JPH06275133A - 炭素クラスター薄膜を用いた素子およびその製造方法 - Google Patents
炭素クラスター薄膜を用いた素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH06275133A JPH06275133A JP5043730A JP4373093A JPH06275133A JP H06275133 A JPH06275133 A JP H06275133A JP 5043730 A JP5043730 A JP 5043730A JP 4373093 A JP4373093 A JP 4373093A JP H06275133 A JPH06275133 A JP H06275133A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- carbon cluster
- cluster thin
- indium
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 素子は、インジウムを添加した炭素クラスタ
ー薄膜３を、大気中の酸素や水分の透過を阻止する保護
膜４で被覆した。製造方法は、炭素クラスター薄膜３の
形成工程と保護膜４の形成工程を、真空中で、炭素クラ
スター薄膜３を大気に晒すことなく連続的に行う。 【効果】 炭素クラスター薄膜３の劣化を防止して、長
期間に渡って良好な特性を有する素子を得ることができ
る。
ー薄膜３を、大気中の酸素や水分の透過を阻止する保護
膜４で被覆した。製造方法は、炭素クラスター薄膜３の
形成工程と保護膜４の形成工程を、真空中で、炭素クラ
スター薄膜３を大気に晒すことなく連続的に行う。 【効果】 炭素クラスター薄膜３の劣化を防止して、長
期間に渡って良好な特性を有する素子を得ることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素クラスターからな
る薄膜を利用した素子とその製造方法に関するものであ
る。
る薄膜を利用した素子とその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】複数個の炭素原子が球状や回転楕円体状
に繋がった、いわゆるフラーレン(fullerrenes) 構造を
有するＣ60、Ｃ70などの炭素クラスター分子の粉末や薄
膜等にアルカリ金属等の不純物原子をドープすると、有
機電導体や超電導体等が得られることが知られている。
に繋がった、いわゆるフラーレン(fullerrenes) 構造を
有するＣ60、Ｃ70などの炭素クラスター分子の粉末や薄
膜等にアルカリ金属等の不純物原子をドープすると、有
機電導体や超電導体等が得られることが知られている。
【０００３】たとえばカリウム（Ｋ）をドープしたＣ60
の薄膜は５００Ｓ／cm、ルビジウム（Rb) ドープしたＣ
60の薄膜は１００Ｓ／cmの導電度を示すことが報告され
ている（Nature, vol. 350, 320, 28 March, 1991 ）。
またカリウムをドープしたＫX Ｃ60は、マイクロ波吸収
と磁化測定の結果から臨界温度Ｔｃ＝１８Ｋ、抵抗測定
の結果から臨界温度Ｔｃ＝１６Ｋの超電導性を示すこと
が報告されており（Nature, vol. 350, 600, 18 April,
1991 ）、ルビジウムをドープしたRbX Ｃ60は、臨界温
度Ｔｃ＝２８Ｋの超電導性を示すことが報告されている
（Physical Review Letters, 1991, 66, 2830 ）。さら
にセシウム（Cs）をドープしたCsX Ｃ60は臨界温度Ｔｃ
＝３０Ｋの超電導性を示し、セシウムとルビジウムをド
ープしたCs Rb Ｃ60は臨界温度Ｔｃ＝３３Ｋの超電導性
を示すことも報告されている（Nature, vol. 352, 222,
223, 18 July, 1991 ）。
の薄膜は５００Ｓ／cm、ルビジウム（Rb) ドープしたＣ
60の薄膜は１００Ｓ／cmの導電度を示すことが報告され
ている（Nature, vol. 350, 320, 28 March, 1991 ）。
またカリウムをドープしたＫX Ｃ60は、マイクロ波吸収
と磁化測定の結果から臨界温度Ｔｃ＝１８Ｋ、抵抗測定
の結果から臨界温度Ｔｃ＝１６Ｋの超電導性を示すこと
が報告されており（Nature, vol. 350, 600, 18 April,
1991 ）、ルビジウムをドープしたRbX Ｃ60は、臨界温
度Ｔｃ＝２８Ｋの超電導性を示すことが報告されている
（Physical Review Letters, 1991, 66, 2830 ）。さら
にセシウム（Cs）をドープしたCsX Ｃ60は臨界温度Ｔｃ
＝３０Ｋの超電導性を示し、セシウムとルビジウムをド
ープしたCs Rb Ｃ60は臨界温度Ｔｃ＝３３Ｋの超電導性
を示すことも報告されている（Nature, vol. 352, 222,
223, 18 July, 1991 ）。
【０００４】この他、たとえばアルカリ土類金属である
カルシウム（Ca）やIVｂ族元素であるスズ（Sn）をドー
プした炭素クラスターが超電導性を示すことも報告され
ている。すなわちカルシウムをドープしたCa5 Ｃ60は、
臨界温度Ｔｃ＝８．４Ｋの超電導性を示したとの報告が
あり（Nature, vol. 355, 529, 6 Feb., 1992 ）、スズ
をＣ60とＣ70の混合物であるＣ60／Ｃ70にドープしたSn
X Ｃ60／Ｃ70は、臨界温度Ｔｃ＝３７Ｋの超電導性を示
したとの報告がある（Solid State Commn., vol. 82, N
o. 3, 167, 1992 ）。
