JPH02164443A

JPH02164443A - プラズマ気相反応装置

Info

Publication number: JPH02164443A
Application number: JP31942988A
Authority: JP
Inventors: Isao Nakatani; 功中谷; Takao Furubayashi; 孝夫古林
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Research Institute for Metals
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-06-25
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH089726B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、プラズマ気相反応装置に関するものである
。さらに詳しくは、この発明は、金属または合金、金属
酸化物、金属窒化物等の微粒子や、これら微粒子の磁性
流体もしくはコロイドの製造に有用な、プラズマ放電の
安定性に優れ、かつ放電を長時間持続させることのでき
る新しい低温プラズマ気相反応装置に関するしのである
。

（従来の技術）従来より様々な方式の低温プラズマ気相反応装置が知ら
れており、機能性薄膜の製造等に広く用いられている。

これらの真空反応装置は、いずれも反応容器を固定した
形式のものであり、・外部より反応性ガスを導入し、ま
たは蒸着物質を蒸発させて基板に薄膜を形式することを
特徴としている。

しかしながら、このような従来の反応装置の場合には、
プラズマ反応によって微粒子を製造するには適していな
いという欠点があった。すなわち、微粒子を製造する場
合には、微粒子が真空反応容器内のいたる所に付着し、
その捕集が困難で回収率も悪く、また反応温度も真空内
で不均一であるなめ、堆積する場所によって生成物質の
組成が均一でないという欠点があった。

また、さらに、従来の反応装置においては、微粒子を磁
性流体やコロイドとして液体中に捕集しようとすること
も極めて困難であった。

このような欠点を解消するために、この発明の発明者ら
は、すでに新しい形式の低温プラズマ気相反応装置を開
発し、その実用化の利点を確認してもいる。この装置を
例示したものが第２図である。

このプラズマ気相反応装置は、上記した微粒子を製造す
る場合には、生成物質の組成が均一で粒径のそろった微
粒子を高い回収率で製造でき、またそれらの微粒子等の
磁性流体やコロイドを°製造するについては、液状媒質
を使用するための特別の装置を必要とせず簡便に製造で
きるという利便性にも優れたものである。

第２図に例示したように、このプラズマ気相反応装置は
、内壁が曲面形状の真空容器（ア）を有しており、この
真空容器（ア）に開口部（イ）を設け、バルブ（つ）を
介して真空ポンプ（１）を接続している。この開口部（
イ）には、ガス導入管としての機能を備えた高周波［ｆ
ｉ（オ）を挿入しており、この高周波電極（オ）の先端
を真空容器（ア）内に配置してもいる。また、高周波電
極（オ）と対向するように、真空容器（ア）内には、接
地電極（力）を配備してもいる。

このプラズマ気相反応装置を用いて、プラズマ気相反応
を行うには、まず、真空容器（ア）内部を真空ポンプ（
工）により排気し、真空容器（ア）をたとえば図中の矢
印の方向に回転させる。次いで、水素、アルゴン等の雰
囲気ガス（キ）および原料ガス（り）を真空容器（ア）
内の高周波電極（オ）の先端部のガス噴出口（ゲ）より
噴出させる。高周波電源（コ）により高周波電圧を印加
し、高周波なｆ！（オ）および接地電極（力）の両電極
間にプラズマ（す）を発生させ、所望の金属、合金また
はセラミックス等の微粒子を生成させる。

これらの微粒子を含む磁性流体もしくはコロイドなどを
製造する場合には、真空容器（ア）内に液状媒質（シ）
を装入し、真空容器（ア）を回転させながら、プラズマ
気相反応させて、生成する微粒子を、液状媒質（シ）の
膜中に捕集する。こうすることにより、微粒子の生成と
同時に磁性流体またはコロイドなどを製造することがで
きる。

（発明が解決しよとする課題）しかしながら、このような優れた操作機能性を有するプ
ラズマ気相反応装置ではあるものの、依然として解決し
なければならない課題が残されているのも確かである。

