JP5252675B2 - 立方晶窒化ホウ素の形成方法およびそのための装置 - Google Patents
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Description
2はチャンバー、3はキャリアガスとホウ素含有原料粉体の混合物を供給するノズル、4はキャリアガスとホウ素含有原料粉体の混合物を導入する導入口、5a,5bは不活性ガスと窒素含有ガスからなるプラズマガスを供給する導入口(図では一対)、6は高周波電源(RF電源)、7は高周波コイル(RFコイル)、8は合成物質捕集用基板、9は発火装置、10はコントロールパネル、11は基板を支持して昇降するための支持台、12はプラズマトーチ内の空間、13はバイアス直流電源(DC電源)、14はプラズマを夫々示す。
図2に示した熱プラズマ発生装置を使用し(但し、ノズル3の外径:9.0mm、内径:2.0mm、RFコイル7の長さ:44mm、外径:10mm)、B含有原料粉体として平均粒径:10μmのhBN粉末を用い、Arをキャリアガスとして用いて、このキャリアガス1L(リットル)に対して前記hBN粉末が0.04g(0.00176cm3)の割合となるように混合し、ノズル3からプラズマトーチ1内に供給した。このとき、ArとN2ガスとを混合したシースガス(Ar:N2ガスの流量比=30:1)を、シースガス31L(リットル)/分に対して、キャリアガス0.5L/分の割合となるようにプラズマトーチ1内(前記空間12内)に供給した。
B含有原料粉体として下記表2に示すものを用いる以外は、実施例1と同様の装置構成および条件(但し、ノズル3の先端位置は、RFコイル中心より10mm下)で合成を行ない、捕集された合成物質について実施例1と同様にしてcBN/hBN比を算出した。
プラズマ装置内の温度(ガス温度Tgおよび電子温度Te)を、チャンバー2内の圧力を変えることによって変化させる以外は、実施例2と同様に装置構成および条件(但し、B含有原料粉体は、平均粒径10μmのhBN)で合成を行なった。このとき、プラズマのガス温度Tgは分光計測によって求め、電子温度Teはラングミュアプローブによって測定した。捕集された合成物質について実施例1と同様にしてcBN/hBN比を算出した。
B含有原料粉体の供給量、シースガス中のN2流量、およびキャリアガスとシースガスの流量比較を制御する以外は、実施例1と同様の装置構成および条件(但し、ノズル3の先端位置は、RFコイル中心より10mm下)で合成を行ない、捕集された合成物質について実施例1と同様にしてcBN/hBN比を算出した。
基板の捕集位置(基板/ノズル間距離)、基板温度およびバイアス電圧の印加量を制御する以外は、実施例1と同様の装置構成および条件(但し、粉体供給ノズルの位置は、RFコイル7中心より10mm下)で合成を行ない、捕集された合成物質について実施例1と同様にしてcBN/hBN比を算出した。
プラズマトーチとして、DCプラズマトーチを用いる以外は、実施例1と同様の装置構成および条件(但し、RFコイルは使用せず)で合成を行なった。
2 チャンバー
3 ノズル
4,5a,5b 導入口
6 高周波電源(RF電源)
7 高周波コイル(RFコイル)
8 合成物質捕集用基板
9 発火装置
10 コントロールパネル
11 支持台
12 空間
13 バイアス直流電源(DC電源)
14 プラズマ
Claims (5)
- 高周波プラズマトーチまたは直流プラズマトーチと、その下部に備えられたチャンバーとから構成され、大気圧下において熱プラズマを発生する装置であって、前記プラズマトーチの中央部には、キャリアガスとホウ素含有原料粉体の混合物を供給するノズルを有すると共に、不活性ガスと窒素含有ガスからなるプラズマガスを前記プラズマトーチの上部に供給する機構を有し、且つ前記ノズルの下部には合成物質捕集用基板が配置されており、前記基板には、高周波、直流またはパルスのいずれかで−20〜−500Vのバイアス電圧が、前記ノズルまたはアースの電位に対して印加可能なように構成されており、前記プラズマトーチ内とチャンバー内に連通して形成される熱プラズマ中で、ホウ素含有原料粉体と窒素含有ガスを反応させることによって、立方晶窒化ホウ素含有物を前記基板上に形成するように構成されたものであることを特徴とする立方晶窒化ホウ素の形成装置。
- 高周波プラズマトーチを有する立方晶窒化ホウ素の形成装置にあっては、該高周波プラズマトーチは、高周波プラズマを発生するための高周波プラズマ発生用コイルが配置されると共に、前記ノズルの最下端部が、前記高周波プラズマ発生用コイルの上下方向中心から下方に配置されるように構成されたものである請求項1に記載の立方晶窒化ホウ素の形成装置。
- 請求項1または2に記載の装置を用いて立方晶窒化ホウ素含有物を形成するに当り、B,hBN,B4CおよびLaB6よりなる群から選ばれる1種以上で、平均粒径が1〜50μmのホウ素含有原料粉体を用いると共に、該原料粉体をAr,He,NeおよびXeよりなる群から選ばれる1種以上からなるキャリアガスと共にプラズマトーチの中央部に供給し、電子温度Teとガス温度Tgの比(Tg/Te)を0.9〜1.0の範囲内として、プラズマ温度が5000〜12000Kの熱プラズマ中で前記ホウ素含有原料粉体を蒸発させ、N2またはNH3の少なくともいずれかの窒素含有ガスと前記原料粉体とをプラズマ中で反応させ、前記基板に、−20〜−500Vのバイアス電圧を、ノズルまたはアースの電位に対して印加することによって、立方晶窒化ホウ素含有物を形成することを特徴とする立方晶窒化ホウ素の形成方法。
- 前記混合物中のキャリアガスとホウ素含有原料粉体の混合割合が、体積比でキャリアガス:1000に対して、原料粉体0.005〜0.05であり、キャリアガスと窒素含有ガスの流量比(キャリアガスの流量:窒素含有ガスの流量)が30:0.1〜30:5であり、且つキャリアガスとプラズマガスの流量比(キャリアガスの流量:プラズマガスの流量)が0.1:30〜5:30である請求項3に記載の立方晶窒化ホウ素の形成方法。
- 基板温度を1000℃以下として基板上に立方晶窒化ホウ素含有物を捕集する請求項3または4に記載の立方晶窒化ホウ素の形成方法。
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