JP4701451B2 - Zinc sulfide nanocable coated with silicon carbide film and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、高温用、高電力用、高周波用ナノ電子デバイス、あるいは、ナノ発光デバイスへの応用が期待される、炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルとその製造方法に関する。   The present invention relates to a zinc sulfide nanocable coated with a silicon carbide film, which is expected to be applied to a high-temperature, high-power, high-frequency nanoelectronic device or nano-light-emitting device, and a method for producing the same.

近年、ナノサイズの電子デバイスが盛んに研究・開発されている。ナノサイズの径を有するナノケーブルは、例えば、個々のナノ電子デバイス間を接続する配線やナノサイズのコイル等に必要であり、また、ナノケーブルの量子細線構造に基づいた新たな機能デバイスとして、例えば、ナノ発光デバイスへの応用も期待されている。   In recent years, nano-sized electronic devices have been actively researched and developed. Nano-cables having a nano-sized diameter are necessary for, for example, wiring and nano-sized coils that connect individual nano-electronic devices, and as a new functional device based on the nano-wire quantum wire structure, For example, application to nano light-emitting devices is also expected.

炭化珪素(SiC)は、バンドギャップエネルギーが大きなIV−IV族半導体であり、電子移動度、熱伝導率が高いので、高温用、高電力用、高周波用ナノ電子デバイスへの応用が期待され、また、ナノケーブルの量子細線構造に基づいた発光材料として期待される材料である。   Silicon carbide (SiC) is a group IV-IV semiconductor with a large band gap energy, and since electron mobility and thermal conductivity are high, application to high-temperature, high-power, and high-frequency nanoelectronic devices is expected Moreover, it is a material expected as a light emitting material based on the quantum wire structure of the nanocable.

このため、従来から、炭化珪素からなるナノワイヤーやナノロッドの製造方法が種々提案されている。例えば、カーボンナノチューブと一酸化ケイ素をアルゴン中で1400℃で反応させる方法(非特許文献1参照)がある。また、テトラエトキシシランとサッカロースの複合ゲルを高温で還元する方法(非特許文献2参照)がある。また、炭素、珪素、二酸化珪素粉末混合物を水素気流中で化学的気相成長させる方法(非特許文献3参照)がある。また、珪素粉末とグラファイト粉末を水素気流中で化学的気相成長させる方法(非特許文献4参照)がある。また、四塩化珪素と四塩化炭素をオートクレーブ中でナトリウム還元する方法(非特許文献5参照)がある。また、珪素粉末と四塩化炭素をナトリウムで還元する方法(非特許文献6参照)がある。
また、中空構造を有する炭化珪素ナノチューブは、カーボンナノチューブと一酸化ケイ素を反応させる方法(非特許文献7、8参照)がある。
さらに、硫化亜鉛ナノワイヤーの表面を珪素で覆った構造物も知られている(非特許文献9参照)。
Z.W.Pan,ほか、Adv.Mater.12巻、1186頁、2000年 G.W.Meng,ほか、J.Mater.Res.13巻、2533頁、1998年 X.T.Zhou,ほか、Appl.Phys.Lett.74巻、3942頁、1999年 H.L.Lai,ほか、Appl.Phys.Lett.76巻、294頁、2000年 Q.Y.Lu,ほか、Appl.Phys.Lett.75巻、507頁、1999年 J.Q.Hu,ほか、J.Phys.Chem.B104巻,5251頁、2000年 J.M.Nhut,ほか、Catalysis Today 76巻、11頁、2002年 X.H.Sun,ほか、J.Am.Chem.Soc.124巻、14464頁、2002年 J.Q.Hu,ほか、Angew.Chem.Int.Ed.43巻、63頁、2004年
For this reason, conventionally, various methods for producing nanowires and nanorods made of silicon carbide have been proposed. For example, there is a method of reacting carbon nanotubes and silicon monoxide in argon at 1400 ° C. (see Non-Patent Document 1). In addition, there is a method (see Non-Patent Document 2) of reducing a composite gel of tetraethoxysilane and saccharose at high temperature. There is also a method of chemical vapor deposition of a carbon, silicon, silicon dioxide powder mixture in a hydrogen stream (see Non-Patent Document 3). There is also a method of chemical vapor deposition of silicon powder and graphite powder in a hydrogen stream (see Non-Patent Document 4). There is also a method of reducing sodium tetrachloride and carbon tetrachloride with sodium in an autoclave (see Non-Patent Document 5). There is also a method of reducing silicon powder and carbon tetrachloride with sodium (see Non-Patent Document 6).
In addition, silicon carbide nanotubes having a hollow structure include a method of reacting carbon nanotubes with silicon monoxide (see Non-Patent Documents 7 and 8).
Furthermore, the structure which covered the surface of the zinc sulfide nanowire with silicon is also known (refer nonpatent literature 9).
Z. W. Pan, et al., Adv. Mater. 12: 1186, 2000 G. W. Meng, et al. Mater. Res. 13, 2533, 1998 X. T.A. Zhou, et al., Appl. Phys. Lett. 74, 3942, 1999 H. L. Lai, et al., Appl. Phys. Lett. 76, 294, 2000 Q. Y. Lu, et al., Appl. Phys. Lett. 75, 507, 1999 J. et al. Q. Hu, et al. Phys. Chem. B104, 5251, 2000 J. et al. M.M. Nhut, et al., Catalysis Today, 76, 11, pp. 2002 X. H. Sun, et al. Am. Chem. Soc. 124, 14464, 2002 J. et al. Q. Hu, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 43, 63, 2004

