JPH06316766A - 二酸化珪素エレクトレットの改良製造方法及び得られた改良エレクトレット - Google Patents

二酸化珪素エレクトレットの改良製造方法及び得られた改良エレクトレット

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JPH06316766A
JPH06316766A JP6002640A JP264094A JPH06316766A JP H06316766 A JPH06316766 A JP H06316766A JP 6002640 A JP6002640 A JP 6002640A JP 264094 A JP264094 A JP 264094A JP H06316766 A JPH06316766 A JP H06316766A
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    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/02Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
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  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 寿命の長いSiO2 エレクトレットを提供す
る。 【構成】 珪素及び酸素を含有するプラズマから生じた
気相中で直接付着させることにより固体基体(5)上に
SiO2 層を形成することからなる第一工程を含むSi
2 中でエレクトレットを製造する方法において、その
ようにして形成された層(10)を、電気的にそれを帯
電させる前に、1時間より長い時間その温度を100℃
より高く上昇させることにより熱処理にかけることを特
徴とするエレクトレット製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エレクトレットの中
で、電気的に帯電した、二酸化珪素SiO2 の箔又は薄
層から作られたエレクトレットに関する。
【0002】
【従来の技術】永久的電気分極を有する誘電体であるエ
レクトレットは、マイクロホン又は静電リレーの如き多
くの装置で用いられている。
【0003】そのようなSiO2 エレクトレットは、重
合体材料から作られたものに比較して幾つかの利点、特
に次のような利点を有する: − それらは上昇させた温度で一層よい挙動を示す。 − それらは薄い厚さ、即ち10μより小さい厚さに作
ることができる。 − それらは基体上に容易に形成することができる。な
ぜなら、それらは、珪素基体の直接表面酸化により、或
は珪素又は珪素以外の他の材料により構成することがで
きる固体基体上に、珪素及び酸素を含有する適切なプラ
ズマを用いて気相で直接付着させることにより、そのよ
うな基体上に化学的に直接形成することができるからで
ある。
【0004】しかし、これらのSiO2 エレクトレット
を実現する現在知られている方式では、期待寿命は重合
体エレクトレットの寿命より短く、そのような期待寿命
は一般に数カ月に限定されている。
【0005】この期待寿命を増大するため、電気的に帯
電させる前にヘキサメチルジシランザン(HMDS)で
SiO2 を化学的に処理することが提案されているが、
この方法は操作しにくく、得られる結果は満足できるも
のではない。
【0006】エレクトレットに転化させるSiO2
を、珪素基体の直接表面酸化により得る場合、それを電
気的に帯電させる前にそのSiO2 層を加熱することに
よる最終エレクトレットの期待寿命に対する影響を研究
することも提案されてきた〔ギュンテルその他による文
献、1991年9月ベルリンで開催された第7回エレク
トレット国際シンポジウム(the 7th international sym
posium on electrets)「ISE7」の出版予稿集第66
3頁〜668頁〕。
【0007】これらの研究では、予熱は期待寿命(life
expectancy)を著しく増大することはなく、反対にこれ
らのエレクトレットの或るものについては、その予熱の
エレクトレット帯電安定性に対する影響は、そのような
安定性を「かなり減少」させることを示している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記目的、
即ちSiO2 エレクトレットの期待寿命をかなり増大さ
せると言うことを、達成することができる。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
によるSiO2 エレクトレットの製造方法は、珪素及び
酸素を含有するプラズマから生じた気相中で直接付着さ
せることにより固体基体上にSiO2 層を形成すること
からなる第一工程を含み、それら方法は、そのようにし
て形成された層を、電気的にそれを帯電させる前に、1
時間より長い時間その温度を100℃より高く上昇させ
ることにより熱処理にかけることを本質的に特徴とす
る。
【0010】好ましい態様として、次の構成(arrangeme
nts)の一つ及び(又は)他のものを更に用いる: − 前記プラズマが水素を含む。 − SiO2 層を、夫々シラン(SiH4 )及び窒素プ
ロトキシド(N2 O)である二種類の気相成分の混合物
により構成されたプラズマから形成し、それら二種類の
成分の間の化学反応を、高周波電場及び0.1〜1.5
ミリバールの圧力が存在する、加熱された、好ましくは
300℃程度の温度に加熱された基体の入った容器中で
