JPH07171382A - 分子プロセス及びそのための装置 - Google Patents

分子プロセス及びそのための装置

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JPH07171382A JP6195157A JP19515794A JPH07171382A JP H07171382 A JPH07171382 A JP H07171382A JP 6195157 A JP6195157 A JP 6195157A JP 19515794 A JP19515794 A JP 19515794A JP H07171382 A JPH07171382 A JP H07171382A
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    • C07C17/23Preparation of halogenated hydrocarbons by dehalogenation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定のタイプの発生源から放出された電子に
よる、分子の衝撃により、分子プロセスの開始及び/ま
たは触媒作用を起こす新規な手段を提供する。 【構成】 物質において、分子プロセスまたは分子反応
を開始させる方法であって、該物質を冷陰極装置の表面
に接触させ、該冷陰極装置を通して電位を印加し、該開
始が起こるのに十分なエネルギーレベルを有する該表面
から電子が放出されるようにすることを含む方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、装置の表面上に存在す
る物質における分子プロセスを開始させる方法及び装置
に関する。
【0002】
【従来技術】分子プロセスもしくは分子反応の開始また
は触媒作用を、種々の手段により導くことができ、かつ
それらを引き起こす多くの方法が知られている。
【0003】
【発明の内容】本発明は、特定のタイプの発生源から放
出された電子による、分子の衝撃により、分子プロセス
の開始及び/または触媒作用を起こす新規な手段の提供
に関連しており、そのことは、該衝撃間の電子エネルギ
ーの良好なコントロールを可能にすることを意味する。
本発明により、物質において分子プロセスまたは分子反
応を開始させる方法を提供する。前記方法は、前記物質
を冷陰極装置の表面に接触させ、かつ電位を該冷陰極装
置を通して印加し、前記開始を起こすのに十分なエネル
ギーレベルを有する該表面から電子が放出されるように
することを含むものである。
【0004】用語“冷陰極”は、電子工学の技術分野に
おいて周知のものであり、かつ特定の電極を組み込んで
いる装置として容易に定義することができる。この特定
の電極とは、例えば、100 ℃未満の常温及び一般的に周
囲温度で、冷陰極装置を通る高い電位傾度により電子放
出が起こるものである。次に冷陰極の例を挙げる。 i) 一般に、多くのケイ素またはタングステンのコーン
から作られている“チップエミッター(tip emitter
s)”。 ii) 電子が、p-n 接合を通って、その表面付近で加速さ
れ、かつ高い電子放出密度を可能にする真空中に放出さ
れる“バック−バイアス接合冷陰極”。 iii)薄いサンドイッチ絶縁体層が、同一のまたは異なる
金属の2つの金属層の間に設けられている“金属−絶縁
体−金属(MIM) 装置”。
【0005】一般に、冷陰極、特に、上記のそれぞれの
タイプの冷陰極装置を、該装置を通して電圧の印加及び
調節を行うことにより、作動させることができる。電圧
の調節は、該装置から放出された電子が、特に、前記装
置と接触している物質において、所望の分子プロセスを
開始するための適切なレベルの動力学的エネルギーを有
することを確実にするために重要である。上記のそれぞ
れのタイプの冷陰極を、本発明の方法で使用することが
できるが、特に、MIM 冷陰極装置を使用することにより
良好な結果が得られることが、見い出された。先に述べ
たように、このようなMIM 装置は、金属−絶縁体−金属
サンドイッチを含み、それぞれの金属層は、同一のまた
は異なる金属であってもよい。例えば、一方の金属層に
は陽電荷で、他方の層には陰電荷で、それぞれバイアス
をかけてある前記装置を通して印加された十分な電位
(電圧)により、陽電荷でバイアスされた金属層から、
電子が放出される。
【0006】陰電荷でバイアスされる層が、比較的良好
な導体からなる限りは、その組成は、とくには重要でな
い。より重要なのは、陽電荷でバイアスされる層の選択
であり、該層のために、金、銀、銅、錫、ビスマス、コ
バルト、鉄、イリジウム、ニッケル、鉛、及び白金を使
用することができ、;この層のために使用する金属とし
て最も好ましいのは、上記リストの最初の4種のうちの
1種である。使用してもよい他の金属に、アルミニウ
ム、ベリリウム、クロム、マグネシウム、マンガン及び
亜鉛がある。また、炭素及びケイ素は、陽電荷でバイア
スされる層の候補であり、本明細書の目的のために、こ
れらの元素は、用語“金属”に組み込まれるものとす
る。金属−絶縁体−金属層の界面の清潔さが、前記装置
からの安定した電子放出のために重要であることが、見
い出されている。
【0007】好ましい実施態様において、陰電荷でバイ
アスされた層から陽電荷でバイアスされた層への電子の
輸送を導く金属層間の電位−絶縁層を通して、現場で、
成長する金属ミクロフィラメントを通る前記装置の "電
流"(及びそれに従った該装置からの放出) により、実際
に、MIM 装置が作動する。これらのミクロフィラメント
を形成する方法は、ときに、“電鋳(electro-forming)
”または単に“形成(forming) ”と呼ばれており、該
装置からの限界電圧を一旦越えた場合に該MIM 装置にお
いて行なわれる。好ましいMIM 装置において行う電鋳の
方法にもかかわらず、十分に高い電圧が該装置を通して
印加された場合、該MIM 装置により放出される電流は、
陰電荷でバイアスされた金属層から該装置を通り、量子
力学的トンネル現象を伴う、電子の直流電場からの放出
に寄与していると考えられる。従って、絶縁体層の厚さ
の選択は、該装置の良好な作動のために重要であり、;
特に、電子放出装置を通ることを必要とされる電圧を印
加した場合、該層の厚さは、該装置の電流が十分大きい
ように十分に薄くなければならず、さらに絶縁破壊を防
止するように十分に厚くなければならない。一般に、10
0 〜1,000 オングストローム (Å) の厚さの絶縁体が有
用であることが、見い出された。前記の厚さは少なくと
も200 Å、例えば、300 Åであることが好ましい。
【0008】金属層の厚さは、あまり重要ではない。し
かしながら、一般に、陰電荷でバイアスされた層は、所
望の電流を導くために必要とされる厚さでよいが、陽電
荷でバイアスされた層は、該装置からの最大限の電子放
出を提供することができるように、理想的には、可能な
限り薄くすべきである。それにもかかわらず、かなり薄
い金属層は比較的高い電気抵抗と関連しており、陽電荷
でバイアスされた層の抵抗、好ましくは他方の層の該抵
抗も十分に低く、例えば40オーム未満であるのを確実に
するのが望ましい。一般に、これは、約500 〜2,000
Å、例えば、約1,000 Åの厚さの金属層と関連してい
る。
【0009】本発明の冷陰極方法を用いる場合、該分子
プロセスの対象である分子を、十分に冷たい電極表面上
に吸着させることができる。この十分に冷たいとは、例
えば、電極が分子の凝縮層を作り出す周囲温度又は(通
常は)それよりも低い温度である。この層の厚さは、チ
ャンバー内に許容されるガスの量(即ち、その圧力と適
応時間による。)によって制御される。次いで、前記分
子プロセスは、陰極電圧が印加された場合に進めること
ができる。あるいは、前記方法は、例えば周囲温度にさ
らされている間、前記冷陰極装置の表面上にわたる、分
子プロセスの対象であるガス分子の流れ(パルス)を伴
うものでもよい。
【0010】前記分子プロセスを行うことができるチャ
ンバー内の圧力は、数々の要因により変動し得るもので
ある。例えば、前記装置の表面上での分子の凝縮を伴う
上記の作業の最初のモードにおいて、前記方法は、全体
的に、圧力の影響をあまり受けない。一般に、前記圧力
は、前記工程中に、ガスがチャンバーからポンプ除去さ
れるため、比較的低いものであってもよい。しかしなが
ら、前記工程のために、周囲圧力に近い圧力で作業する
ことが可能である。同様に、前記装置の表面上にわたる
ガス分子の流れを伴う上記作業の第2モードにおいて、
5×10-9ミリバール(mbar)(使用する基本的圧力)〜5
×10-6ミリバール(イオン反応生成物を検出するための
質量分析計を満足に使用するための最大圧力)の圧力範
囲が有用であることが見い出されており、:その収率
は、該収率が、前記陰極装置の表面に当たるガス分子の
数により制限されることを示す投与圧力と直線的に変動
する。同じく、前記冷陰極を通して印加された電圧は、
本発明の方法により開始される分子プロセスに依存して
変動する。下記の表に、その分子から前述したイオンを
生成するための、いくつかの典型的なガス−相の共鳴エ
ネルギーを挙げている。
【0011】
【表1】 表1 イオン/分子 共鳴エネルギー(eV) Cl- /CCl4 、CHCl3 0.0 〜0.2 F - /F2 0.09 Cl- /Cl2 0.03;2.5;9.7 Br- /Br2 0.07;0.5;1.4;3.7;5.3;8.5 I - /I2 0.05;0.9;2.5 H + /H2 3.75;10.2;13.9 Cl- /HCl 0.81;0.84 Br- /HBr 0.28 I - /HI 0.0 H + /HCl 6.9;9.2 H + /H2O 6.5;8.6 OH - /H2O 6.4;8.4;11.2 HS- /H2S 2.3 H + /H2S 5.5;8.0 S - /H2S 10.0 O - /O2 6.5 O - /CO2 4.4;8.0 O - /NO 8.0 O - /CO 9.8;11.0
【0012】ここで注意すべきことは、1以上のピーク
を観察することができるような電子エネルギーの関数と
しての、イオン収率スペクトルにおける注目すべき構造
があることである。一般に、本発明の方法は、かなり調
子をあわせることができるものであり、かつ前記冷陰極
により放出された電子エネルギーを選択して、陽イオン
よりも多くその表面上に存在する(即ち、吸着された)
分子の1種の共鳴レベル(陰イオン状態)を形成するこ
とができ、;他の電子エネルギーを選択して、他の種を
選ぶことができる。本発明の方法の作業の原理の鍵とし