このように、炭化珪素を用いたナノケーブルは、高温用、高電力用、高周波用ナノ電子デバイス、また、ナノ発光デバイスへの応用が好適であるため、種々の構造と、その製造方法が提案されているが、本発明者らは、これらの従来の構造とは異なる、炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブル及びその製造方法を提供することを目的とする。   Thus, nano-cables using silicon carbide are suitable for high-temperature, high-power, high-frequency nano-electronic devices, and nano-light-emitting devices, so various structures and manufacturing methods are proposed. However, the present inventors have an object to provide a zinc sulfide nanocable covered with a silicon carbide film and a method for manufacturing the same, which are different from these conventional structures.

上記目的を達成するために、以下の発明を提供するものである。
発明1の硫化亜鉛ナノケーブルは、長さ方向に一様な径の硫化亜鉛ナノワイヤーと、このナノワイヤーの表面を被覆する一様な厚さの炭化珪素膜とからなることを特徴とする。
発明2は、発明1の硫化亜鉛ナノケーブルの好ましい態様であって、前記硫化亜鉛ナノワイヤーは、径が40ナノメートルから130ナノメートルの範囲であことを特徴とする
発明3は、発明1の硫化亜鉛ナノケーブルの好ましい態様であって、前記炭化珪素膜は、厚さが15ナノメートルから50ナノメートルの範囲であることを特徴とする
In order to achieve the above object, the following invention is provided.
The zinc sulfide nanocable of the invention 1 is characterized by comprising a zinc sulfide nanowire having a uniform diameter in the length direction and a silicon carbide film having a uniform thickness covering the surface of the nanowire.
Invention 2 is a preferred embodiment of the zinc sulfide nanocables invention 1, wherein the zinc sulfide nanowire has a diameter and wherein the area by der of 130 nm to 40 nm.
Invention 3 is a preferred embodiment of the zinc sulfide nanocables invention 1, wherein the silicon carbide film is characterized in that the thickness Saga 15 nm in the range of 50 nanometers.

