JP5223240B2 - 水素透過膜およびその製造方法 - Google Patents
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Description
水素透過層は、PdまたはPd合金からなる。Pd合金としては、Pd−Ag合金、Pd−Cu合金、Pd−Y合金、Pd−希土類金属合金などがあげられる。
本発明では、水素透過層の外周に外周部を形成する点に特徴がある。かかる外周部を形成することにより、製造に際して、極薄膜からなる水素透過層を破損させたり、あるいは、屈曲させることなく、水素透過膜を基板から剥離させることが可能となる。
水素透過層および外周部の形成には、真空蒸着法、イオンプレーティング法、またはスパッタリング法などの真空成膜法、ないしは、湿式めっき法を用いることができる。
Pdターゲットを取り付けたスパッタリング装置(ULVAC社製、SBH2306RDE)の水冷基板ホルダーに、50mm×75mm×1.2mmのソーダ灰ガラス板を基板として取り付けた。この基板の上に、内径が30mmである円形に開口したSUS430製の第1のマスクを取り付け、スパッタリング装置内を真空排気し、真空度が5×10-4Paに達したところでArガスを導入して、圧力1Paにおいて、PdターゲットにDC1.0Aのスパッタ電流を投入することにより、基板の上で、第1のマスクの開口部の中に、膜厚0.5μmの水素透過層を形成した。
Pd−23mol%Ag合金ターゲットを取り付けたスパッタリング装置(ULVAC社製、SBH2306RDE)の水冷基板ホルダーに、50mm×75mm×0.8mmのクラウンガラス板を基板として取り付けた。この基板の上に、内径が30mmである円形に開口したSUS430製の第1のマスクを取り付けた後、開口部と同心円状に、外径が20mmである円形のSUS430製の第2のマスクを取り付けて、スパッタリング装置内を真空排気し、真空度が5×10-4Paに達したところでArガスを導入して、圧力1Paにおいて、Pd−23mol%Ag合金ターゲットにDC1.0Aのスパッタ電流を投入することにより、外径が30mmで、内径が20mmの環状である膜厚9μmの外周部を形成した。
Si3N4を膜厚100nmで被覆した直径76.2mm(3インチ)のSiウェハーを基板に用いたこと以外は、実施例2と同様にして、基板の上に水素透過膜を製造し、真空グローブボックス内に入れて、真空排気した後、水素ガスを0.10kPa、導入した結果、破れや屈曲なく剥離することができた。得られた水素透過膜は、断面が図3に示され、内径20mmで、膜厚0.8μmである水素透過部分を有し、その外側に、外径30mmで、膜厚9.8μmである外周部が縁取り、水素透過層および外周部は、Pd−23mol%Ag合金からなる。
PdターゲットとCuターゲットを取り付けたスパッタリング装置(ULVAC社製、SBH2306RDE)の水冷基板ホルダーに、熱酸化SiO2で被覆された直径76.2mm(3インチ)のSiウェハーを基板として取り付けた。この基板の上に、内径が30mmである円形に開口したSUS430製の第1のマスクを取り付け、スパッタリング装置内を真空排気し、真空度が5×10-4Paに達したところでArガスを導入して、圧力1Paにおいて、PdターゲットにDC0.4Aのスパッタ電流と、CuターゲットにDC0.6Aのスパッタ電流とを、同時に投入して、第1のマスクの開口部の中に、膜厚0.4μmの水素透過層を形成した。
Pd-8mol%Y合金ターゲットを用い、水素透過層の膜厚を1μmとしたこと以外は、実施例2と同様にして、水素透過膜を製造した。
PdターゲットとPd−23mol%Ag合金ターゲットを取り付けたスパッタリング装置(ULVAC社製、SBH2306RDE)の水冷基板ホルダーに、50mm×75mm×0.8mmのクラウンガラス板を基板として取り付けた。この基板の上に、内径が30mmである円形に開口したSUS430製の第1のマスクを取り付け、スパッタリング装置内を真空排気し、真空度が5×10-4Paに達したところでArガスを導入して、圧力1Paにおいて、PdターゲットにDC1.0Aのスパッタ電流を投入することにより、第1のマスク開口部の中に、膜厚0.3μmの水素透過層を形成した。
直径76.2mm(3インチ)のSiウェハーを、基板に用いたこと以外は、実施例1と同様にしてスパッタリングを実施した後、水素透過層と外周部は、基板に強固に密着して、剥離することができなかった。
外周部の膜厚を2.5μmとしたこと以外は、実施例1と同様にしてスパッタリングを実施した後、基板から引き剥がそうとしたところ、水素透過膜が屈曲し、破れてしまった。
水素透過層の膜厚を0.05μmとしたこと以外は、実施例1と同様にしてスパッタリングを実施した後、基板から引き剥がそうとしたところ、水素透過膜が破れてしまった。
水素透過層の膜厚を2μmとしたこと以外は、実施例1と同様にしてスパッタリングを実施した後、屈曲や破損することなく、水素透過膜を剥離することができた。
3、4、9、10 外周部
5 基板
7 水素透過膜
Claims (6)
- ガラス板、セラミックス板、酸化物または窒化物からなる膜厚0.01〜1μmのバリア層を被覆したガラス板、酸化物または窒化物からなる膜厚0.01〜1μmのバリア層を被覆したセラミックス板、酸化物または窒化物からなる膜厚0.01〜1μmのバリア層を被覆したシリコンウエハー、および、酸化物または窒化物からなる膜厚0.01〜1μmのバリア層を被覆した金属板からなる群より選ばれる1種である基板に、
PdまたはPd合金からなる膜厚0.1〜1μmの薄膜を真空成膜法により形成し、得られた薄膜のうち、水素透過層とする部分にマスキングを施し、該マスキングの外側に、PdまたはPd合金からなる膜厚3μm以上の薄膜を真空成膜法により積層形成し、前記マスキングを除去して、外周部とその内側に設けられた水素透過層からなる水素透過膜を得て、あるいは、
マスキングを施し、該マスキングの外側に、PdまたはPd合金からなる膜厚3μm以上の薄膜を真空成膜法により形成し、該マスキングを除去し、該外周部とその内側に、PdまたはPd合金からなる膜厚0.1〜1μmの薄膜を真空成膜法により積層形成し、外周部とその内側に設けられた水素透過層からなる水素透過膜を得て、
前記基板上から、得られた外周部および水素透過層を一体のまま剥離する、
ことを特徴とする水素透過膜の製造方法。 - 前記バリア層を、Al、Cr、Si、およびTiのうちの少なくとも一種の酸化物または窒化物により形成することを特徴とする請求項1に記載の水素透過膜の製造方法。
- 前記真空成膜法がスパッタリング法である、請求項1または2に記載の水素透過膜の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法により得られ、PdまたはPd合金からなる膜厚0.1〜1μmの水素透過層と、該水素透過層の外周に設けられ、PdまたはPd合金からなる膜厚3μm以上の外周部とからなることを特徴とする水素透過膜。
- 前記Pd合金が、Pd−Ag合金、Pd−Cu合金、Pd−Y合金、およびPd−希土類金属合金からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の水素透過膜。
- 前記水素透過層と前記外周部の材質が同一である、請求項4または5に記載の水素透過膜。
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