JP3787773B2

JP3787773B2 - Ionizer and system including the ionizer

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Publication number: JP3787773B2
Application number: JP2002135763A
Authority: JP
Inventors: 元明足立
Original assignee: OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY
Current assignee: OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2022-05-10
Also published as: JP2003326192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン化装置、およびこのイオン化装置を利用したシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイナスイオンは、人の健康・生理機能（例えば、ストレスの緩和、疲労回復、血行促進）や生活環境改善（例えば、抗菌、除虫、ダイオキシンの抑制）に優れた機能を発揮することが知られている。このマイナスイオン（巨大な水のクラスターイオン）は、自然界において、滝の付近や噴水などのように、水が岩や石などに当たるときに小さな分子に拡散して発生する（レナード効果）。一方、マイナスイオンを人工的に生成する装置として、例えばコロナ放電法や水滴破砕法を利用したイオン化装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コロナ放電法は、イオンを大きくするために大量の水を蒸気にする必要があるため、大容量のボイラーを必要とし、また居室内の湿度が過度に高くなって快適性が低下するという問題がある。また、水滴破砕法は大量の水を板に当てるため、大容量の貯留槽を必要とするうえ、水を板に当てるときに大きな音を発生するという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、大量のクラスターイオンを効率良く提供できるイオン化装置、また小型で騒音の少ないイオン化装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このイオン化装置を利用したシステムを提供することを別の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これらの目的を達成するために、本発明に係るイオン化装置は、臨界オリフィス２０を通じて外部空間１４と連通する内部空間１８を形成する容器１２と、開口部２０の近傍に配置された第１の電極１６と、第１の電極１６と所定の間隔をあけて対向するように内部空間１８内に配置された第２の電極２６と、内部空間１８に所定の物質（例えば、水）の分子を含む気体を供給する気体供給部３０と、第１の電極１６と第２の電極２６との間に所定の電圧を印加して放電させることで分子をイオン化する電源２８と、臨界オリフィス２０から外部空間１４に向かって逆テーパ状に広がる拡大管２４を形成する断熱部２２で構成されている。
【０００６】
本発明のシステムは、イオン化装置１０Ａとこのイオン化装置１０Ａで得られた分子イオンを基板８４上に堆積するＣＶＤ成膜装置７２とを備えたシステムにおいて、イオン化装置１０Ａが上述のイオン化装置であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（１）クラスターイオン発生器