発明4は、発明1から3のいずれかに記載の硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法であって、硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合粉末を不活性ガス気流中で加熱して硫化亜鉛を昇華させ、この昇華した硫化亜鉛を所定の温度に保持した基板上に供給して硫化亜鉛ナノワイヤーを形成する第1の工程と、上記不活性ガスをメタンガスに切り替えて引き続き加熱して、上記メタンガスの分解によりグラファイト状のカーボンを生成させるとともに、上記一酸化ケイ素の不均化反応によりシリコンを生成させ、ここで生成したカーボンとシリコンを上記所定の温度に保持した基板上の上記硫化亜鉛ナノワイヤーの表面に供給して反応させ、上記硫化亜鉛ナノワイヤーの表面を炭化珪素膜で被覆する第2の工程とからなることを特徴とする。
Invention 4 is a method for producing a zinc sulfide nanocable according to any one of Inventions 1 to 3, wherein a mixed powder of zinc sulfide powder and silicon monoxide powder is heated in an inert gas stream to sublimate zinc sulfide. is allowed, a first step of forming the sublimed zinc sulfide nanowires by supplying zinc sulfide on a substrate held at a predetermined temperature, and the inert gas is subsequently heated by switching the methane, the methane gas together to produce a graphitic carbon by the decomposition, the silicon monoxide to form silicon by disproportionation reaction, where the resulting carbon and silicon of the zinc sulfide nanowires on a substrate maintained at the predetermined temperature is supplied to the surface is reacted, characterized in that comprising a second step of coating the surface of the zinc sulfide nanowire silicon carbide film.

発明5は、発明4の硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法の好ましい態様であって、前記第1の工程の加熱は、1100℃から1200℃の温度範囲で0.5時間から1.5時間の範囲で行うことを特徴とする
発明6は、発明4又は5に記載の硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法の好ましい態様であって、前記第2の工程の加熱は、1250℃から1500℃の温度範囲で0.5時間から1.5時間の範囲で行うことを特徴とする
発明7は、発明4から6のいずれかの硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法の好ましい態様であって、前記基板の所定の温度は、約800℃であることを特徴とする
Invention 5 is a preferred embodiment of the method for producing a zinc sulfide nanocable according to Invention 4, wherein the heating in the first step is performed in a temperature range of 1100 ° C. to 1200 ° C. for 0.5 hours to 1.5 hours. It is characterized by being performed by .
Invention 6 is a preferred embodiment of the method for producing a zinc sulfide nanocable according to Invention 4 or 5, wherein the heating in the second step is performed at a temperature range of 1250 ° C to 1500 ° C for 0.5 hour to 1. It is characterized by being performed in a range of 5 hours.
Invention 7 provides a preferred embodiment of the method of any of zinc sulfide nano cable from the invention 4 6, a predetermined temperature of the substrate is characterized by about 800 ° C. der Rukoto.

この製造方法によれば、長さ方向に一様な径の硫化亜鉛ナノワイヤーと、ナノワイヤーの表面を被覆する一様な厚さの炭化珪素膜とからなる炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルが製造できる。また、硫化亜鉛ナノワイヤーの径は、40nmから130nmの範囲に分布し、長さは、数μmから数十μmの範囲に分布する。また、炭化珪素膜の厚さは、15nmから50nmの範囲に分布する。   According to this manufacturing method, zinc sulfide coated with a silicon carbide film comprising a zinc sulfide nanowire having a uniform diameter in the length direction and a silicon carbide film having a uniform thickness covering the surface of the nanowire. Nano cables can be manufactured. Moreover, the diameter of the zinc sulfide nanowire is distributed in the range of 40 nm to 130 nm, and the length is distributed in the range of several μm to several tens of μm. The thickness of the silicon carbide film is distributed in the range of 15 nm to 50 nm.