カルシウム（Ca）やIVｂ族元素であるスズ（Sn）をドー
プした炭素クラスターが超電導性を示すことも報告され
ている。すなわちカルシウムをドープしたCa5 Ｃ60は、
臨界温度Ｔｃ＝８．４Ｋの超電導性を示したとの報告が
あり（Nature, vol. 355, 529, 6 Feb., 1992 ）、スズ
をＣ60とＣ70の混合物であるＣ60／Ｃ70にドープしたSn
X Ｃ60／Ｃ70は、臨界温度Ｔｃ＝３７Ｋの超電導性を示
したとの報告がある（Solid State Commn., vol. 82, N
o. 3, 167, 1992 ）。
【０００５】さらに IIIｂ族元素であるインジウム（I
n）をドープした炭素クラスターは、真空蒸着装置や分
子線エピタキシー（ＭＢＥ）蒸着装置等を使用したイン
ジウムと炭素クラスターの同時蒸着法により簡単に作る
ことができ、しかもこの同時蒸着法による形成時に、イ
ンジウムの蒸着速度を変えるだけで簡単にドープ量を制
御できるので、ほぼ絶縁体に近いものから半導体程度の
ものまで任意の電気伝導度を有する有機電導体を、極め
て簡単かつ再現性よく製造できるという利点を有するこ
とが、本発明者らの研究によって確認された。
n）をドープした炭素クラスターは、真空蒸着装置や分
子線エピタキシー（ＭＢＥ）蒸着装置等を使用したイン
ジウムと炭素クラスターの同時蒸着法により簡単に作る
ことができ、しかもこの同時蒸着法による形成時に、イ
ンジウムの蒸着速度を変えるだけで簡単にドープ量を制
御できるので、ほぼ絶縁体に近いものから半導体程度の
ものまで任意の電気伝導度を有する有機電導体を、極め
て簡単かつ再現性よく製造できるという利点を有するこ
とが、本発明者らの研究によって確認された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが周知のよう
に、アルカリ金属元素は反応性が高く不安定であるた
め、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属
元素をドープした炭素クラスターは、大気中にさらされ
るとこれらアルカリ金属元素が空気中の酸素や水と反応
して炭素クラスター中から抜けてしまい、短期間に上記
の特性が失われてしまうという問題がある。
に、アルカリ金属元素は反応性が高く不安定であるた
め、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属
元素をドープした炭素クラスターは、大気中にさらされ
るとこれらアルカリ金属元素が空気中の酸素や水と反応
して炭素クラスター中から抜けてしまい、短期間に上記
の特性が失われてしまうという問題がある。
【０００７】この傾向は他の金属元素をドープした炭素
クラスターにおいても多かれ少なかれ見られ、たとえば
アルカリ土類金属であるカルシウムをドープしたＣ60の
粉末は、空気中で１時間放置すると超電導性を失うこと
が、本発明者らの研究により判明している。またスズを
ドープしたＣ60粉末は、空気中で１日放置後も超電導性
を示すことが先の文献に記載されているが、より長時間
の安定性は不明である。さらにインジウムをドープした
Ｃ60薄膜も、空気中で短時間に特性が失われることが、
本発明者らの研究により判明している。
クラスターにおいても多かれ少なかれ見られ、たとえば
アルカリ土類金属であるカルシウムをドープしたＣ60の
粉末は、空気中で１時間放置すると超電導性を失うこと
が、本発明者らの研究により判明している。またスズを
ドープしたＣ60粉末は、空気中で１日放置後も超電導性
を示すことが先の文献に記載されているが、より長時間
の安定性は不明である。さらにインジウムをドープした
Ｃ60薄膜も、空気中で短時間に特性が失われることが、
本発明者らの研究により判明している。
【０００８】そこで、金属元素をドープした炭素クラス
ターの劣化を防止するために現在一般的に行われている
のが、不活性ガス雰囲気中に封止する方法である。封止
には、不活性ガスを入れたガラス管の端末を溶封したり
エポキシ樹脂で封止したりする技術が採用される。しか
しながらガラス管の端末を溶封する技術では、溶封時の
加熱によって炭素クラスターが劣化するおそれがある。
一方、ガラス管の端末をエポキシ樹脂で封止する技術で
は、ガラスと樹脂の熱膨張率に差があるため、環境温度
の変化により樹脂に割れが生じるおそれがあり、このよ
うな割れが生じると、それ以後はガラス管内に空気中の
酸素や水が入り込むのを防止できなくなるから、特性の
劣化は避けられない。
ターの劣化を防止するために現在一般的に行われている
のが、不活性ガス雰囲気中に封止する方法である。封止
には、不活性ガスを入れたガラス管の端末を溶封したり
エポキシ樹脂で封止したりする技術が採用される。しか
しながらガラス管の端末を溶封する技術では、溶封時の
加熱によって炭素クラスターが劣化するおそれがある。
一方、ガラス管の端末をエポキシ樹脂で封止する技術で
は、ガラスと樹脂の熱膨張率に差があるため、環境温度
の変化により樹脂に割れが生じるおそれがあり、このよ
うな割れが生じると、それ以後はガラス管内に空気中の
酸素や水が入り込むのを防止できなくなるから、特性の
劣化は避けられない。
【０００９】また上記のようにガラス管内に封止された
炭素クラスターは、管外への配線等が困難であるため、
素子化するのが難しいという問題もある。本発明は、前
記のように半導体等としての特性にすぐれた、インジウ
ムをドープした炭素クラスター薄膜の劣化を確実に防止
して、長期に亘って良好な特性を保持することができる
素子と、その製造方法を提供することを目的としてい
る。
