JP5773438B2 - ナノ粒子を製造するための低圧高周波パルス・プラズマ反応器システム - Google Patents
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Description
ここで、pは反射係数であり、
ここで、ZP及びZCはそれぞれプラズマ及びコイルのインピーダンスを表す。30MHz未満の周波数では、電力の2〜15%しか放電に送り出されない。これは、rf回路で高い反射電力を生成するという影響があり、それにより電源の加熱の増大及び寿命の制限がもたらされる。対照的に、より高い周波数では、より多くの電力を放電に送り出すことが可能になり、それによってrf回路での反射電力の量が減少し、電源の加熱が低減し、電源の寿命を向上させることができる。
ここで、VBはガスの絶縁破壊電圧であり、pは圧力であり、dは電極間の距離であり、B及びCはガス依存の定数である。図4はArのパッシェンの曲線を示す(対数−対数目盛)。縦軸は絶縁破壊電圧(ボルト単位)を示し、横軸は(Torr−cm)単位の前駆体ガス圧力を示す。挿入図は最小値の近くの領域を線形軸で拡大したものである。振動周波数は十分に高いので、絶縁破壊のdcモデルをこのシステムで使用することができる。より低い周波数の3.5MHz以下のac/rf放電では、絶縁破壊電圧は、全体的破壊電圧よりも高い圧力に第2の(局所的)最小値を有する。非特許文献17を参照されたい。
のプロットである。式4において、Nは分子の数であり、mは分子量であり、kはボルツマン定数であり、Tはガス温度である。速度分布は、報告されている様々な圧力についてグロー放電中の分子の解離に起因する圧力上昇から計算された。ナノ粒子の合成におけるこの関数の重要性は、グロー放電の活性化領域内に速度分布があるので、得られる粒子が粒子サイズ分布を有することである。プラズマを通る滞留時間に対してプラズマ滞留時間(すなわち前駆体分子のより高いイオン化の期間)を制御すると、粒子サイズのマクスウェル分布を最小にすることができる。
Claims (16)
- 少なくとも1つの前駆体ガスの速度を制御するための流量コントローラと、
少なくとも1つの基板を受け取るように構成され、選択した圧力に排気することができるチャンバと、
前記少なくとも1つの前駆体ガスからプラズマを生成するための、且つ前記少なくとも1つの基板から離れて、且つ上流に配置されるプラズマ源と、
パルス無線周波数電力源と前記プラズマとの間の結合効率に基づいて選択した無線周波数で前記プラズマにパルス無線周波数電力を供給するための超高周波無線周波数電力源とを備え、
前記無線周波数電力の少なくとも1つのパラメータが、前記パルス無線周波数電力を前記プラズマに供給することによって形成されるナノ粒子の少なくとも1つの特性に基づいて選択可能であり、
前記結合されたプラズマ放電へのVHF無線周波数電力源が3W/cm2から800W/cm2までの電力密度を有する、
低圧高周波パルス・プラズマ反応器システム。 - 前記流量コントローラが、ガス流量コントローラ、質量流量コントローラ、電気制御質量流量コントローラ、又は精密ロタメータのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの前駆体ガスが流されている間大気圧未満である真空レベルまで排気することができる誘電体管を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記真空レベルが1×10−7〜500Torrの間にある、請求項3に記載のシステム。
- 前記真空レベルが100〜300Torrの間にある、請求項4に記載のシステム。
- 前記真空レベルが1×10−7〜1×10−3Torrの間にある、請求項4に記載のシステム。
- 前記プラズマ源が二重リング電極を含み、上流リングがVHF無線周波数にバイアスされ、下流リングが接地されるか、又は180°位相外れのプッシュプルで動作する前記リング電極により作動されるVHF無線周波数にバイアスされる、請求項1に記載のシステム。
- 前記プラズマ源が、