本発明のナノケーブルは、炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルであるので、高温用、高電力用、高周波用ナノ電子デバイス、また、ナノ発光デバイスへ応用すれば好適である。   Since the nanocable of the present invention is a zinc sulfide nanocable coated with a silicon carbide film, it is suitable for application to high-temperature, high-power, high-frequency nanoelectronic devices, and nanolight-emitting devices.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
初めに、本発明の製造方法に使用する装置の例を説明する。
図1は、本発明の製造方法に使用する縦型高周波加熱炉の断面模式図である。加熱炉1は、坩堝2と、坩堝2を収容する、断熱材の炭素繊維3で外側が被覆されたグラファイト円筒4と、グラファイト円筒4を収容する、溶融石英等の非導電性の容器5と、容器5の外に配置した高周波加熱用コイル6とからなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, an example of an apparatus used for the manufacturing method of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a vertical high-frequency heating furnace used in the production method of the present invention. The heating furnace 1 includes a crucible 2, a graphite cylinder 4 containing the crucible 2 and coated on the outside with a carbon fiber 3 as a heat insulating material, and a non-conductive container 5 such as fused quartz containing the graphite cylinder 4. And a high-frequency heating coil 6 disposed outside the container 5.

次に、加熱炉1を用いた本発明の製造方法を説明する。製造方法は工程1と工程2とよりなり、工程1は以下の如くである。
硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合粉末を窒化ホウ素製の坩堝2に入れ、坩堝2をグラファイト円筒4の中央部に取り付ける。加熱炉1内を減圧にした後、不活性ガスを流しながら、坩堝2の温度を1100〜1200℃に上昇し、この温度に0.5〜1.5時間保持する。この際、断熱材の炭素繊維3の表面は約800℃に保つ。この工程によって、坩堝2中の硫化亜鉛が昇華し、断熱材の炭素繊維3の表面に硫化亜鉛からなるナノワイヤーが成長する。
Next, the manufacturing method of the present invention using the heating furnace 1 will be described. The manufacturing method includes steps 1 and 2, and step 1 is as follows.
A mixed powder of zinc sulfide powder and silicon monoxide powder is put into a crucible 2 made of boron nitride, and the crucible 2 is attached to the center of the graphite cylinder 4. After depressurizing the inside of the heating furnace 1, the temperature of the crucible 2 is raised to 1100 to 1200 ° C. while flowing an inert gas, and held at this temperature for 0.5 to 1.5 hours. Under the present circumstances, the surface of the carbon fiber 3 of a heat insulating material is maintained at about 800 degreeC. By this step, zinc sulfide in the crucible 2 is sublimated, and nanowires made of zinc sulfide grow on the surface of the carbon fiber 3 of the heat insulating material.

工程2は以下の通りである。
不活性ガスをメタンガスに切り替え、引き続き坩堝2の温度を1250〜1500℃に上昇し、この温度で0.5〜1.5時間保持する。この工程により、メタンガスの分解によりグラファイト状のカーボンを生成させるとともに、一酸化ケイ素の不均化反応によりシリコンを生成させ、ここで生成したカーボンとシリコンが、断熱材の炭素繊維3の表面に成長した硫化亜鉛ナノワイヤーの表面で反応し、硫化亜鉛ナノワイヤーの表面が炭化珪素で被覆される。加熱炉1を室温に冷却してから、断熱材の炭素繊維3の表面に形成された、炭化珪素で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを取り出す。
Step 2 is as follows.
The inert gas is switched to methane gas, and then the temperature of the crucible 2 is raised to 1250 to 1500 ° C. and held at this temperature for 0.5 to 1.5 hours. Through this process, graphite-like carbon is generated by decomposition of methane gas, and silicon is generated by disproportionation reaction of silicon monoxide, and the generated carbon and silicon grow on the surface of carbon fiber 3 as a heat insulating material. The surface of the zinc sulfide nanowire reacts, and the surface of the zinc sulfide nanowire is coated with silicon carbide. After cooling the heating furnace 1 to room temperature, the zinc sulfide nanocable covered with silicon carbide formed on the surface of the carbon fiber 3 as a heat insulating material is taken out.