すなわち、たとえば第２図に例示したような横回転型の
プラズマ気相反応装置においては、開口部（イ〉を真空
ポンプ（工）等の排気系とともにガス導入管兼用の高周
波電極（オ）の挿入部ともしているため、高周波電極（
オ）の周辺に減圧した空間が広く存在し、これによって
微粒子の生成反応に関与しない減圧空間においても放電
が発生するのが避けられない。

このため、微粒子の生成反応に関与しない空間での放電
に電力が消費され、これにともない微粒子の生成反応域
のプラズマ放電の状態が不安定となり、反応生成物の性
状が不均一になるという欠点がある。

また、この現象によって長時間のプラズマ気相反応の持
続も不可能となり、装置の運転操作が面倒でもあった。

また、さらには、微粒子の生成反応域以外で放電が発生
することにより、電極部材などの消耗が著しいという問
題もあった。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので
あり、良好な操作機能性を有する横回転型のプラズマ気
相反応装置の特長を生かし、しかも放電状態の不安定性
を解消し、プラズマ放電を長時間安定して持続でき、金
属または合金の微粒子、金属酸化物または金属窒化物等
の微粒子やこれらの微粒子からなる磁性流体もしくはコ
ロイド等を高効率で製造することができる改良されたプ
ラズマ気相反応装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の課題を解決するために、回転対称形
の曲面内壁を有する回転真空反応容器の両端に、減圧用
排気口と反応ガス吹出口とを対向して設け、反応容器の
内部もしくはその外周に低温１ラズマ発生用電極もしく
は誘導コイルを配設してなることを特徴とするプラズマ
気相反応装置を提供する。

減圧用排気口および反応ガス吹出口の端部付近には、た
とえばＯリング等の回転自在な封止機構を配備すること
により、反応容器内の気密性を保持した。ｔよ、反応容
器を回転軸のまわりに回転させることができる。

より具体的には、たとえば減圧用排気口より接地電極を
、また、反応ガス吹出口より低温プラズマ発生用電極を
挿入配設した反応装置が一例として例示され、この場合
、プラズマ発生用高周波電極は、反応ガス吹出管として
使用してもよく、高周波ｘｉに複数の反応ガス噴出口を
形成し、反応ガスを反応容器内に導入してもよい。

また、反応ガス吹出管のみを反応容器内に配置する場合
には、プラズマ放電の発生手段として、反応容器の外周
にＲＦ誘導コイルを配設することもできる。もちろん、
容器内部にＲＦ誘導コイルを設けることもできる。

反応ガス吹出管または反応ガス吹出管兼用の高鳥しい。

また、この発明においては、反応容器の曲面内壁を球状
、回転楕円形状あるいは円筒状とし、その底部に液状媒
質を収容する場合には、この液状媒質が反応容器の内壁
に一様に展開するようにする。

（作　用）一例を示した構成断面図である。

この例においては、反応容器（１）の両端に減圧用排気
口（２）および反応ガス吹出口（３）を回転軸上で対向
して設けている。減圧用・排気口して回転軸の両端部に
対向するように反応容器に配設しているので、従来の装
置のように微粒子の生成反応域以外の領域に反応に関与
しない減圧域これによって生成する微粒子の性状は均一
となり、また高周波電力の浪費を防止できる。

（実施例）次に図面に沿って実施例を示し、この発明のプラズマ気
相反応装置についてさらに詳しく説明する。

第１図は、この発明のプラズマ気相反応装置の用の高周
波電極（７）を挿入している。この高側〕電極（７）の
先端には複数の反応ガス噴出口、Ｊこのように、接地ｆ
極（６）と反応ガス吹出管、′；１一兼用の高周波電極（７）は、各々、減圧用排気口（２
）および反応ガス吹出口（３）より反応容器（１）内に
挿入配置しているので、互いに対向する位置関係にある
。

この第１図に示したように、接地電極（６）の表噺面積は、高周波電極（７）のものよりも広くしている
。このことにより、プラズマ気相反応はさらに高安定性
、高効率なものとなる。

反応ガス吹出管兼用の高周波電極（７）は、様々な形状
のものとしてもよい、たとえば複数のガス噴出口を持つ
コイル状の′＠極としてもよいし、あるいは先端に複数
のガス噴出口を有する平板状の反応ガス吹出管兼用の高
周波電極とすることもできる。

反応ガス吹出管と高周波電極とを兼用しない場合には、
反応容器（１）の外周にＲＦ誘導コイルを配設してプラ
ズマ放電を発生させることもでき−る。もちろん、反応
容器（１）内部にＲＦ誘導コイルを設けることもできる
。

１反応容器（１）の両端に設けた減圧排気口（２）−１
よび反応ガス吹出口（３）には、回転自在な封止機構と
して０リング（９）を配備し、反応容器（１）内部を気
密に保持するとともに、反応容器（１）を回転できるよ
うにしている。もちろん、このような回転自在な封止機
構は０リング（９）に限定されることはない、また、こ
の例においては、反応容器（１）の内壁は、球状の曲面
としているが、特にその形状に制限はなく、反応容器（
１）の底部に後述する液状媒質を装入することができ、
反応容器（１）の回転により液状媒質を反応容器（１）
の内壁に一様に展開させることのできる回転楕円形状ま
たは円筒状等の回転対称形形状としてもよい。

このような反応容器（１）をその回転軸のまわりに回転
させる回転機構としては、減圧用排気口（２）の端部に
歯車（１０）を設け、モータ（１１）に装備したもう一
つの歯車（１２）と歯機構としている。モータ（１１）
を駆動させるこ（１３）をベローズ（１４）を介して固
定してもいる。ベローズ（１４）を用いることにより、
反応容器（１）の回転による芯ぶれを吸収することがで
き、反応容器（１）の回転を円滑に行うことができる。

たとえば、以上のように例示したプラズマ気相反応装置
を用いて、金属、合金またはセラミックスなどの微粒子
の製造は、次のような操作により行うことができる。

すなわち、真空ポンプ（５）により、反応容器（１）内
部を排気し減圧する０次いで、各種の反応ガス（１５）
を反応容器（１）内に導入して吹出させる。この例にお
いては、反応ガス（１５）は、反応ガス吹出管兼用の高
周波電極（７）に形成した反応ガス噴出口（８）より反
応容器（１）内に吹出させる。ここで、反応容器（１）
をモータ（１１）の駆動によって回転させ、高周波電源
（１６）より接地電極（６）および高周波電極（７）の
両電極間に低温プラズマ（１７）放電を発生させる。こ
の低温プラズマ（１７）によって反応ガス（１５）相互
のプラズマ気相反応が進行する。所望の金属、合金また
はセラミックスなどの微粒子（１８）を生成させること
ができる。生成したこれらの微粒子（１８）は反応容器
（１）の内壁に一様に付着する０反応終了後、反応容器
（１）内壁に付着した微粒子（１８）を採集する。

これらの微粒子（１８）の磁性流体やコロイドなどを製
造する場合には、反応容器（１）に液状媒質（１９）を
装入し、上述と同様な操作を行う。

反応容器（１）を回転させると液状媒質（１９）は、反
応容器（１）の内壁に一様に展開し、液体膜（２０）を
形成する。この液体膜（２０）に、プラズマ気相反応に
より生成した金属、合金またはセラミックス等の微粒子
が付着し、反応容器（１）の回転により反応容器（１）
底部の液状媒°）質（１９）に回収され所望の磁性流体あるいはコロイド
が得られる。