図１は、本発明に係るイオン化装置の具体的実施形態であるクラスターイオン発生器１０の概略構成を示す。このクラスターイオン発生器１０は、筒状の容器又はハウジング１２を有する。ハウジング１２は、電気的に絶縁性を有する材料で形成されており、図面上左側の一端が閉鎖され、図面上右側の他端が外部空間１４に開放されている。外部空間１４に対して開放されたハウジング１２の他端側は導電材料からなる隔壁（第１の電極）１６によって閉鎖されており、これによりハウジング１２の内側に内部空間１８が形成されている。隔壁１６は小径（例えば、内径が０．１〜０．４ｍｍ）の臨界オリフィス（孔）２０を備えており、この臨界オリフィス２０を通じて内部空間１８と外部空間１４が流体的に接続されている。臨界オリフィス２０の外側には筒状の断熱部（断熱部材）２２が配置されており、臨界オリフィス２０から外部空間１４に向けて逆テーパ状に広がる拡大管（断熱空間）２４が形成されている。一方、臨界オリフィス２０の内側には、臨界オリフィス２０と所定の間隔をあけて、臨界オリフィス２０に対向する針状電極（第２の電極）２６が配置されている。本実施形態において、針状電極２６は臨界オリフィス２０の中心軸上に配置されて絶縁ハウジング１２に支持されている。
【００１１】
針状電極２６は、高圧電源２８と電気的に接続されている。一方、ハウジング１２の内部空間１８は加湿器（気体供給部）３０に流体的に接続されている。加湿器３０は、イオン化する分子である水を収容した貯留槽３２と、この貯留槽３２の底部に空気を供給する空気供給装置３４を備えている。通常、空気供給装置３４は、空気を供給するポンプと、一端がポンプの吐出口に接続されると共に他端が貯留槽３２の底部に配置された空気供給管を有する。ハウジング１２の内部空間１８と空気加湿器３０を接続する空気供給管は、その一端が貯留槽３２の上部空間に連通し、他端が内部空間１８に連通している。
【００１２】
このような構成を備えたイオン発生器１０によれば、空気供給装置３４から供給された空気は、貯留槽３２の底部から水中に放出される。水中に放出された空気は気泡となって上部空間に浮上し、その上部空間を加湿空気（湿度約３０〜４０％）で満たす。この加湿空気は、空気供給装置３４から連続的に供給される空気によってハウジング１２の内部空間１８に所定の圧力（例えば、１〜２ｋｇ／ｃｍ^２）で送り込まれる。その結果、ハウジング１２の内部空間１８は加湿された圧力空気で満たされる。
【００１３】
針状電極２６には、直流又は交流の電圧（例えば、−６ＫＶ）が印加される。その結果、針状電極２６とこれに対向する隔壁１６との間の領域でコロナ放電が発生し、その領域に水分子のコロナ放電イオンが生成される。この水分子イオンは、加湿器３０から内部空間１８に供給される圧力空気により、高速ジェットとなって臨界オリフィス２０から拡大管２４に吐出する。拡大管２４に吐出した高速ジェットの空気は、急激な圧力の低下によって断熱膨張し、過飽和雰囲気を形成する。その結果、雰囲気中の水分子がコロナ放電で発生した水分子イオンに凝集し、大きな水クラスターイオン３６に成長する。
【００１４】
ここで生成される水クラスターイオンは、図２に示すように、滝の近傍で発生するクラスターイオンと同程度の可動性（mobility）、即ち大きさを有し、それはハウジング１２の内部空間１８で発生したコロナ放電イオンよりも遥かに大きなものである。
【００１５】
以上の説明では、加湿する気体として空気を用いたが、これは空気と他の気体との混合物、または空気以外の気体であってもよい。また、空気を加湿する液体として水を用いたが、これは水と他の液体との混合物、または水以外の液体であってもよい。さらに、針状電極２６を高圧電源２８に接続し、隔壁１６を接地したが、逆に、隔壁１６を高圧電源に接続し、針状電極を接地してもよい。さらにまた、以上の説明では隔壁１６を導電部材で形成したが、臨界オリフィス２０の周囲又はその近傍にのみ導電部材を配置し、この導電部材を第１の電極として利用してもよい。
【００１６】
（２）ハウジング等の構成
上述したクラスターイオン発生器１０において、ハウジング１２等の具体的構成を図３に示す。この図に示すハウジング１２は、円筒体４０と、円筒体４０の一端（図面上左側の端部）を閉鎖する基端部材４２とからなる。これら円筒体４０と基端部材４２は、共に電気的に絶縁性の材料で形成されている。円筒体４０の他端（図面上右側の端部）は、導電性の材料からなる電極板（隔壁）４４で閉鎖されており、この電極板４４の中央に約０．１〜０．４ｍｍの貫通孔（臨界オリフィス）４６が形成されている。一方、基端部材４２の中央には貫通孔４６の中心軸と同軸上に別の貫通孔４８が形成されており、ハウジング１２の内部（内部空間）５０に配置されている導電性の針状電極支持部材５２が当該別の貫通孔４８にはめ込まれている。
【００１７】
針状電極支持部材５２は、図面上左側に、貫通孔４８に連通する気体通路５４と、この気体通路５４とハウジング１２の内部５０とを連通する連通孔５６が形成されており、図示しない加湿器（図１参照）から供給された加湿気体が貫通孔４８、気体通路５４から連通孔５６を介してハウジング１２の内部５０に供給されるようにしてある。また、針状電極支持部材５２の先端（電極板４４に対向する端部）は針電極５８を保持しており、この針電極５８と電極板４４との間に約２〜４ｍｍの隙間があけてある。一方、基端部材４２は、電源接続用電極収容孔６０が形成されており、この電極収容孔６０に電極６２がその周囲を封止された状態で収容されている。そして、電極支持部材５２と電極６２が電線６４によって電気的に接続されている。
【００１８】
（３）実施の形態２
図４は、イオン発生器１０Ａと、このイオン発生器１０Ａで得られたイオンを利用するイオン化ＣＶＤ成膜装置７２を含むシステム７０の構成を示す。システム７０において、イオン発生器１０Ａは、実施の形態１で説明したイオン発生器１０も使用可能であるが、このイオン発生器１０から断熱部２２を除いたイオン発生器であってもよい。イオン発生器１０Ａの内部空間は、ＣＶＤ成膜法に利用される原料分子を供給するための原料分子供給部（気体供給部）７４に接続されている。
【００１９】
ＣＶＤ原料は、気体・液体・固体のいずれかの形態を有する。例えば、固体原料としては金属カルボニル、金属錯体、金属βジケトン、金属塩化物（例えば、Ni(CO)₄, (CH₃COO)₆Zn₄O, Co[MeC(S)=CHCOMe]₃, TiCl₄）、液体原料としては有機金属・有機シリコン（例えば、Si(OC₂H₅)₄ (TEOS;テトラエトキシシラン)）、気体原料としてはSiH₄（シラン）が挙げられるが、これらに限るものでない。これに対し、原料分子供給部７４は、ＣＶＤ原料の形態に応じた構成と機能を有する。例えば、ＣＶＤ原料が液体又は固体の場合、原料分子供給部７４は、蒸発器によって原料を蒸発し、この蒸発した原料ガスをキャリアガスと共にイオン発生器１０Ａに搬送する。一方、ＣＶＤ原料が気体の場合、原料分子供給部７４は、この原料ガスをキャリアガスと混合して所定濃度に調製した後、イオン発生器１０Ａに供給する。
【００２０】
イオン発生器１０Ａの臨界オリフィスはイオン化ＣＶＤ成膜装置７２に接続されている。このイオン化ＣＶＤ装置７２は、一対の電極７６，７８と、一方の電極７６の裏面（他方の電極７８の反対側にある面で、図面上の下面）に設置されたヒータ８０と、電極７６，７８の間に所定の電圧を印加する電源８２を有する。そして、成膜の対象となる基板８４は、上記一方の電極７６の表面（他方の電極７８に対向する面で、図面上の上面）に設置される。
【００２１】
このような構成のシステム７０において、イオン発生器１０には、原料分子供給部７４からＣＶＤガス原料が供給される。このＣＶＤガス原料は、針状電極と隔壁との対向領域（放電場）で発生したコロナ放電によりイオン化された後、高速ジェットとなって、一対の電極７６、７８間に噴射される。したがって、針状電極と隔壁との間の放電場で発生したＣＶＤ原料分子イオンは高い運動エネルギーを有し、針状電極又は隔壁に吸着されることなく、隔壁の貫通孔から効率良く噴射されて電極７６，７８の間に供給される。電極７６，７８の間に供給された原料分子イオンは、これら電極間に形成された電場に捕集された後、原料分子イオンと異なる極性の電圧が印加されている一方の電極７６に向かって移動し、基板８４上に堆積する。
【００２２】
そのため、従来のＣＶＤ成膜装置では、膜や微粒子の素になる中間体やクラスターの反応容器内における運動がブラウン運動や対流に支配され、それらの運動を制御できず、高品質の薄膜やナノ粒子の合成ができなかったのに対し、上述のように、原料分子イオンの運動を目的の方向に制御できると共に、すべての又は殆どの原料分子イオンを成膜装置に供給することができるので高濃度の成膜が可能になる。
【００２３】
なお、イオン発生器１０Ａの下流側にイオン化ＣＶＤ成膜装置７２を接続した場合を示したが、イオン化ＣＶＤ成膜装置７２に代えてヒーターにより壁面を所定の温度に加熱された反応管を接続してもよい。この場合、高品質のナノ粒子合成が可能となる。
【００２４】
（４）実施の形態３
図５は、イオン発生器１０Ａと、このイオン発生器１０Ａで得られたイオンを利用する気流混合装置９２を含むシステム９０の構成を示す。イオン発生器１０において、ハウジング内部はガス供給装置９４に接続されており、このガス供給装置９４からハウジング内部に所定の高圧ガスが供給されるようにしてある。気流混合装置９２において、混合容器９６は、イオン発生器１０の臨界オリフィスと、ナノ粒子供給装置９８に接続されている。
【００２５】
このような構成において、イオン発生器１０Ａでは、ガス供給装置９４からハウジング内部に供給された原料ガスはコロナ放電によりイオン化された後、高速ジェットとなって吐出する。吐出した高速ジェットの分子イオンは、混合容器９６に供給され、そこでナノ粒子供給装置９８から供給されたナノ粒子と混合されてその表面に付着し、ナノ粒子に電荷を与える。したがって、イオンが付着したナノ粒子は、後に電界を利用して分級、移送ができる。
【００２６】
（５）実施の形態４
図６は、イオン発生器１０Ａと、このイオン発生器１０Ａで得られたイオンを利用するナノ粒子堆積装置１０２を含むシステム１００の構成を示す。このシステム１００において、イオン発生器１０Ａは、堆積装置１０２の容器１０４に接続され、イオン発生器１０Ａで生成されたイオンが容器１０４に供給されるようにしてある。堆積装置１０２の容器１０４には、その上部と下部にそれぞれ電極１０６，１０８が配置されている。電極１０６，１０８には直流電源１１０が接続され、これらの間に電界が形成されている。下部の電極１０８は、例えば金属又は非金属の電界ナノ粒子堆積基板１１２を支持している。容器１０４はまた、ナノ粒子供給装置１１４に接続されており、上部の電極１０６の下方領域にナノ粒子が供給されるようにしてある。
【００２７】
このような構成において、イオン発生器１０Ａから容器１０４に供給された分子イオンは容器１０４に供給され、そこでナノ粒子供給装置１１４から供給されたナノ粒子と混合されてその表面に付着し、ナノ粒子に電荷を与える。電荷が付与されたナノ粒子は、電極間の電界によって下方の電極１０８に向かって吸引され、この電極１０８に支持された堆積基板（非沈着部材）１１２に沈着する。したがって、このシステム１００によれば、ナノ粒子を効率良く捕集して目的の場所に堆積又は移送することができる。
【００２８】
なお、イオンがマイナス電荷を持っている場合、図示するように上方の電極１０６にはマイナス極が接続され、下方の電極１０８にはプラス極が接続される。イオンがプラスの電荷を持っている場合、電極１０６，１０８は逆の極が接続される。
【００２９】
以上の説明では下方の電極１０８に基板を配置したが、これに代えて他の液体又はスラリー若しくはゲルを収容した容器を配置し、この液体又はスラリー若しくはゲルの表面にナノ粒子を堆積してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るイオン化装置によれば、大量のクラスターイオン（例えば、マイナスイオン）を効率良く提供できる。
【００３１】
また、イオン化装置とこのイオン化装置で得られた分子イオンを基板上に堆積するＣＶＤ成膜装置とを備えたシステムによれば、イオンの動きを所定の方向に制御できる。そのため、高濃度の成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン発生器の概略構成を示す断面図。
【図２】クラスターイオンとコロナ放電イオン等の可動性を示すグラフを示す図。
【図３】図１に示すイオン発生器の部分断面図。
【図４】イオン発生器と該イオン発生器で生成したイオンを利用するイオン化ＣＶＤ成膜装置を含むシステムの概略構成図。
【図５】イオン発生器と該イオン発生器で生成したイオンを利用する気流混合装置を含むシステムの概略構成図。
【図６】イオン発生器と該イオン発生器で生成したイオンを利用する堆積装置を含むシステムの概略構成図。
【符号の説明】
１０：クラスターイオン発生器
１０Ａ：イオン発生器
１２：ハウジング（容器）
１４：外部空間
１６：隔壁（第１の電極）
１８：内部空間
２０：臨界オリフィス
２２：断熱部（断熱部材）
２４：拡大管
２６：針状電極（第２の電極）
２８：高圧電源
３６：クラスターイオン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ionizer and a system using the ionizer.
[0002]
[Prior art]
Negative ions are known to exhibit excellent functions in human health and physiological functions (for example, stress relief, fatigue recovery, blood circulation promotion) and living environment improvement (for example, antibacterial, insect repellent, dioxin suppression). ing. In the natural world, these negative ions (giant water cluster ions) are generated by diffusion into small molecules (Leonard effect) when water hits rocks or stones, like waterfalls or fountains. On the other hand, as an apparatus for artificially generating negative ions, for example, an ionization apparatus using a corona discharge method or a water droplet crushing method has been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the corona discharge method requires a large amount of water to vaporize a large amount of ions, so that a large-capacity boiler is required, and the humidity in the room becomes excessively high, resulting in a decrease in comfort. There's a problem. In addition, since the water droplet crushing method applies a large amount of water to the plate, it requires a large-capacity storage tank and generates a loud noise when the water is applied to the plate.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ionizer that can efficiently provide a large amount of cluster ions, and a small ionizer that is small in noise. Another object of the present invention is to provide a system using this ionization apparatus.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve these objects, the ionization apparatus according to the present invention includes a container 12 that forms an internal space 18 that communicates with the external space 14 through a critical orifice 20, and a first electrode that is disposed in the vicinity of the opening 20. 16, a second electrode 26 disposed in the internal space 18 so as to face the first electrode 16 with a predetermined gap, and a molecule of a predetermined substance (for example, water) in the internal space 18. A gas supply unit 30 for supplying a gas; a power source 28 for ionizing molecules by applying a predetermined voltage between the first electrode 16 and the second electrode 26 to discharge the gas; It is comprised with the heat insulation part 22 which forms the expansion pipe 24 which spreads in the reverse taper shape toward 14. FIG.
[0006]
The system of the present invention includes an ionization apparatus 10A and a CVD film forming apparatus 72 that deposits molecular ions obtained by the ionization apparatus 10A on a substrate 84. The ionization apparatus 10A is the above-described ionization apparatus. It is characterized by.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) Cluster Ion Generator FIG. 1 shows a schematic configuration of a cluster ion generator 10 which is a specific embodiment of an ionization apparatus according to the present invention. The cluster ion generator 10 has a cylindrical container or housing 12. The housing 12 is formed of an electrically insulating material, one end on the left side in the drawing is closed, and the other end on the right side in the drawing is opened to the external space 14. The other end of the housing 12 opened to the external space 14 is closed by a partition wall (first electrode) 16 made of a conductive material, thereby forming an internal space 18 inside the housing 12. The partition wall 16 includes a critical orifice (hole) 20 having a small diameter (for example, an inner diameter of 0.1 to 0.4 mm), and the internal space 18 and the external space 14 are fluidly connected through the critical orifice 20. A cylindrical heat insulating portion (heat insulating member) 22 is disposed outside the critical orifice 20, and an enlarged tube (heat insulating space) 24 that extends in a reverse taper shape from the critical orifice 20 toward the external space 14 is formed. . On the other hand, a needle-like electrode (second electrode) 26 facing the critical orifice 20 is disposed inside the critical orifice 20 at a predetermined interval from the critical orifice 20. In the present embodiment, the needle electrode 26 is disposed on the central axis of the critical orifice 20 and supported by the insulating housing 12.
[0011]
The needle electrode 26 is electrically connected to a high voltage power supply 28. On the other hand, the internal space 18 of the housing 12 is fluidly connected to a humidifier (gas supply unit) 30. The humidifier 30 includes a storage tank 32 that stores water, which is a molecule to be ionized, and an air supply device 34 that supplies air to the bottom of the storage tank 32. Usually, the air supply device 34 has a pump for supplying air, and an air supply pipe having one end connected to the discharge port of the pump and the other end arranged at the bottom of the storage tank 32. One end of the air supply pipe connecting the internal space 18 of the housing 12 and the air humidifier 30 communicates with the upper space of the storage tank 32, and the other end communicates with the internal space 18.
[0012]
According to the ion generator 10 having such a configuration, the air supplied from the air supply device 34 is discharged into the water from the bottom of the storage tank 32. The air released into the water becomes bubbles and floats in the upper space, and the upper space is filled with humidified air (humidity of about 30 to 40%). The humidified air is sent to the internal space 18 of the housing 12 at a predetermined pressure (for example, 1 to ² kg / cm ² ) by the air continuously supplied from the air supply device 34. As a result, the internal space 18 of the housing 12 is filled with humidified pressure air.
[0013]
A DC or AC voltage (for example, −6 KV) is applied to the needle electrode 26. As a result, corona discharge is generated in a region between the needle electrode 26 and the partition wall 16 facing the needle electrode 26, and corona discharge ions of water molecules are generated in the region. The water molecule ions are discharged from the critical orifice 20 to the expansion tube 24 as a high-speed jet by the pressurized air supplied from the humidifier 30 to the internal space 18. The air of the high-speed jet discharged to the expansion tube 24 adiabatically expands due to a rapid pressure drop and forms a supersaturated atmosphere. As a result, water molecules in the atmosphere aggregate into water molecule ions generated by corona discharge and grow into large water cluster ions 36.
[0014]
As shown in FIG. 2, the water cluster ions generated here have the same mobility or size as the cluster ions generated in the vicinity of the waterfall. It is much larger than the generated corona discharge ions.
[0015]
In the above description, air is used as the gas to be humidified, but this may be a mixture of air and another gas, or a gas other than air. Moreover, although water was used as the liquid for humidifying the air, this may be a mixture of water and another liquid, or a liquid other than water. Furthermore, although the needle electrode 26 is connected to the high voltage power source 28 and the partition wall 16 is grounded, conversely, the partition wall 16 may be connected to the high voltage power source and the needle electrode may be grounded. Furthermore, in the above description, the partition wall 16 is formed of a conductive member. However, a conductive member may be disposed only around or in the vicinity of the critical orifice 20, and this conductive member may be used as the first electrode.
[0016]
(2) Configuration of Housing and the like In the cluster ion generator 10 described above, a specific configuration of the housing 12 and the like is shown in FIG. The housing 12 shown in this figure includes a cylindrical body 40 and a base end member 42 that closes one end (the left end in the drawing) of the cylindrical body 40. Both the cylindrical body 40 and the base end member 42 are formed of an electrically insulating material. The other end (right end in the drawing) of the cylindrical body 40 is closed by an electrode plate (partition wall) 44 made of a conductive material, and about 0.1 to 0.4 mm in the center of the electrode plate 44. A through hole (critical orifice) 46 is formed. On the other hand, another through hole 48 is formed coaxially with the central axis of the through hole 46 at the center of the base end member 42, and is a conductive needle-like shape disposed in the interior (internal space) 50 of the housing 12. An electrode support member 52 is fitted into the other through hole 48.
[0017]
The acicular electrode support member 52 is formed with a gas passage 54 communicating with the through hole 48 and a communication hole 56 communicating the gas passage 54 and the inside 50 of the housing 12 on the left side in the drawing. The humidified gas supplied from the vessel (see FIG. 1) is supplied from the through hole 48 and the gas passage 54 to the interior 50 of the housing 12 through the communication hole 56. The tip of the needle-shaped electrode support member 52 (the end facing the electrode plate 44) holds the needle electrode 58, and a gap of about 2 to 4 mm is provided between the needle electrode 58 and the electrode plate 44. It is. On the other hand, the base end member 42 has a power connection electrode housing hole 60 formed therein, and the electrode 62 is housed in the electrode housing hole 60 in a state where the periphery thereof is sealed. The electrode support member 52 and the electrode 62 are electrically connected by an electric wire 64.
[0018]
(3) Embodiment 2
FIG. 4 shows a configuration of a system 70 including an ion generator 10A and an ionization CVD film forming apparatus 72 that uses ions obtained by the ion generator 10A. In the system 70, the ion generator 10 </ b> A described in the first embodiment can be used as the ion generator 10 </ b> A, but may be an ion generator obtained by removing the heat insulating portion 22 from the ion generator 10. The internal space of the ion generator 10A is connected to a source molecule supply unit (gas supply unit) 74 for supplying source molecules used for the CVD film forming method.
