある炭化ケイ素ナノワイヤーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】反応システムの系統を例示した図である。
【図2】炭化ケイ素ナノワイヤーの走査型電子顕微鏡写真である。
【図3】炭化ケイ素ナノワイヤーの透過電子顕微鏡写真である。
【図4】炭化ケイ素ナノワイヤーの透過電子顕微鏡の拡大写真と炭化ケイ素ナノワイヤーの電子線回折像である。
【符号の説明】
1 反応容器
2 アルゴンガス
3 水素ガス
4 バルブ
5 流量計
6 圧力計
7 冷却水
8 真空ポンプ
9 加熱制御装置
10 クロロシラン
11 基板
12 トラップ
Claims (3)
- 下式で示されるクロロシランを1〜100Torrの範囲の減圧雰囲気下、水素、不活性ガスおよび希ガスの少くとも1種、又はこれらの混合ガスからなるキャリアーガス気流中、900℃以上1300℃以下の温度範囲に加熱することを特徴とするβ型炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法。
式:R n SiCl 4-n (Rは炭化水素基を示し、nは1〜3の整数を示す) - 1〜10Torrの範囲の減圧雰囲気下に加熱することを特徴とする請求項1の炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法。
- クロロシランとキャリアーガスの流量が1:50〜500の範囲で、かつ流速が1〜2000cc/minであることを特徴とする請求項1または2の炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003085571A JP3709441B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003085571A JP3709441B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004292222A JP2004292222A (ja) | 2004-10-21 |
JP3709441B2 true JP3709441B2 (ja) | 2005-10-26 |
Family
ID=33400462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003085571A Expired - Lifetime JP3709441B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3709441B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100677771B1 (ko) * | 2005-03-31 | 2007-02-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 무촉매층으로 성장시킨 나노튜브를 갖는 캐패시터 및 그의제조 방법 |
CN100384725C (zh) * | 2005-07-21 | 2008-04-30 | 同济大学 | 一种碳化硅纳米线的制备方法 |
CN100355948C (zh) * | 2006-03-16 | 2007-12-19 | 武汉科技大学 | 一种合成仿生碳化硅晶须的方法 |
KR100769695B1 (ko) * | 2006-08-10 | 2007-10-23 | 한양대학교 산학협력단 | 단결정 탄화규소 나노선, 이의 제조방법 및 이를 포함하는필터 |
JP5120797B2 (ja) * | 2006-10-18 | 2013-01-16 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 炭化ケイ素ナノ構造物とその製造方法 |
JP2010241666A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-28 | Tokyo Institute Of Technology | コアシェル構造型炭化ケイ素ナノワイヤー及びその製造方法 |
CN108117403A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-06-05 | 南京航空航天大学 | 一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料及其制备方法 |
CN108329043A (zh) * | 2018-01-20 | 2018-07-27 | 南京航空航天大学 | 一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料及其制备方法 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003085571A patent/JP3709441B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004292222A (ja) | 2004-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ozaki et al. | Silicon nanowhiskers grown on a hydrogen-terminated silicon {111} surface | |
CN1930079B (zh) | 伸长的纳米结构及其相关装置 | |
JP4922337B2 (ja) | シリコンナノ構造体の製造方法 | |
Lai et al. | Straight β-SiC nanorods synthesized by using C–Si–SiO 2 | |
JP2006502586A5 (ja) | ||
JP2010143771A (ja) | α型炭化ケイ素粒子の製造方法 | |
JP2010509171A5 (ja) | ||
Kelly et al. | Sol–gel precursors for group 14 nanocrystals | |
JP3709441B2 (ja) | 炭化ケイ素ナノワイヤーの製造方法 | |
WO2008013341A1 (en) | Alignment of semiconducting nanowires on metal electrodes | |
JPH0134925B2 (ja) | ||
US9950926B2 (en) | Method for production of germanium nanowires encapsulated within multi-walled carbon nanotubes | |
CN111268656A (zh) | 氮化硼纳米管的制备方法 | |
KR102127024B1 (ko) | 고밀도 정렬된 실리콘 나노와이어 | |
JP3858319B2 (ja) | 量子細線の製造方法 | |
JP3834639B2 (ja) | 窒化ホウ素で被覆された窒化珪素ナノワイヤーの製造方法 | |
JP2005263522A (ja) | シリコン粒子、シリコン粉末及びシリコン粒子の製造方法 | |
JP3834638B2 (ja) | ニッケルまたは珪化ニッケルが充填された窒化ホウ素ナノチューブの製造方法 | |
JP4431745B2 (ja) | 窒化アルミニウムナノリボンの製造方法 | |
JP4000371B2 (ja) | 窒化硅素(Si3N4)ナノロッドとその製造方法 | |
JP2004161507A (ja) | 炭化ケイ素ナノロッドとその製造方法 | |
López-Camacho et al. | The key role of hydrogen in the growth of SiC/SiO2 nanocables | |
JP2004190183A (ja) | 長周期構造を有する窒化ホウ素ナノ繊維およびその製造方法 | |
KR20130020490A (ko) | 탄화 규소 및 이의 제조 방법 | |
JP4441617B2 (ja) | 窒化アルミニウムナノチューブ及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041207 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050202 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050301 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050428 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050712 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3709441 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20061201 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |