JPH095807A - 超微粒子分散材料およびその製造方法 - Google Patents
超微粒子分散材料およびその製造方法Info
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- JPH095807A JPH095807A JP15468695A JP15468695A JPH095807A JP H095807 A JPH095807 A JP H095807A JP 15468695 A JP15468695 A JP 15468695A JP 15468695 A JP15468695 A JP 15468695A JP H095807 A JPH095807 A JP H095807A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】充分な量子閉じ込め効果が得られると共に光散
乱による効率の低下を起こさない新規な超微粒子分散材
料及びその製造方法を提供する。 【構成】本発明は、マトリックス中に超微粒子を分散し
た超微粒子分散材料において、マトリックス体が非晶質
炭素膜であることを特徴とする。その製造方法としては
例えば、平行平板型の電極３の片側に基板８を設置し、
対向側を超微粒子となる半導体材料のターゲット２と
し、ガス導入口５から真空チャンバー１内に炭化水素ガ
ス等を供給しながらＲＦ電源７により基板側電極３にＲ
Ｆを給電することにより基板８上に非晶質炭素膜を堆積
させ、次いでガス種を希ガスに変えてＲＦ電源６により
半導体ターゲット２にＲＦを給電することにより基板８
上に半導体超微粒子を堆積させる。そしてこの操作を繰
り返すことによって非晶質炭素膜中に半導体超微粒子が
分散した超微粒子分散膜が得られる。
乱による効率の低下を起こさない新規な超微粒子分散材
料及びその製造方法を提供する。 【構成】本発明は、マトリックス中に超微粒子を分散し
た超微粒子分散材料において、マトリックス体が非晶質
炭素膜であることを特徴とする。その製造方法としては
例えば、平行平板型の電極３の片側に基板８を設置し、
対向側を超微粒子となる半導体材料のターゲット２と
し、ガス導入口５から真空チャンバー１内に炭化水素ガ
ス等を供給しながらＲＦ電源７により基板側電極３にＲ
Ｆを給電することにより基板８上に非晶質炭素膜を堆積
させ、次いでガス種を希ガスに変えてＲＦ電源６により
半導体ターゲット２にＲＦを給電することにより基板８
上に半導体超微粒子を堆積させる。そしてこの操作を繰
り返すことによって非晶質炭素膜中に半導体超微粒子が
分散した超微粒子分散膜が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超微粒子分散材料に関
し、詳しくは、三次元の閉じ込めによる量子サイズ効果
を利用した、特に非線形光学材料として有用な、超微粒
子をマトリックス体中に分散させた超微粒子分散材料お
よびその製造方法に関する。
し、詳しくは、三次元の閉じ込めによる量子サイズ効果
を利用した、特に非線形光学材料として有用な、超微粒
子をマトリックス体中に分散させた超微粒子分散材料お
よびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス中にＣｄＳXＳｅ1-Xなどの微粒子
を分散させた半導体微粒子分散ガラス材料は、量子閉じ
込め効果により、大きな非線形光学効果が期待されてい
る。このような半導体微粒子分散ガラス材料は例えば溶
融法によって作製される。すなわち半導体を含むガラス
を１２００℃以上の温度で溶融した後急冷し、さらにガ
ラスの軟化点付近の温度で再熱処理して半導体微粒子を
析出させるのであるが、高温で溶融するために半導体成
分の蒸発や分解が起こりやすく、半導体材料が制限され
る。また熱処理によって微結晶を析出させるので、ガラ
スマトリックス組成も制限され、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−Ｓ
ｉＯ2や一部のＰ2Ｏ5系の組成に限られる。さらに半導
体微粒子表面が雰囲気ガスやガラスと反応して酸化など
化学変化を起こす。このためガラスと半導体微粒子との
界面に複合欠陥を作り、緩和の遅い螢光が観測されてい
る。
を分散させた半導体微粒子分散ガラス材料は、量子閉じ
込め効果により、大きな非線形光学効果が期待されてい
る。このような半導体微粒子分散ガラス材料は例えば溶
融法によって作製される。すなわち半導体を含むガラス
を１２００℃以上の温度で溶融した後急冷し、さらにガ
ラスの軟化点付近の温度で再熱処理して半導体微粒子を
析出させるのであるが、高温で溶融するために半導体成
分の蒸発や分解が起こりやすく、半導体材料が制限され
る。また熱処理によって微結晶を析出させるので、ガラ
スマトリックス組成も制限され、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−Ｓ
ｉＯ2や一部のＰ2Ｏ5系の組成に限られる。さらに半導
体微粒子表面が雰囲気ガスやガラスと反応して酸化など
化学変化を起こす。このためガラスと半導体微粒子との
界面に複合欠陥を作り、緩和の遅い螢光が観測されてい
る。
【０００３】上記の問題を解決するためにスパッタリン
グ法による作製が試みられている。すなわちガラス上に
半導体材料を載せた複合ターゲットをＡｒなどの雰囲気
中でＲＦスパッタリングし、基板上に半導体微粒子が分