行う。 − 前記方法に従って形成されたSiO2 層の熱処理
を、24時間を越える時間、典型的には48時間程度の
時間、150℃程度の温度で層を加熱することにより行
う。 − 熱処理後のSiO2 層の電気的帯電を、高電圧に上
昇させた伝導性ワイヤーにより、特に製造中のエレクト
レットに予想される電位の程度の電位に上昇させたグリ
ッドを通して発生させたコロナ効果を用いて行う。 − 熱処理後のSiO2 層の電気的帯電を、電子銃を用
いて行う。 − エレクトレットを形成するSiO2 層を装置の一つ
の電極を構成する金属基体上に形成し、該装置は空隙に
より前記層から分離された別の電極を有し、然も、前記
エレクトレットの厚さは0.5〜3μの範囲にある。
【0011】これらの構成条件を別として、本発明は、
好ましくは同時に用いられる、後で一層明確に述べる或
る他の条件を含んでいる。
【0012】次に、本発明の幾つかの好ましい態様を、
勿論限定的意味を持たないやり方で図面を参照して記述
する。
【0013】エレクトレットを製造する方法の第一工程
は、容器1を含み、その内部には上下に配置された水平
な伝導性板から作られた2枚の電極2及び3が配置され
ている。
【0014】コンデンサーのアーマチュア(armatures)
を形成するこれら2枚の電極2及び3を、高周波電気エ
ネルギー源4に接続する。
【0015】基体5を下の極板2の上に置き、それは金
属箔、例えば銅又は鋼の箔により構成されているのが有
利である。
【0016】容器1を、夫々二つのバルブ6及び7を、
夫々珪素及び酸素を含むガス状成分A及びBの二つの容
器8及び9に接続する。
【0017】これら二つの成分の間の化学反応を、それ
ら二つの成分の各々を適切に決定された体積でバルブ6
及び7を通って容器1中に導入し、活性化用源4により
その容器中で行う。
【0018】一般に「CVD」(化学蒸着)と言う名前
で呼ばれているこの反応は、基体5上にSiO2 10の
付着物を生ずる。
【0019】満足できる態様として: − 成分A及びBは、夫々シラン(SiH4 )及び窒素
プロトキシド(N2 O)である。 − 周波数Fは13.56MHzに等しい。 − 容器1中の圧力は0.1〜1.5ミリバールであ
る。 − 基体5を、300℃程度の温度に、特に極板2の電
気加熱により加熱する。
【0020】化学反応から生ずるSiO2 以外の化学成
分は、この例ではN2 2 であり、それは排出される。
【0021】付着物10の厚さは時間の関数として調節
することができる。上記例では付着速度は5000〜1
0000Å/分程度である。
【0022】上記厚さが0.5〜3μの値に達した時
に、源4の励起を止めることによりその工程を止める
【0023】付着した層10をこの段階で電気的に帯電
させると、得られるエレクトレットの期待寿命は小さく
なることが実験から示されている。
【0024】この期待寿命を増大するため、本発明によ
れば層10及びその基体5を、加熱工程からなる熱処理
にかける。この加熱工程は、1時間より長い時間100
℃より高い温度で行われる。
【0025】好ましい態様として、前記加熱は炉11中
で48時間程度の時間、150℃程度の温度で行う。
【0026】この層を電気的に帯電させるのは、基体5
及び層10のこの熱処理及び続く最終的冷却後のみであ
る。
【0027】この目的のために、既知のどのような帯電
法でも用いることができる。一例として、真空中での電
子銃12(図3)を用いることができる。別の例とし
て、エレクトレットの電気的帯電を、接地したトンネル
14内部に配置した高い電位Vに上昇させた伝導性ワイ
ヤー13(図4)近くで発生したコロナ効果を有する放
電を用いて行う。基体5及び層10は接地された伝導性
支持部材15上の前記ワイヤーに対向して配置する。
【0028】更に、製造中のエレクトレットの予想され
る電位に相当する電位Voに上昇させた薄いグリッド1
6をワイヤー13と層10との間に配置する。一例とし
て、電位V及びVoは、夫々−7000ボルト及び−2
00ボルトに等しい。
【0029】上で述べたように製造し、熱処理した層1
0の電気的帯電から得られたSiO 2 エレクトレット
は、著しく長い期待寿命を示し、明らかに数十年のオー
ダーの寿命を示すことが実験によって示されており、そ
のことは非常に驚くべき結果になっている。
【0030】この驚くべき結果は次のように解釈するこ
とができるであろう:それは二種類の異なった成分の化
学的結合によって形成されているため、SiO2 付着層
は、非常に低い濃度で珪素及び酸素以外の、水素及び窒
素の如き物質の原子を含んでおり、付着した層中に捕捉
されたそれら原子が、後の加熱中、後でそれらに到達す
る電荷を維持することができるトラッピング中心になる
ことができる点までブロックされる。
【0031】上述のようにして得られた長い予想寿命を
有するSiO2 エレクトレットの用途は、特にそれらの
厚さが非常に薄いことを考慮に入れると、膨大なもので
あると同時に重要なものである。
【0032】そのような用途の一つは、マイクロホン又
はイヤホンの種類の音響装置を示している図5に例示さ
れている。そのような装置は次のようなものを持ってい
る:C型の形を有する金属ケース17、その中に入った
U字型の形をした絶縁材料から作られた部材18、その
部材を閉じている、第一電極として働く有効金属板1
9、その金属板19が支えている絶縁ワッシャーリング
20、エレクトレット10、及びエレクトレットの基体
を構成する薄い伝導性箔5で、その箔はケース17の開
口上に延ばされていて、そのケースに電気的に接続され
ている。
【0033】ケース17及び箔19と電気的に接触した
ピン21及び22によって、その装置を外部の電気回路
に接続することができる。
【0034】そのような用途では、エレクトレット10
の厚さが非常に小さいことが特に注目されることであ
る。実際、もしe をエレクトレット10の厚さとし、
e′をそのエレクトレット10と電極19との間の空気
層の厚さであるとすると、考えられる音響装置の感度
は、二つの電極10と19の間の振動が無いとした場合
に存在する静電場で、それら電極によって定められたコ
ンデンサーの厚さに逆比例し、即ち e及び e′に逆比例
する静電場に比例する。
【0035】上記装置の別の態様として、電極5に面し
た側に電極19に相対してエレクトレットを配置する。
この場合、電極板19は珪素基体でもよく、孔は既知の
方法、例えば、化学的加工によってあけることができ
る。
【0036】適用されるどのような態様に従おうとも、
最終的にSiO2 エレクトレットが得られ、その構成及
び製造方法は、前述したことから充分に分かる。
【0037】これらのエレクトレットは、今まで知られ
ていたものに関する多くの利点、特に長い期待寿命、薄
い厚さ、それらが乗っている基体への緊密な付着、及び
良好な耐熱性に関する利点を有する。
【0038】既に上で述べたことから明らかなように、
また、それらから更に分かるように、本発明は、その態
様及び一層特別に考えられてきた用途の例に何等限定さ
れるものではなく、反対に、それらの全ての変更したも
のを包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエレクトレット製造方法の第一工
程を概略的に示す図である。
【図2】本発明の方法の第二工程を概略的に示す図であ
る。
【図3】本発明の方法の第三工程の一つの態様を概略的
に示す図である。
【図4】本発明の方法の第三工程の別の態様を概略的に
示す図である。
【図5】本発明によるSiO2 エレクトレットを具えた
音響装置の概略的断面図である。
【符号の説明】
1 容器 2 電極 3 電極 5 基体 10 SiO2 付着層 12 電子銃 13 伝導性ワイヤー 16 グリッド 19 電極板 21 ピン 22 ピン
フロントページの続き (72)発明者 ディディエ ペリノ フランス国リュエユ − マルメゾン,リ ュ ボルテール,84

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 珪素及び酸素を含有するプラズマから生
    じた気相中で直接付着させることにより、固体基体
    (5)上にSiO2 層を形成することからなる第一工程
    を含むSiO2 エレクトレットを製造する方法におい
    て、そのようにして形成された層(10)を、電気的に
    それを帯電させる前に、1時間より長い時間その温度を
    約100℃より高く上昇させることにより熱処理にかけ
    ることを特徴とするSiO2 エレクトレット製造方法。
  2. 【請求項2】 プラズマが水素を含む、請求項1に記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 SiO2 層を、夫々シラン(SiH4
    及び窒素プロトキシド(N2 O)である二種類の気相成
    分の混合物により構成されたプラズマから形成し、それ
    ら二種類の成分の間の化学反応を、高周波電場及び0.
    1〜1.5ミリバールの圧力が存在する、加熱された、
    好ましくは300℃程度の温度に加熱された基体の入っ
    た容器中で行う、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 SiO2 層の熱処理が、24時間を越え
    る時間、典型的には48時間程度の時間、150℃程度
    の温度で層を加熱することにより行う、請求項3に記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 熱処理後のSiO2 層(10)の電気的
    帯電を高電圧に上昇させた伝導性ワイヤー(13)によ
    り、特に製造中のエレクトレットに予想される電位程度
    の電位に上昇させたグリッド(16)を通して発生させ
    たコロナ効果を用いて行う、請求項1〜4のいずれか1
    項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 熱処理後のSiO2 層(10)の電気的
    帯電を、電子銃(12)を用いて行う、請求項1〜5の
    いずれか1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 電荷を保持するトラップとして働く、珪
    素及び酸素以外の物質の原子を非常に低い濃度で含有す
    る、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により製
    造されたSiO2 エレクトレット。
  8. 【請求項8】 エレクトレットが装置の一つの電極を構
    成する金属基体(5)上に形成されており、該装置は空
    隙により前記エレクトレットから分離された別の電極
    (19)を有し、前記エレクトレットの厚さが0.5〜
    3μの範囲にある、請求項7に記載のエレクトレット。
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FR2700414A1 (fr) 1994-07-13
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