以上のように、この発明の装置においては、高周波電極
（７）付近に従来装置のように微粒子生成反応域以外の
不必要な空間がないため、放電によるプラズマの発生域
は限定され、高周波電力を有効に気相反応に使用するこ
とができ、また、微粒子生成反応域以外の領域における
放電を防止することができることから、装置を長時間運
転してもプラズマの状態を高安定に保持することができ
る。

（磁性流体の製造）この第１図に例示したプラズマ気相反応装置を用いて、
磁性流体を製造した例を説明すると、まず、操作条件と
しては次の通りとした。

反応ガス：　Ｆ　ｅ　（Ｃｏ）　ｓ　　　　　３　ｃｃ
／分Ａ　ｒ　　　　　　　　　１００　ｃｃ／分Ｎ２２
０ｃｃ／分反応容器内圧カニ１＋１ｂａｒ高周波　　　　：　１３．５６ＨＨ２，１００１４回転
速度　　　＝１０回転／分液状媒質　　　：ポリブテニルコハク酸ポリアミンのア
ルキルナフタレン１０％溶液（ｉｏｏｃｃ）反応時間　　　：２０時間この反応によって、Ｆｅ３Ｎ微粒子２０ｇを含む磁性流
体１ｏｏｃｃを得た。この磁性流体の飽和磁化は２２０
ガウスであった０反応を行っている間の放電状態は安定
していた。放電状態の調整は全く必要なかった。

比較のなめに、第２図に示したような従来装置を用いて
上述の例と同様の条件で磁性流体を製造したが、約３０
分〜１時間に１回の割合でプラズマ放電が停止しな、長
時間の連続運転は不可能であった。

（発明の効果）この発明のプラズマ気相反応装置によって、電力が有効
に利用され、高効率で微粒子を製造することができる。

また、放電状態を高安定に保持することができるので、
プラズマ気相反応を長時間連続して行わせることができ
、装置の運転操作が極めて容易となり、無人運転するこ
とも可能となる。また、微粒子生成反応が、放電状態の
安定により、高安定で促進され、プラズマ気相反応によ
る反応生成物の性状が均質となる。

さらには、放電発生域を限定することができるので、電
極部材などの消耗を著しく低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のプラズマ気相反応装置の一例を示
した構成断面図である。第２図は従来装置の例を示した構成断面図である１・・・反応容器　　　　　　２・・・減圧用排気口３
・・・反応ガス吹出口　　　４・・・パルプ５・・・真
空ポンプ　　　　　６・・・接地電極７・・・反応ガス
吹出管兼用高周波電極８・・・反応ガス噴出口　　　９
・・・０リング↑ 第　　１図１５・・・反応ガス　　　　　１６・・・高周波電源１
７・・・低温プラズマ　　　１８・・・微粒子１９・・
・液状媒質　　　　　２０・・・液＃膜特許出願人　　
　科学技術庁金属材料技術研究所長中角ｈｕ− （−）−一ノ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転対称形の曲面内壁を有する回転真空反応容器
の回転軸の両端に、減圧用排気口と反応ガス吹出口とを
対向して設け、反応容器の内部もしくはその外周に低温
プラズマ発生用電極もしくは誘導コイルを配設してなる
ことを特徴とするプラズマ気相反応装置。
（２）減圧用排気口および反応ガス吹出口の開口部に、
回転自在な封止機構を設けてなる請求項（１）記載のプ
ラズマ気相反応装置。
（３）減圧用排気口より接地電極を、また、反応ガス吹
出口より低温プラズマ発生用電極を挿入配設してなる請
求項（１）記載のプラズマ気相反応装置。
（４）低温プラズマ発生用電極に反応ガス噴出口を形成
した請求項（１）または（３）記載のプラズマ気相反応
装置。
（５）反応容器の内部または外周に高周波誘導コイルを
配設した請求項（１）記載のプラズマ気相反応装置。
（６）液状媒質を反応容器内部に装入してなる請求項（
１）記載のプラズマ気相反応装置。
（７）請求項（１）または（６）記載の反応装置からな
る微粒子製造装置。