[0019]
The CVD raw material has any form of gas, liquid, and solid. For example, solid materials include metal carbonyls, metal complexes, metal β diketones, metal chlorides (eg, Ni (CO) ₄ , (CH ₃ COO) ₆ Zn ₄ O, Co [MeC (S) = CHCOMe] ₃ , TiCl ₄ ) Organic materials and organic silicon (for example, Si (OC ₂ H ₅ ) ₄ (TEOS; tetraethoxysilane)) are used as liquid materials, and SiH ₄ (silane) is used as gas materials. Not. On the other hand, the raw material molecule supply unit 74 has a configuration and a function according to the form of the CVD raw material. For example, when the CVD raw material is liquid or solid, the raw material molecule supply unit 74 evaporates the raw material with an evaporator, and conveys the evaporated raw material gas to the ion generator 10A together with the carrier gas. On the other hand, when the CVD raw material is a gas, the raw material molecule supply unit 74 mixes this raw material gas with a carrier gas to prepare a predetermined concentration, and then supplies it to the ion generator 10A.
[0020]
The critical orifice of the ion generator 10A is connected to an ionization CVD film forming apparatus 72. The ionization CVD apparatus 72 includes a pair of electrodes 76 and 78, a heater 80 installed on the back surface of one electrode 76 (the surface on the opposite side of the other electrode 78, the lower surface in the drawing), the electrodes 76, 78 has a power supply 82 for applying a predetermined voltage. Then, the substrate 84 to be formed is placed on the surface of the one electrode 76 (the surface facing the other electrode 78 and the upper surface in the drawing).
[0021]
In the system 70 having such a configuration, the ion generator 10 is supplied with the CVD gas raw material from the raw material molecule supply unit 74. This CVD gas raw material is ionized by corona discharge generated in a region (discharge field) between the needle-like electrode and the partition wall, and then is jetted between the pair of electrodes 76 and 78 as a high-speed jet. Therefore, the CVD source molecular ions generated in the discharge field between the needle electrode and the barrier rib have high kinetic energy and are efficiently ejected from the through hole of the barrier rib without being adsorbed by the needle electrode or the barrier rib. It is supplied between the electrodes 76 and 78. The source molecular ions supplied between the electrodes 76 and 78 are collected in an electric field formed between these electrodes, and then directed toward one electrode 76 to which a voltage having a polarity different from that of the source molecular ions is applied. Move and deposit on the substrate 84.
[0022]
For this reason, in conventional CVD deposition systems, the motion of intermediates and clusters that are elementary films and fine particles in the reaction vessel is dominated by Brownian motion and convection, and these motions cannot be controlled. Although the particles could not be synthesized, as described above, the movement of the source molecular ions can be controlled in the target direction, and all or most of the source molecular ions can be supplied to the film forming apparatus. Concentration film formation is possible.
[0023]
In addition, although the case where the ionization CVD film-forming apparatus 72 was connected to the downstream of the ion generator 10A was shown, it replaced with the ionization CVD film-forming apparatus 72, and connected the reaction tube which heated the wall surface to predetermined temperature with the heater. May be. In this case, high-quality nanoparticle synthesis is possible.
[0024]
(4) Embodiment 3
FIG. 5 shows a configuration of a system 90 including an ion generator 10A and an airflow mixing device 92 that uses ions obtained by the ion generator 10A. In the ion generator 10, the inside of the housing is connected to a gas supply device 94, and a predetermined high-pressure gas is supplied from the gas supply device 94 to the inside of the housing. In the airflow mixing device 92, the mixing container 96 is connected to the critical orifice of the ion generator 10 and the nanoparticle supply device 98.
[0025]
In such a configuration, in the ion generator 10A, the source gas supplied into the housing from the gas supply device 94 is ionized by corona discharge, and then discharged as a high-speed jet. The discharged molecular ions of the high-speed jet are supplied to the mixing container 96, where they are mixed with the nanoparticles supplied from the nanoparticle supply device 98, adhere to the surface, and give a charge to the nanoparticles. Therefore, the nanoparticles to which ions are attached can be classified and transferred later using an electric field.