前記VHF無線周波数電力源に結合される電極を囲む誘電体管であり、前記電極が、前記管の内部で、鋭い先端と、接地したリングとの間に可変距離を有する前記先端を備え、前記VHF無線周波数電力源が30〜300MHzの周波数範囲で作動し、前記VHF無線周波数にバイアスされた先端電極と、接地したリングとの間の距離が、前記前駆体ガスのパッシェンの曲線によって決定される前記少なくとも1つの前駆体ガスの最小絶縁破壊電圧に基づいて選択される、誘電体管、
VHF無線周波数電力源に結合される電極を囲む誘電体管であり、前記電極が、前記先端と180°位相外れのプッシュプルで作動されるVHF無線周波数電力供給リングとの間に可変距離を有する前記鋭い先端を備える、誘電体管、
前記VHF無線周波数電力源に結合された少なくとも2つの平行プレートであり、そのため、前記VHF無線周波数電力源により前記少なくとも2つの平行プレート間に形成された電界によって、無線周波数電力が前記少なくとも1つの前駆体ガスに送り出される、少なくとも2つの平行プレート、
前記VHF無線周波数電力源に結合された少なくとも1つの誘導コイルであり、そのため、前記誘導コイルにより形成された電界によって、前記無線周波数電力が前記少なくとも1つの前駆体ガスに送り出される、少なくとも1つの誘導コイル、又は、
貫流シャワーヘッド設計態様であり、VHF無線周波数でバイアスされる上流多孔性電極プレートが下流多孔性電極プレートから分離され、前記プレートの細孔が互いに位置合せされ、前記下流多孔性電極プレートが接地されるか、又は前記上流多孔性プレートに対して180°位相外れのプッシュプル法で作動されるVHF無線周波数によってバイアスされる、貫流シャワーヘッド設計態様
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記上流多孔性電極プレートと前記下流多孔性電極プレートとを分離する距離が可変であり、前記少なくとも1つの前駆体ガス又は誘電体媒体で満たされる、請求項8に記載のシステム。
- 前記VHF無線周波数電力源が可変無線周波数で無線周波数電力を供給するように構成され、前記プラズマを生成するのに使用される前記無線周波数が、複数の無線周波数での前記VHF無線周波数電力源と前記プラズマとの間の複数の結合効率の測定に基づいて選択され、前記少なくとも1つの前駆体ガス中のプラズマ滞留時間、粒子核形成滞留時間、平均粒子サイズ、粒子サイズ分布、及び凝集速度のうちの少なくとも1つに基づいて選択される、請求項1に記載のシステム。
- 前記VHF無線周波数電力源が、前記少なくとも1つの前駆体ガスへの電力結合効率と誘電体管圧力とを最大にするようにインサイチュで周波数調整される、請求項10に記載のシステム。
- 前記VHF無線周波数電力源が、
前記1つ又は複数の前駆体ガスによって生成された前記プラズマへの連続的無線周波数電力、
前記無線周波数電力の振幅を変調することによるパルス無線周波数電力、
前記無線周波数電力の周波数を変調することによるパルス無線周波数電力、又は
交互のオン及びオフ状態のパルス無線周波数電力
のうちの少なくとも1つを供給するように構成される、請求項11に記載のシステム。 - 前記チャンバが、基板を保持するのに使用されるチャックを含み、前記チャックが、
可変速度回転、
前記VHF無線周波数電力源に対する可変位置、
−15℃から300℃の範囲に制御される温度、
直流バイアス、
無線周波数バイアス、又は
ロードロック可能な機能
のうちの少なくとも1つを提供するように構成される、請求項1に記載のシステム。 - 前記チャンバが、
上流VHF無線周波数プラズマ中で合成されたナノ粒子のインサイチュ・ガス相機能化のための2次的な13.56MHzプラズマ・システム、又は
上流VHF無線周波数プラズマ中で合成されたナノ粒子のインサイチュ・ガス相機能化のための熱化学気相堆積源
の少なくとも一方を含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記基板が、
ロール・ツー・ロール材料、
真空適合固体、又は
真空適合液体
のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載のシステム。 - 上流VHF無線周波数放電で合成された前記ナノ粒子が、前記低圧チャンバから排気され、エアロゾルで大気圧に導かれる、請求項1に記載のシステム。
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