上記において、硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の重量比は2.5:1〜1.5:1の範囲が好ましく、この範囲よりも硫化亜鉛粉末の重量が多いと、硫化亜鉛粉末が未反応のまま残存する。逆に、この範囲よりも硫化亜鉛粉末の重量が少ないと最終生成物が珪素のナノ構造物を多く含む。不活性ガスとしてアルゴンを使用した場合には、その流量は0.5〜1.2リットル/分の範囲が好ましく、1.2リットル/分よりも流量が多いと硫化亜鉛の蒸気が炉外へ放出されてしまう。0.5リットル/分よりも流量が少ないと硫化亜鉛ナノワイヤーの成長場所が安定しない。   In the above, the weight ratio of the zinc sulfide powder to the silicon monoxide powder is preferably in the range of 2.5: 1 to 1.5: 1. If the weight of the zinc sulfide powder is larger than this range, the zinc sulfide powder is unreacted. It remains as it is. Conversely, if the weight of the zinc sulfide powder is less than this range, the final product contains a large amount of silicon nanostructures. When argon is used as the inert gas, the flow rate is preferably in the range of 0.5 to 1.2 liters / minute, and if the flow rate is higher than 1.2 liters / minute, the zinc sulfide vapor is moved out of the furnace. It will be released. If the flow rate is less than 0.5 liter / minute, the growth location of the zinc sulfide nanowire is not stable.

工程1での加熱温度は1100〜1200℃の範囲が好ましく、1200℃を超えると硫化亜鉛の蒸発が非常に早く、グラファイト円筒外へ逸散してしまうため収量が低下する。1100℃よりも低いと硫化亜鉛の蒸発が非常に遅く、硫化亜鉛粉末が残存して反応が進まなくなる。1100〜1200℃に加熱するときの加熱時間は0.5〜1.5時間の範囲が好ましく、1.5時間で十分に反応が進行するので、これ以上の時間をかける必要はない。0.5時間よりも短いと硫化亜鉛粉末が残存する。   The heating temperature in step 1 is preferably in the range of 1100 to 1200 ° C., and if it exceeds 1200 ° C., zinc sulfide evaporates very quickly and dissipates out of the graphite cylinder, resulting in a decrease in yield. When the temperature is lower than 1100 ° C., the evaporation of zinc sulfide is very slow and the zinc sulfide powder remains and the reaction does not proceed. The heating time when heating to 1100 to 1200 ° C. is preferably in the range of 0.5 to 1.5 hours, and since the reaction proceeds sufficiently in 1.5 hours, it is not necessary to spend more time. If it is shorter than 0.5 hour, zinc sulfide powder remains.

工程2の加熱温度は1250〜1500℃の範囲が好ましく、1500℃で反応が十分に進行するので、これ以上の温度にする必要はない。1250℃よりも低いと、一酸化ケイ素の分解が著しく遅くなる。工程2の加熱時間は、0.5〜1.5時間の範囲が好ましく、1.5時間以上の時間をかけると生成した炭化珪素が部分的に酸化されてしまう。0.5時間未満の場合は収量が低下する。メタンガスの流量は30〜100ミリリットル/分の範囲が好ましく、100ミリリットル/分よりも多いと生成物中に非晶質の炭素が混入するようになる。30ミリリットル/分よりも流量が少ないと最終生成物の収量が低下する。   The heating temperature in step 2 is preferably in the range of 1250 to 1500 ° C., and the reaction proceeds sufficiently at 1500 ° C., so it is not necessary to set the temperature higher than this. Below 1250 ° C, the decomposition of silicon monoxide is significantly slowed down. The heating time in step 2 is preferably in the range of 0.5 to 1.5 hours, and the generated silicon carbide is partially oxidized when a time of 1.5 hours or longer is applied. If it is less than 0.5 hour, the yield decreases. The flow rate of methane gas is preferably in the range of 30 to 100 ml / min. If it exceeds 100 ml / min, amorphous carbon is mixed in the product. If the flow rate is less than 30 ml / min, the yield of the final product is reduced.