炭素クラスターは、管外への配線等が困難であるため、
素子化するのが難しいという問題もある。本発明は、前
記のように半導体等としての特性にすぐれた、インジウ
ムをドープした炭素クラスター薄膜の劣化を確実に防止
して、長期に亘って良好な特性を保持することができる
素子と、その製造方法を提供することを目的としてい
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するための、本発明の炭素クラスター薄膜を用いた素
子は、インジウムをドープした炭素クラスター薄膜が基
板上に形成されているとともに、少なくともこの炭素ク
ラスター薄膜が、大気中の酸素および水分の透過を阻止
する保護膜で被覆されていることを特徴とする。
決するための、本発明の炭素クラスター薄膜を用いた素
子は、インジウムをドープした炭素クラスター薄膜が基
板上に形成されているとともに、少なくともこの炭素ク
ラスター薄膜が、大気中の酸素および水分の透過を阻止
する保護膜で被覆されていることを特徴とする。
【００１１】この構成によれば、炭素クラスター薄膜中
のインジウムが、大気中の酸素や水分と反応することが
防止され、インジウムをドープした炭素クラスター薄膜
の特性が長期に亘って良好に保持される。また炭素クラ
スター分子は有機分子であり、Ga As 等の無機物に比べ
て反応性に富むため、種々の官能基で修飾することが可
能である。このため炭素クラスターを種々の官能基で修
飾することにより、インジウムをドープした炭素クラス
ター薄膜に、バラエティーに富んだ特性を付与できる可
能性がある。
のインジウムが、大気中の酸素や水分と反応することが
防止され、インジウムをドープした炭素クラスター薄膜
の特性が長期に亘って良好に保持される。また炭素クラ
スター分子は有機分子であり、Ga As 等の無機物に比べ
て反応性に富むため、種々の官能基で修飾することが可
能である。このため炭素クラスターを種々の官能基で修
飾することにより、インジウムをドープした炭素クラス
ター薄膜に、バラエティーに富んだ特性を付与できる可
能性がある。
【００１２】上記の素子は、炭素クラスターとインジウ
ムとを交互または同時に基板上に堆積させることで、当
該基板上に、インジウムをドープした炭素クラスター薄
膜を形成する工程と、少なくとも上記炭素クラスター薄
膜を被覆するように、大気中の酸素および水分の透過を
阻止する保護膜を形成する工程とを含み、かつ上記両工
程を、基板上に形成された炭素クラスター薄膜を大気に
晒すことなく連続的に、真空中で行う本発明の製造方法
により製造することができる。
ムとを交互または同時に基板上に堆積させることで、当
該基板上に、インジウムをドープした炭素クラスター薄
膜を形成する工程と、少なくとも上記炭素クラスター薄
膜を被覆するように、大気中の酸素および水分の透過を
阻止する保護膜を形成する工程とを含み、かつ上記両工
程を、基板上に形成された炭素クラスター薄膜を大気に
晒すことなく連続的に、真空中で行う本発明の製造方法
により製造することができる。
【００１３】この製造方法によれば、炭素クラスター薄
膜および保護膜を一度も大気に晒すことなく素子を製造
できるので、良好な特性を有する素子が得られる。また
真空中で形成される保護膜は緻密な膜とすることができ
るので、酸素や水分の透過を良好に阻止できる。またこ
の製造方法では、インジウムをドープした炭素クラスタ
ー薄膜を、炭素クラスターとインジウムとの同時蒸着法
により形成しているので、前述のように、インジウムの
蒸着速度を変えるだけで簡単にドープ量を制御でき、ほ
ぼ絶縁体に近いものから半導体程度のものまで任意の電
気伝導度を有する炭素クラスター薄膜を、極めて簡単か
つ再現性よく製造できるという利点もある。
膜および保護膜を一度も大気に晒すことなく素子を製造
できるので、良好な特性を有する素子が得られる。また
真空中で形成される保護膜は緻密な膜とすることができ
るので、酸素や水分の透過を良好に阻止できる。またこ
の製造方法では、インジウムをドープした炭素クラスタ
ー薄膜を、炭素クラスターとインジウムとの同時蒸着法
により形成しているので、前述のように、インジウムの
蒸着速度を変えるだけで簡単にドープ量を制御でき、ほ
ぼ絶縁体に近いものから半導体程度のものまで任意の電
気伝導度を有する炭素クラスター薄膜を、極めて簡単か
つ再現性よく製造できるという利点もある。
【００１４】なお上記保護膜としては、シリコンあるい
はシリコンの酸化物、窒化物などが考えられる。シリコ
ン、窒化シリコン（Si3 Ｎ4 ）、二酸化シリコン（SiＯ
2 ）の熱膨張係数はそれぞれ、２．６×１０-6、２．９
〜３．２×１０-6、１．３×１０-6／℃であって、イン
ジウムをドープした炭素クラスター薄膜の熱膨張係数
（３×１０-6／℃）と近いため、低温あるいは高温環境
下で素子を使用する際に保護膜に割れが生じるおそれが
ない。すなわち、熱衝撃に対する耐久性が良好になり、
割れの生じた部分から酸素や水分が炭素クラスター薄膜
中に入り込むなどという不具合を回避できる。これによ
り、素子の特性を一層良好に保持できる。シリコンやそ
の酸化物、窒化物の保護膜作製には、ＭＢＥ蒸着法、真
空一貫プロセスによるＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ス
パッタリング法等を用いることができる。
はシリコンの酸化物、窒化物などが考えられる。シリコ
ン、窒化シリコン（Si3 Ｎ4 ）、二酸化シリコン（SiＯ
2 ）の熱膨張係数はそれぞれ、２．６×１０-6、２．９
〜３．２×１０-6、１．３×１０-6／℃であって、イン
ジウムをドープした炭素クラスター薄膜の熱膨張係数
（３×１０-6／℃）と近いため、低温あるいは高温環境
下で素子を使用する際に保護膜に割れが生じるおそれが
ない。すなわち、熱衝撃に対する耐久性が良好になり、
割れの生じた部分から酸素や水分が炭素クラスター薄膜
中に入り込むなどという不具合を回避できる。これによ
り、素子の特性を一層良好に保持できる。シリコンやそ
の酸化物、窒化物の保護膜作製には、ＭＢＥ蒸着法、真
空一貫プロセスによるＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ス
パッタリング法等を用いることができる。
【００１５】
【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図１は本発明の炭素クラスター
薄膜を用いた素子の、一実施例の構成を示す断面図であ
る。基板１の表面に金電極２がパターン形成されてお
り、この金電極２に接触するように炭素クラスター薄膜
３が形成されている。この炭素クラスター薄膜３は、イ
ンジウム（In) をドープした炭素クラスターInx Ｃ60か
らなるＣ60／In同時蒸着層３１と、その上に積層された
Ｃ60単独蒸着層３２とで構成されている。Ｃ60単独蒸着
層３２は、後述する保護膜４を炭素クラスター薄膜３上
に形成する際に、Ｃ60／In同時蒸着層３１中に保護膜４
を構成する元素（シリコン）が侵入して組成が変化した
り、保護膜４形成時の熱的あるいは物理的な衝撃により
Ｃ60／In同時蒸着層３１の表面が破壊されたりして、素
子の特性を決定するＣ 60／In同時蒸着層３１の特性が劣
化するのを防止する緩衝層として作用する。
照して詳細に説明する。図１は本発明の炭素クラスター
薄膜を用いた素子の、一実施例の構成を示す断面図であ
る。基板１の表面に金電極２がパターン形成されてお
り、この金電極２に接触するように炭素クラスター薄膜
３が形成されている。この炭素クラスター薄膜３は、イ
ンジウム（In) をドープした炭素クラスターInx Ｃ60か
らなるＣ60／In同時蒸着層３１と、その上に積層された
Ｃ60単独蒸着層３２とで構成されている。Ｃ60単独蒸着
層３２は、後述する保護膜４を炭素クラスター薄膜３上
に形成する際に、Ｃ60／In同時蒸着層３１中に保護膜４
を構成する元素（シリコン）が侵入して組成が変化した
り、保護膜４形成時の熱的あるいは物理的な衝撃により
Ｃ60／In同時蒸着層３１の表面が破壊されたりして、素
子の特性を決定するＣ 60／In同時蒸着層３１の特性が劣
化するのを防止する緩衝層として作用する。
【００１６】炭素クラスター薄膜３は保護膜４で被覆さ
れている。この保護膜４は、常温で大気中の酸素や水分
の透過を阻止できるように形成されている。具体的に
は、酸素や水分の透過を阻止できる程度に充分に緻密に
形成されるか、または充分に膜厚が厚く形成される。ま
たこの保護膜４は、前記のように熱膨張係数が炭素クラ
スター薄膜３の熱膨張係数に近似しているシリコンで構
成されている。
れている。この保護膜４は、常温で大気中の酸素や水分
の透過を阻止できるように形成されている。具体的に
は、酸素や水分の透過を阻止できる程度に充分に緻密に
形成されるか、または充分に膜厚が厚く形成される。ま
たこの保護膜４は、前記のように熱膨張係数が炭素クラ
スター薄膜３の熱膨張係数に近似しているシリコンで構
成されている。
【００１７】この構成では、炭素クラスター薄膜３が保
護膜４で保護されており、大気中の酸素や水分が侵入す
ることがない。このため、炭素クラスター薄膜３中に含
まれるインジウムは、ドープ時と同じ状態で保持される
ことになる。この結果、長期に渡って良好な特定が得ら
れることになる。図２は上記の素子を製造するために用
いられる分子線エピタキシー蒸着装置の構成を示す概念
図である。真空状態（１０-7〜１０-8Torr程度）に排気
された膜形成室５０内に配置したサセプタ５１には、基
板１が保持されている。この基板１に対向して、炭素ク
ラスターＣ60の分子線を発生させる分子線源５２と、イ
ンジウムの分子線を発生させる分子線源５３と、保護膜
４を構成するシリコンの分子線を発生させる分子線源５
４とが配置されている。各分子線源５２，５３および５
４に関連して、各分子の発生を制御するシャッタ５５，
５６，５７が配置されている。炭素クラスターＣ60の分
子線を発生させる分子線源５２はクヌーセン・セル（Kn
udsen-Cell、Ｋセル）で構成された抵抗加熱式のもので
あり、インジウムおよびシリコンの分子線を発生させる
ための分子線源５３，５４はｅ型電子銃で構成された電
子衝撃加熱式のものである。
護膜４で保護されており、大気中の酸素や水分が侵入す
ることがない。このため、炭素クラスター薄膜３中に含
まれるインジウムは、ドープ時と同じ状態で保持される
ことになる。この結果、長期に渡って良好な特定が得ら
れることになる。図２は上記の素子を製造するために用
いられる分子線エピタキシー蒸着装置の構成を示す概念
図である。真空状態（１０-7〜１０-8Torr程度）に排気
された膜形成室５０内に配置したサセプタ５１には、基
板１が保持されている。この基板１に対向して、炭素ク
ラスターＣ60の分子線を発生させる分子線源５２と、イ
ンジウムの分子線を発生させる分子線源５３と、保護膜
４を構成するシリコンの分子線を発生させる分子線源５
４とが配置されている。各分子線源５２，５３および５
４に関連して、各分子の発生を制御するシャッタ５５，
５６，５７が配置されている。炭素クラスターＣ60の分
子線を発生させる分子線源５２はクヌーセン・セル（Kn
udsen-Cell、Ｋセル）で構成された抵抗加熱式のもので
あり、インジウムおよびシリコンの分子線を発生させる
ための分子線源５３，５４はｅ型電子銃で構成された電
子衝撃加熱式のものである。
【００１８】以下に、本発明者による炭素クラスター薄
膜を用いた素子の作製例を説明する。 〈作製例１〉基板１として、図３(a) に示すように金電
極２を４箇所に形成した厚さ０．５mmの１０mm平方の石
英ガラス基板を用い、この基板１を図２の蒸着装置のサ
セプタ５１にセットした。また基板１の４箇所の金電極
２には、蒸着装置の外に配置した、４端子法による電気
抵抗の測定装置からの配線を接続した。一方、分子線源
５２にはＣ60粉末を入れ、分子線源５３にはインジウム
を入れ、分子線源５４にはシリコンを入れた。
膜を用いた素子の作製例を説明する。 〈作製例１〉基板１として、図３(a) に示すように金電
極２を４箇所に形成した厚さ０．５mmの１０mm平方の石
英ガラス基板を用い、この基板１を図２の蒸着装置のサ
セプタ５１にセットした。また基板１の４箇所の金電極
２には、蒸着装置の外に配置した、４端子法による電気
抵抗の測定装置からの配線を接続した。一方、分子線源
５２にはＣ60粉末を入れ、分子線源５３にはインジウム
を入れ、分子線源５４にはシリコンを入れた。
【００１９】つぎに、膜形成室５０内の真空度１０-7〜
１０-8Torrの条件下、上記測定装置によって金電極４間
の抵抗値をモニターしながら、まずシャッタ５５，５６
を開放して、分子線源５２，５３から炭素クラスターＣ
60とインジウムとを同時に蒸発させて、室温に保持した
基板１上に、インジウムをドープした炭素クラスターIn
X Ｃ60からなる、膜厚３５０nmのＣ60／In同時蒸着層３
１を形成した。真空下におけるＣ60／In同時蒸着層３１
の最終的な抵抗率は２〔Ω・cm〕であり、半導体的な抵
抗率を示した。
１０-8Torrの条件下、上記測定装置によって金電極４間
の抵抗値をモニターしながら、まずシャッタ５５，５６
を開放して、分子線源５２，５３から炭素クラスターＣ
60とインジウムとを同時に蒸発させて、室温に保持した
基板１上に、インジウムをドープした炭素クラスターIn
X Ｃ60からなる、膜厚３５０nmのＣ60／In同時蒸着層３
１を形成した。真空下におけるＣ60／In同時蒸着層３１
の最終的な抵抗率は２〔Ω・cm〕であり、半導体的な抵
抗率を示した。
【００２０】つぎにシャッタ５６を閉塞して、分子線源
５３からのインジウムの蒸発を停止し、分子線源５２か
ら炭素クラスターＣ60のみを蒸発させて、上記Ｃ60／In
同時蒸着層３１上に、膜厚２００nmのＣ60単独蒸着層３
２を積層して炭素クラスター薄膜３を形成した（図３
(b) ）。そしてつぎに、シャッタ５５を閉塞して分子線
源５２からの炭素クラスターＣ 60の蒸発を停止し、代わ
ってシャッタ５７を開放して分子線源５４からシリコン
を蒸発させて、炭素クラスター薄膜３を被覆するように
膜厚６００nmの保護膜４を形成して、素子を作製した
（図３(c) ）。作製した素子の断面は図１に示されてい
るとおりであり、金電極２は保護膜４外に延び出てい
る。 〈検討１〉上記作製例１で作製した素子を、４端子法に
よるＣ60／In同時蒸着層３１の電気抵抗の測定を続けな
がら大気中に取り出し、さらに大気中でＣ60／In同時蒸
着層３１の電気抵抗の測定を続けたところ、図４に実線
で示すように９日間経過した段階でも、抵抗値はＫΩオ
ーダーを維持していることが確認された。
５３からのインジウムの蒸発を停止し、分子線源５２か
ら炭素クラスターＣ60のみを蒸発させて、上記Ｃ60／In
同時蒸着層３１上に、膜厚２００nmのＣ60単独蒸着層３
２を積層して炭素クラスター薄膜３を形成した（図３
(b) ）。そしてつぎに、シャッタ５５を閉塞して分子線
源５２からの炭素クラスターＣ 60の蒸発を停止し、代わ
ってシャッタ５７を開放して分子線源５４からシリコン
を蒸発させて、炭素クラスター薄膜３を被覆するように
膜厚６００nmの保護膜４を形成して、素子を作製した
（図３(c) ）。作製した素子の断面は図１に示されてい
るとおりであり、金電極２は保護膜４外に延び出てい
る。 〈検討１〉上記作製例１で作製した素子を、４端子法に
よるＣ60／In同時蒸着層３１の電気抵抗の測定を続けな
がら大気中に取り出し、さらに大気中でＣ60／In同時蒸
着層３１の電気抵抗の測定を続けたところ、図４に実線
で示すように９日間経過した段階でも、抵抗値はＫΩオ
ーダーを維持していることが確認された。
【００２１】比較のため保護膜４を形成せずに、Ｃ60／
In同時蒸着層３１の大気中における電気抵抗の変化を測
定したところ、図４に破線で示すように抵抗値は急上昇
し、５分間でＧΩオーダーまで達した。このことから、
炭素クラスター薄膜３を保護膜４で被覆すると、大気中
の酸素や水分の侵入を阻止できることが確認された。 〈検討２〉上記作製例１で作製した素子をオージェ電子
分光分析により分析した。図５はオージェ電子分光分析
による素子の厚み方向の組成プロファイルを示してい
る。図の結果より、Ｃ60／In同時蒸着層３１の組成はIn
5〜6 Ｃ60であることが判明した。
In同時蒸着層３１の大気中における電気抵抗の変化を測
定したところ、図４に破線で示すように抵抗値は急上昇
し、５分間でＧΩオーダーまで達した。このことから、
炭素クラスター薄膜３を保護膜４で被覆すると、大気中
の酸素や水分の侵入を阻止できることが確認された。 〈検討２〉上記作製例１で作製した素子をオージェ電子
分光分析により分析した。図５はオージェ電子分光分析
による素子の厚み方向の組成プロファイルを示してい
る。図の結果より、Ｃ60／In同時蒸着層３１の組成はIn
5〜6 Ｃ60であることが判明した。
【００２２】また上記Ｃ60／In同時蒸着層３１中から
は、Ｃ60分子１個あたり１．４個の割合で酸素原子が検
出された。保護膜４を形成しなかった場合には、炭素ク
ラスター薄膜３のＣ60／In同時蒸着層３１中に、Ｃ60分
子１個あたり６．２個の割合で酸素原子が検出されてお
り、この事実からも、保護膜４による酸素遮断効果が明
確に確認された。 〈検討３〉上記作製例１で作製した素子について、Ｃ60
／In同時蒸着層３１の電気抵抗の、５〜３００Ｋの範囲
での温度依存性を測定した。その結果、図６に示すよう
に半導体的な特性を示し、５ＫでもＫΩオーダーを維持
していることが確認された。またこの変化は昇温過程と
降温仮定で可逆的であり、液体ヘリウム温度程度の低温
でも保護膜４にクラック（割れ）が生じることがなく、
したがって炭素クラスタ超電導膜３への、大気中の酸素
や水分の侵入が阻止されていることがわかった。 〈結論〉以上のように本作成例の素子では、シリコンか
らなる保護膜４が炭素クラスター薄膜３を保護するため
に有効に働き、薄膜３中のインジウムの酸化を防止する
ことがわかる。すなわち、保護膜４が大気中の酸素や水
分の透過を阻止するため、良好な特性が長期に渡って得
られることになる。このような緻密な保護膜４は、膜形
成室１０内において、真空中で、炭素クラスター薄膜３
と保護膜４とを連続形成することにより得られたもので
ある。
は、Ｃ60分子１個あたり１．４個の割合で酸素原子が検
出された。保護膜４を形成しなかった場合には、炭素ク
ラスター薄膜３のＣ60／In同時蒸着層３１中に、Ｃ60分
子１個あたり６．２個の割合で酸素原子が検出されてお
り、この事実からも、保護膜４による酸素遮断効果が明
確に確認された。 〈検討３〉上記作製例１で作製した素子について、Ｃ60
／In同時蒸着層３１の電気抵抗の、５〜３００Ｋの範囲
での温度依存性を測定した。その結果、図６に示すよう
に半導体的な特性を示し、５ＫでもＫΩオーダーを維持
していることが確認された。またこの変化は昇温過程と
降温仮定で可逆的であり、液体ヘリウム温度程度の低温
でも保護膜４にクラック（割れ）が生じることがなく、
したがって炭素クラスタ超電導膜３への、大気中の酸素
や水分の侵入が阻止されていることがわかった。 〈結論〉以上のように本作成例の素子では、シリコンか
らなる保護膜４が炭素クラスター薄膜３を保護するため
に有効に働き、薄膜３中のインジウムの酸化を防止する
ことがわかる。すなわち、保護膜４が大気中の酸素や水
分の透過を阻止するため、良好な特性が長期に渡って得
られることになる。このような緻密な保護膜４は、膜形
成室１０内において、真空中で、炭素クラスター薄膜３
と保護膜４とを連続形成することにより得られたもので
ある。
【００２３】また、シリコンはインジウムを添加した炭
素クラスターInX Ｃ60との熱膨張係数の差が極めて微小
であるため、保護膜４の熱膨張係数は炭素クラスター薄
膜３とほぼ等しく、このため熱衝撃に対する耐久性も充
分であることが理解される。すなわち、シリコンの熱膨
張係数は、２．６×１０-6／℃であり、炭素クラスター
InX Ｃ60の熱膨張係数は、３×１０-6／℃であり、相互
に近似している。
素クラスターInX Ｃ60との熱膨張係数の差が極めて微小
であるため、保護膜４の熱膨張係数は炭素クラスター薄
膜３とほぼ等しく、このため熱衝撃に対する耐久性も充
分であることが理解される。すなわち、シリコンの熱膨
張係数は、２．６×１０-6／℃であり、炭素クラスター
InX Ｃ60の熱膨張係数は、３×１０-6／℃であり、相互
に近似している。
【００２４】また、電気的特性の試験時などに端子の接
続が必要な金電極２は保護膜４外へ延び出ているので、
この金電極２への端子の接続作業は、大気中において炭
素クラスター薄膜３を劣化させることなく行える。
続が必要な金電極２は保護膜４外へ延び出ているので、
この金電極２への端子の接続作業は、大気中において炭
素クラスター薄膜３を劣化させることなく行える。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明の炭素クラスター薄
膜を用いた素子によれば、当該炭素クラスター薄膜中の
インジウムが大気中の酸素や水分と反応することが防止
されるので、炭素クラスター薄膜の特性を長期に渡って
良好に保持することができる。また本発明の製造方法に
よれば、真空中で炭素クラスター薄膜とコーティング膜
とを連続形成できるので、炭素クラスター薄膜を一度も
大気に晒すことなく素子を製造することができ、しか
も、真空中で形成されるコーティング膜は緻密な膜とす
ることができる。これにより、酸素や水分が炭素クラス
ター薄膜中に侵入することを確実に防止して、素子の特
性を良好に保持させることができる。
膜を用いた素子によれば、当該炭素クラスター薄膜中の
インジウムが大気中の酸素や水分と反応することが防止
されるので、炭素クラスター薄膜の特性を長期に渡って
良好に保持することができる。また本発明の製造方法に
よれば、真空中で炭素クラスター薄膜とコーティング膜
とを連続形成できるので、炭素クラスター薄膜を一度も
大気に晒すことなく素子を製造することができ、しか
も、真空中で形成されるコーティング膜は緻密な膜とす
ることができる。これにより、酸素や水分が炭素クラス
ター薄膜中に侵入することを確実に防止して、素子の特
性を良好に保持させることができる。
【図１】本発明の炭素クラスター薄膜を用いた素子の、
一実施例の基本構成を示す断面図である。
一実施例の基本構成を示す断面図である。
【図２】上記実施例の素子を、本発明の製造方法によっ
て製造するための分子線エピタキシー蒸着装置の構成を
簡略化して示す概念図である。