[0026]
(5) Embodiment 4
FIG. 6 shows a configuration of a system 100 including an ion generator 10A and a nanoparticle deposition apparatus 102 that uses ions obtained by the ion generator 10A. In this system 100, the ion generator 10 </ b> A is connected to the container 104 of the deposition apparatus 102 so that ions generated by the ion generator 10 </ b> A are supplied to the container 104. In the container 104 of the deposition apparatus 102, electrodes 106 and 108 are arranged on the upper and lower parts, respectively. A DC power supply 110 is connected to the electrodes 106 and 108, and an electric field is formed between them. The lower electrode 108 supports, for example, a metal or non-metal field nanoparticle deposition substrate 112. The container 104 is also connected to a nanoparticle supply device 114 so that nanoparticles are supplied to a region below the upper electrode 106.
[0027]
In such a configuration, the molecular ions supplied from the ion generator 10A to the container 104 are supplied to the container 104, where they are mixed with the nanoparticles supplied from the nanoparticle supply device 114 and attached to the surface thereof. Give a charge. The charged nanoparticles are attracted toward the lower electrode 108 by the electric field between the electrodes, and deposited on the deposition substrate (non-deposition member) 112 supported by the electrode 108. Therefore, according to this system 100, nanoparticles can be efficiently collected and deposited or transferred to a target location.
[0028]
When ions have a negative charge, a negative electrode is connected to the upper electrode 106 and a positive electrode is connected to the lower electrode 108 as shown in the figure. When the ions have a positive charge, the electrodes 106 and 108 are connected to the opposite poles.
[0029]
In the above description, the substrate is disposed on the lower electrode 108. Alternatively, a container containing another liquid, slurry, or gel may be disposed, and nanoparticles may be deposited on the surface of the liquid, slurry, or gel. Good.
[0030]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the ionization apparatus according to the present invention can provide a large amount of cluster ions (for example, negative ions) efficiently.
[0031]
Further, according to a system including an ionization apparatus and a CVD film forming apparatus that deposits molecular ions obtained by the ionization apparatus on a substrate , the movement of ions can be controlled in a predetermined direction. Therefore, high concentration film formation is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an ion generator according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the mobility of cluster ions and corona discharge ions.
3 is a partial cross-sectional view of the ion generator shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a system including an ion generator and an ionization CVD film forming apparatus that uses ions generated by the ion generator.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a system including an ion generator and an airflow mixing device using ions generated by the ion generator.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a system including an ion generator and a deposition apparatus that uses ions generated by the ion generator.
[Explanation of symbols]
10: Cluster ion generator 10A: Ion generator 12: Housing (container)
14: External space 16: Partition wall (first electrode)
18: Internal space 20: Critical orifice 22: Heat insulation part (heat insulation member)
24: Magnifying tube 26: Needle electrode (second electrode)
28: High-voltage power supply 36: Cluster ion

Claims

A container 12 that forms an internal space 18 that communicates with the external space 14 through a critical orifice 20, a first electrode 16 that is disposed in the vicinity of the critical orifice 20, and a predetermined interval from the first electrode 16. A second electrode 26 disposed in the internal space 18 so as to oppose, a gas supply unit 30 for supplying a gas containing molecules of a predetermined substance to the internal space 18, the first electrode 16, and the first electrode A power supply 28 for ionizing the molecules by applying a predetermined voltage between the two electrodes 26 and discharging them, and a heat insulation that forms an enlarged tube 24 that extends in a reverse taper shape from the critical orifice 20 toward the external space 14. An ionizer comprising the unit 22.

The ionization apparatus according to claim 1, wherein the predetermined substance is water.

In a system including an ionization apparatus 10A and a CVD film forming apparatus 72 for depositing molecular ions obtained by the ionization apparatus 10A on a substrate 84, the ionization apparatus 10A is the ionization apparatus according to claim 1. Features system.