工程1、2により、約800℃に保持される断熱材の炭素繊維の表面に、炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルが得られる。また、個々のナノケーブルの硫化亜鉛ナノワイヤーの径、及び被覆する炭化珪素膜の厚さは長さ方向に一様であるが、ナノケーブル間では、硫化亜鉛ナノワイヤーの径が40〜130nmの範囲で分布し、炭化珪素被膜の厚さが15〜50nmの範囲で分布する。長さは数〜数十μmの範囲で分布する。   By steps 1 and 2, a zinc sulfide nanocable covered with a silicon carbide film is obtained on the surface of the carbon fiber of the heat insulating material maintained at about 800 ° C. Moreover, the diameter of the zinc sulfide nanowire of each nanocable and the thickness of the silicon carbide film to be coated are uniform in the length direction. The silicon carbide film is distributed in a range of 15 to 50 nm. The length is distributed in the range of several to several tens of μm.

次に、実施例に基づき、上記製造方法で作製した本発明の炭化珪素膜で被覆された硫化
亜鉛ナノケーブルを説明する。
シグマ・アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末(純度99.99%)2gと同じくシグマ・アルドリッチ社製の一酸化ケイ素粉末(325メッシュ)1gの混合粉末を窒化ホウ素製の坩堝に入れた。この坩堝を、断熱材の炭素繊維で被覆されたグラファイト円筒の中央部に取り付け、このグラファイト円筒を縦型高周波誘導加熱炉の中央部に取り付けた。加熱炉内を約27Paに減圧した後、アルゴンガスを1.0リットル/分の流量で流しながら、1150℃で1時間加熱した。この後、引き続き、メタンガスを50ミリリットル/分の流量で流しながら、1400℃で1時間加熱した。約800℃に保たれた断熱材の炭素繊維の表面に黒色の粉末が数mg堆積した。
Next, the zinc sulfide nanocable covered with the silicon carbide film of the present invention produced by the above production method will be described based on the examples.
A mixed powder of 1 g of silicon monoxide powder (325 mesh) made by Sigma-Aldrich, as well as 2 g of zinc sulfide powder made by Sigma-Aldrich (purity 99.99%) was put in a crucible made of boron nitride. This crucible was attached to the center of a graphite cylinder covered with a carbon fiber as a heat insulating material, and this graphite cylinder was attached to the center of a vertical high frequency induction heating furnace. The pressure inside the heating furnace was reduced to about 27 Pa, and then heated at 1150 ° C. for 1 hour while flowing argon gas at a flow rate of 1.0 liter / min. Then, it heated at 1400 degreeC for 1 hour, making methane gas flow with the flow volume of 50 ml / min continuously. Several mg of black powder was deposited on the surface of the carbon fiber of the heat insulating material maintained at about 800 ° C.

図2は、堆積した黒色粉末の透過電子顕微鏡像を示す図である。図から、約100nmの一様な径のナノケーブルであることがわかる。また、ナノケーブルは、ナノケーブル中心部分の暗い芯と、その周辺の明るい鞘とからなることがわかる。また、ナノケーブルの長さは数〜数十μmである。   FIG. 2 is a diagram showing a transmission electron microscope image of the deposited black powder. The figure shows that the nanocable has a uniform diameter of about 100 nm. It can also be seen that the nanocable consists of a dark core at the center of the nanocable and a bright sheath around it. The length of the nano cable is several to several tens of μm.

図3及び図4は、ナノケーブルの高倍率透過電子顕微鏡像を示す図である。
図3から、このナノケーブルは、約130nmの一様な径の暗い芯が、約15nmの一様な厚さの明るい鞘で被覆された構造であることがわかる。
図4から、このナノケーブルは、約40nmの一様な径の暗い芯が、約40nmの一様な厚さの明るい鞘で被覆された構造であることがわかる。
3 and 4 are diagrams showing high-magnification transmission electron microscope images of nanocables.
It can be seen from FIG. 3 that this nanocable has a structure in which a dark core with a uniform diameter of about 130 nm is covered with a bright sheath with a uniform thickness of about 15 nm.
It can be seen from FIG. 4 that this nanocable has a structure in which a dark core with a uniform diameter of about 40 nm is covered with a bright sheath with a uniform thickness of about 40 nm.