て、電子が、前記冷陰極の表面上から放出されることが
挙げられ、該冷陰極の表面上に反応分子が接触し、吸着
される。従って、前記方法を、反応体ガス流の比較的高
い圧力の流れにおいて行うことができる。
【0013】本発明をより理解するために、好ましい例
を示すことのみを目的として、添付図面に言及する。前
記の図に関して、図1は、化学反応を開始及び調節する
ために使用するマイクロ電子装置を示す。前記装置は、
金属層の両方が銅であり、かつ絶縁層が SiO X である、
薄いフィルムの金属−絶縁体−金属(MIM) サンドイッチ
を含む。その全ての層を、超高真空において、抵抗性加
熱ボート(resistively heated boat)から蒸発すること
により製造した。図1に示した冷陰極装置を使用して、
反応器のチャンバーにおけるクロロホルム(CCl3H) によ
り分子反応を開始させた。前記クロロホルムを前記チャ
ンバー中に入れ、該クロロホルム分子を前記装置の外
(上面)表面上に吸着させ、該装置の電子エネルギーを
調節し(上面に陽電荷でバイアスされた金属層を有する
装置を通して印加された電圧を調節することにより)、
該吸着において解離的電子付着(DA)共鳴に対応させ、そ
れにより、下記に表される分子の解離を引き起こした; e- + CCl3H - ->CCl3H - ->CCl2+Cl - この方法ための断面図は、標的分子の親和力レベルに対
応する特定エネルギーで、十分に規定された共鳴を示
し、該分子には、入射電子を注入する。
【0014】図2は、金属−絶縁体−金属(MIM) 装置の
外部表面から脱着したCl- イオンの収率を示す。この外
部表面は、該装置をハウジングする減圧チャンバーに収
容され、50秒間(0.5ランガイルス(Languirs)、(該装置
を通して印加される電圧の関数である。))CCl3H ガス10
-8 ミリバールの圧力にさらされることにより、クロロ
ホルム(CCl3H) を吸着している。また、プロットは、前
記装置から放出された電子の流れである。図2から、下
記のことが明らかである; (a) 弱く吸着されたCCl3H が、前記装置により解離さ
れ、かつ(b) 電子放出及びイオン脱着のための、同様の
電圧限界により示されるように、該装置からの電子放出
により、解離が起こる。前記電圧が、コンピューターの
インターフェイスを介してセットされているので、これ
は、事実上、コンピューターによりプログラムされた
“電圧−調節触媒”である。
【0015】図3は、作業における前記装置の他の例を
提供し;ここで、CCl3H ガスのパルスを、該装置をハウ
ジングする減圧室に入れ、かつ脱着したCl- シグナル
を、該装置が定常作業条件下において作動している間
の、時間の関数として記録する。前記分子の解離シグナ
ルは、明らかに、収容されたガス圧の跡を残し、これら
の条件下において、該装置を作動させるのは、制限され
た放出電流よりもむしろ制限されたガス流であることを
示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の方法において使用する冷陰極
装置の略図である。
【図2】図2は、冷陰極(MIM) 装置を通して印加された
電圧の関数としての、該装置の外部表面から脱着したCl
- イオンの収率のグラフであり、その外部表面上におい
て、クロロホルムが吸着される。
【図3】図3は、図2の例とは別に、前記装置がCCl3H
ガスのパルスにさらされている間に、時間の関数として
記録されたクロロホルム源シグナルからの脱着したCl-
シグナルのグラフを示す。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物質において分子プロセスまたは分子反
    応を開始させる方法であって、該物質を冷陰極装置の表
    面に接触させ、該冷陰極装置を通して電位を印加し、該
    開始が起こるのに十分なエネルギーレベルを有する該表
    面から電子が放出されるようにすることを含む方法。
  2. 【請求項2】 冷陰極が、金属−絶縁体−金属(MIM) 装
    置である請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 MIM 装置の絶縁層の厚さが、100 〜1000
    オングストロームである請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 MIM 装置の絶縁層の厚さが、少なくとも
    200 オングストロームである請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 陽電荷でバイアスされた層の電気抵抗
    が、40オーム未満である請求項2〜4のいずれか1項に
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 MIM 装置の金属層が両方とも銅であり、
    かつ絶縁層が酸化ケイ素(SiO X )である請求項2〜5の
    いずれか1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 クロロホルム(CCl3H) により分子反応を
    開始する請求項2〜6のいずれか1項に記載の方法。
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