て製造するための分子線エピタキシー蒸着装置の構成を
簡略化して示す概念図である。
【図３】上記実施例の素子の製造工程を簡略化して示す
平面図である。
平面図である。
【図４】上記実施例の素子における炭素クラスター薄膜
の、素子形成直後からの抵抗率の変化を測定した結果を
示すグラフである。
の、素子形成直後からの抵抗率の変化を測定した結果を
示すグラフである。
【図５】オージェ電子分光分析により測定された、上記
実施例の素子の厚み方向の組成プロファイルを示すグラ
フである。
実施例の素子の厚み方向の組成プロファイルを示すグラ
フである。
【図６】上記実施例の素子における炭素クラスター薄膜
の抵抗率と、環境温度との関係を示すグラフである。
の抵抗率と、環境温度との関係を示すグラフである。
１ 基板 ３ 炭素クラスター薄膜 ４ 絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多田 紘二 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】インジウムをドープした炭素クラスター薄
膜が基板上に形成されているとともに、少なくともこの
炭素クラスター薄膜が、大気中の酸素および水分の透過
を阻止する保護膜で被覆されていることを特徴とする炭
素クラスター薄膜を用いた素子。 - 【請求項２】炭素クラスターとインジウムとを交互また
は同時に基板上に堆積させることで、当該基板上に、イ
ンジウムをドープした炭素クラスター薄膜を形成する工
程と、少なくとも上記炭素クラスター薄膜を被覆するよ
うに、大気中の酸素および水分の透過を阻止する保護膜
を形成する工程とを含み、かつ上記両工程を、基板上に
形成された炭素クラスター薄膜を大気に晒すことなく連
続的に、真空中で行うことを特徴とする炭素クラスター
薄膜を用いた素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5043730A JPH06275133A (ja) | 1993-03-04 | 1993-03-04 | 炭素クラスター薄膜を用いた素子およびその製造方法 |
| EP93106671A EP0570720A1 (en) | 1992-05-20 | 1993-04-23 | Stabilized carbon cluster conducting or superconducting material, its production, and use thereof |
| US08/393,043 US5589281A (en) | 1992-05-20 | 1995-02-23 | Stabilized carbon cluster conducting or superconducting material, process for producing the same, device using carbon cluster, and process for producing the device |
| US08/483,230 US5635455A (en) | 1992-05-20 | 1995-06-07 | Process for producing stabilized carbon cluster conducting or superconducting material |
| US08/483,229 US5637260A (en) | 1992-05-20 | 1995-06-07 | Process for producing stabilized carbon cluster conducting material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5043730A JPH06275133A (ja) | 1993-03-04 | 1993-03-04 | 炭素クラスター薄膜を用いた素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275133A true JPH06275133A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=12671903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5043730A Pending JPH06275133A (ja) | 1992-05-20 | 1993-03-04 | 炭素クラスター薄膜を用いた素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275133A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007029684A1 (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-15 | Ideal Star Inc. | フラーレン類又はナノチューブ、及び、フラーレン類又はナノチューブの製造方法 |
-
1993
- 1993-03-04 JP JP5043730A patent/JPH06275133A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007029684A1 (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-15 | Ideal Star Inc. | フラーレン類又はナノチューブ、及び、フラーレン類又はナノチューブの製造方法 |