図5は、エネルギー分散型X線分析装置による、ナノケーブルの元素分析結果を示す図であり、横軸はX線エネルギー、縦軸はX線強度である。
図から、ナノケーブルは、亜鉛、硫黄、珪素、炭素から構成されていることがわかる。なお、銅のシグナルは試料を取り付ける際に用いた銅グリッドに由来するものである。
FIG. 5 is a diagram showing the results of elemental analysis of nanocables using an energy dispersive X-ray analyzer, where the horizontal axis represents X-ray energy and the vertical axis represents X-ray intensity.
From the figure, it can be seen that the nanocable is composed of zinc, sulfur, silicon, and carbon. The copper signal is derived from the copper grid used when attaching the sample.

次に、ナノケーブルを塩酸で処理することによって、ナノチューブを形成した。
図6は、ナノチューブの透過電子顕微鏡像を示す図である。図から、塩酸で処理することによって、内部の暗い芯が溶解してなくなり、外部の明るい鞘からなるナノチューブが形成されたことがわかる。
Next, nanotubes were formed by treating the nanocable with hydrochloric acid.
FIG. 6 is a view showing a transmission electron microscope image of the nanotube. From the figure, it can be seen that by treating with hydrochloric acid, the inner dark core is not dissolved, and a nanotube composed of an outer bright sheath is formed.

この塩酸処理によって形成されたナノチューブをエネルギー分散型X線分析装置により元素分析した。
図7は、エネルギー分散型X線分析装置による、ナノチューブの元素分析結果を示す図であり、横軸はX線エネルギー、縦軸はX線強度である。図から、明るい鞘は、炭化珪素であることがわかる。
The nanotubes formed by this hydrochloric acid treatment were subjected to elemental analysis using an energy dispersive X-ray analyzer.
FIG. 7 is a diagram showing the results of elemental analysis of nanotubes using an energy dispersive X-ray analyzer, in which the horizontal axis represents X-ray energy and the vertical axis represents X-ray intensity. From the figure, it can be seen that the bright sheath is silicon carbide.

図5及び図7の結果を総合すると、ナノケーブルの暗い芯部分は硫化亜鉛であり、明るい鞘部分は炭化珪素であることがわかる。すなわち、本発明の製造方法で作製した黒い粉末は、炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルであることがわかる。   5 and FIG. 7 collectively, it can be seen that the dark core portion of the nanocable is zinc sulfide and the bright sheath portion is silicon carbide. That is, it can be seen that the black powder produced by the production method of the present invention is a zinc sulfide nanocable covered with a silicon carbide film.

本発明によれば、炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルであるので、高温用、高電力用、高周波用ナノ電子デバイスやナノ発光デバイスへ応用すれば好適である。   According to the present invention, since it is a zinc sulfide nanocable coated with a silicon carbide film, it is suitable for application to high-temperature, high-power, high-frequency nanoelectronic devices and nanolight-emitting devices.

本発明の製造方法に使用する縦型高周波加熱炉の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the vertical type high-frequency heating furnace used for the manufacturing method of this invention. 本発明の炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの透過電子顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the transmission electron microscope image of the zinc sulfide nano cable coat | covered with the silicon carbide film | membrane of this invention. 本発明の炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの高倍率透過電子顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the high magnification transmission electron microscope image of the zinc sulfide nano cable coat | covered with the silicon carbide film | membrane of this invention. 本発明の炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの高倍率透過電子顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the high magnification transmission electron microscope image of the zinc sulfide nano cable coat | covered with the silicon carbide film | membrane of this invention. エネルギー分散型X線分析装置による、本発明の炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの元素分析結果を示す図である。It is a figure which shows the elemental analysis result of the zinc sulfide nanocable coat | covered with the silicon carbide film of this invention by the energy dispersive X-ray analyzer. 本発明の炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを塩酸処理して形成した炭化珪素ナノチューブの透過電子顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the transmission electron microscope image of the silicon carbide nanotube formed by hydrochloric acid processing the zinc sulfide nano cable coat | covered with the silicon carbide film of this invention. エネルギー分散型X線分析装置による、本発明の炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを塩酸処理して形成した炭化珪素ナノチューブの元素分析結果を示す図である。It is a figure which shows the elemental-analysis result of the silicon carbide nanotube formed by the hydrochloric acid process of the zinc sulfide nano cable coat | covered with the silicon carbide film of this invention by the energy dispersive X-ray analyzer.

符号の説明Explanation of symbols

1 加熱炉
2 坩堝
3 断熱材の炭素繊維
4 グラファイト円筒
5 容器
6 高周波加熱用コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating furnace 2 Crucible 3 Carbon fiber of a heat insulating material 4 Graphite cylinder 5 Container 6 High frequency heating coil

Claims (4)

長さ方向に一様な40ナノメートルから130ナノメートルの径の硫化亜鉛ナノワイヤーと、このナノワイヤーの表面を被覆する15ナノメートルから50ナノメートルの一様な厚さの炭化珪素膜とからなることを特徴とする炭化珪素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブル。 A zinc sulfide nanowire having a uniform diameter of 40 to 130 nm and a silicon carbide film having a uniform thickness of 15 to 50 nm covering the surface of the nanowire. A zinc sulfide nanocable coated with a silicon carbide film characterized by comprising: 化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合粉末を不活性ガス気流中で加熱して硫化亜鉛を昇華させ、この昇華した硫化亜鉛を所定の温度に保持した基板上に供給して硫化亜鉛ナノワイヤーを形成する第1の工程と、上記不活性ガスをメタンガスに切り替えて引き続き加熱して、上記メタンガスの分解によりグラファイト状のカーボンを生成させるとともに、上記一酸化ケイ素の不均化反応によりシリコンを生成させ、ここで生成したカーボンとシリコンを上記所定の温度に保持した基板上の上記硫化亜鉛ナノワイヤーの表面に供給して反応させ、上記硫化亜鉛ナノワイヤーの表面を炭化珪素膜で被覆する第2の工程とからなることを特徴とする硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法。 The mixed powder of vulcanization zinc powder and silicon monoxide powder by heating in an inert gas stream is sublimed zinc sulfide, zinc sulfide nanowires by supplying the sublimated zinc sulfide on a substrate held at a predetermined temperature The first gas forming step, and the inert gas is switched to methane gas and subsequently heated to generate graphite-like carbon by decomposition of the methane gas and to generate silicon by the disproportionation reaction of the silicon monoxide. The carbon and silicon produced here are supplied to and reacted with the surface of the zinc sulfide nanowire on the substrate maintained at the predetermined temperature, and the surface of the zinc sulfide nanowire is coated with a silicon carbide film. A process for producing a zinc sulfide nanocable characterized by comprising the steps of: 前記第1の工程の加熱は、1100℃から1200℃の温度範囲で0.5時間から1.5時間の範囲で行うことを特徴とする、請求項2に記載の硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法。   3. The method for producing a zinc sulfide nanocable according to claim 2, wherein the heating in the first step is performed in a temperature range of 1100 ° C. to 1200 ° C. for 0.5 hours to 1.5 hours. . 前記第2の工程の加熱は、1250℃から1500℃の温度範囲で0.5時間から1.5時間の範囲で行うことを特徴とする、請求項2又は3に記載の硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法。
4. The zinc sulfide nanocable according to claim 2, wherein the heating in the second step is performed in a temperature range of 1250 ° C. to 1500 ° C. for 0.5 hours to 1.5 hours. Production method.
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