| JP5406451B2 (ja) * | 2005-09-05 | 2014-02-05 | 金子 博之 | フラーレン類又はナノチューブ、及び、フラーレン類又はナノチューブの製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5451548A (en) | Electron beam deposition of gallium oxide thin films using a single high purity crystal source | |
| Choi et al. | Changes in metallicity and electronic structure across the surface ferroelectric transition of ultrathin crystalline poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymers | |
| Komiya et al. | c-axis transport and resistivity anisotropy of lightly to moderately doped La 2− x Sr x CuO 4 single crystals: Implications on the charge transport mechanism | |
| US4349425A (en) | Transparent conductive films and methods of producing same | |
| US5635455A (en) | Process for producing stabilized carbon cluster conducting or superconducting material | |
| KR100842287B1 (ko) | 급격한 금속-절연체 전이를 갖는 ｖ2ｏ3 박막의 제조방법 | |
| Manno et al. | Physical properties of sputtered molybdenum oxide thin films suitable for gas sensing applications | |
| Fraxedas et al. | Thin films of molecular metals TTF-TCNQ | |
| Cho et al. | Ultra-thin thermally grown silicon dioxide nanomembrane for waterproof perovskite solar cells | |
| JPH06275133A (ja) | 炭素クラスター薄膜を用いた素子およびその製造方法 | |
| Burgess et al. | Thermal diffusion of sodium in silicon nitride shielded silicon oxide films | |
| JPS61191954A (ja) | スズ酸化物薄膜ガスセンサ素子 | |
| Kimura et al. | Humidity-sensitive electrical properties and switching characteristics of BN films | |
| US6815733B2 (en) | Switching element and method of making the same | |
| JP3133110B2 (ja) | 炭素系化合物及び半導体素子 | |
| Pfister et al. | Enhancement of hole drift velocity in amorphous As2Se3 by iodine doping | |
| Dexin et al. | Titanium silicides formed by rapid thermal vacuum processing | |
| JPH0637363A (ja) | 炭素クラスタ超電導膜を用いた素子およびその製造方法 | |
| US4140989A (en) | Temperature sensors | |
| Jia et al. | Characterization of the Ag/YBa2Cu3O7− x contact in thin films | |
| Giani et al. | Investigation of Pt/Ti bilayer on SiN x/Si substrates for thermal sensor applications | |
| Van Huffelen et al. | Critical temperature of thin niobium films on heavily doped silicon | |
| US20230119683A1 (en) | A rare-earth metal oxyhydride based superconductive thin film and its manufacturing method | |
| Williams et al. | Effects of adsorption on the conductance-temperature properties of thin platinum films | |
| Ganesan et al. | The influence of gas adsorption and temperature on the electrical resistivity of SnSe thin films |