散したガラス膜を形成するものである。この方法では半
導体材料やマトリックス組成が自由に選定でき、例えば
マトリックスとして光学的，熱的特性に優れ、誘電率が
上記のガラス等に比べて小さいために閉じ込め効果がよ
り期待できるＳｉＯ2 がしばしば用いられる。しかし、
この場合においても半導体微粒子表面が酸化されやすい
という問題は依然として残されている。またスパッタリ
ング法によって作製したＳｉＯ2 膜は１００ｎｍ程度以
上の大きさのグレインからなる場合があり、用いる光の
波長によっては散乱を受け効率が低下するという問題も
ある。
グ法による作製が試みられている。すなわちガラス上に
半導体材料を載せた複合ターゲットをＡｒなどの雰囲気
中でＲＦスパッタリングし、基板上に半導体微粒子が分
散したガラス膜を形成するものである。この方法では半
導体材料やマトリックス組成が自由に選定でき、例えば
マトリックスとして光学的，熱的特性に優れ、誘電率が
上記のガラス等に比べて小さいために閉じ込め効果がよ
り期待できるＳｉＯ2 がしばしば用いられる。しかし、
この場合においても半導体微粒子表面が酸化されやすい
という問題は依然として残されている。またスパッタリ
ング法によって作製したＳｉＯ2 膜は１００ｎｍ程度以
上の大きさのグレインからなる場合があり、用いる光の
波長によっては散乱を受け効率が低下するという問題も
ある。
【０００４】この問題を解決するために、特開平５−１
５０２７８号公報や特開平５−１５０２７６号公報記載
の技術では、半導体微粒子の外側表面を窒化物の非晶質
膜や有機高分子材料で被覆した後にガラス中に分散させ
る方法を提案している。しかし、この方法では装置が複
雑になったり工程が長くなる、あるいは被覆が不完全で
ある場合、効果が発揮されないといった問題がある。ま
た特開平４−２０４４２６号公報記載の技術では半導体
微粒子を水素を添加した窒化物あるいは炭化物の非晶質
膜中に分散させているが、このような膜の比誘電率はそ
れほど小さくなく、充分な閉じ込め効果が期待できない
という欠点がある。
５０２７８号公報や特開平５−１５０２７６号公報記載
の技術では、半導体微粒子の外側表面を窒化物の非晶質
膜や有機高分子材料で被覆した後にガラス中に分散させ
る方法を提案している。しかし、この方法では装置が複
雑になったり工程が長くなる、あるいは被覆が不完全で
ある場合、効果が発揮されないといった問題がある。ま
た特開平４−２０４４２６号公報記載の技術では半導体
微粒子を水素を添加した窒化物あるいは炭化物の非晶質
膜中に分散させているが、このような膜の比誘電率はそ
れほど小さくなく、充分な閉じ込め効果が期待できない
という欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであって、その第１の目的は、充分な量
子閉じ込め効果が得られると共に光散乱による効率の低
下を起こさない新規な超微粒子分散材料を提供すること
にある。本発明の第２の目的は、光吸収を減少し、さら
に効率が向上する上記超微粒子分散材料を提供すること
である。本発明の第３の目的は、さらに効果的に電子及
び正孔を閉じ込めることができる上記超微粒子分散材料
を提供することであり、本発明の第４の目的は、励起子
を閉じ込めることにより、非線形光学効果がより増大す
る上記超微粒子分散材料を提供することである。本発明
の第５の目的は、超微粒子表面の酸化を防止して、超微
粒子とマトリックスとの界面での複合欠陥を減少できる
上記超微粒子分散材料を提供することであり、本発明の
第６の目的は、そのような超微粒子分散材料を作製する
製造方法を提供することである。
みなされたものであって、その第１の目的は、充分な量
子閉じ込め効果が得られると共に光散乱による効率の低
下を起こさない新規な超微粒子分散材料を提供すること
にある。本発明の第２の目的は、光吸収を減少し、さら
に効率が向上する上記超微粒子分散材料を提供すること
である。本発明の第３の目的は、さらに効果的に電子及
び正孔を閉じ込めることができる上記超微粒子分散材料
を提供することであり、本発明の第４の目的は、励起子
を閉じ込めることにより、非線形光学効果がより増大す
る上記超微粒子分散材料を提供することである。本発明
の第５の目的は、超微粒子表面の酸化を防止して、超微
粒子とマトリックスとの界面での複合欠陥を減少できる
上記超微粒子分散材料を提供することであり、本発明の
第６の目的は、そのような超微粒子分散材料を作製する
製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、マトリックス中に超微粒子を分
散した超微粒子分散材料において、マトリックス体が非
晶質炭素膜であることを特徴としている。
め、請求項１の発明は、マトリックス中に超微粒子を分
散した超微粒子分散材料において、マトリックス体が非
晶質炭素膜であることを特徴としている。
【０００７】請求項２の発明は、上記超微粒子分散材料
において、超微粒子材料の禁制帯幅が非晶質炭素膜の光
学的バンドギャップより小さいことを特徴としている。
において、超微粒子材料の禁制帯幅が非晶質炭素膜の光
学的バンドギャップより小さいことを特徴としている。
【０００８】請求項３の発明は、上記超微粒子分散材料
において、超微粒子の大きさが電子および正孔が量子準
位を形成する大きさ以下であることを特徴としている。
において、超微粒子の大きさが電子および正孔が量子準
位を形成する大きさ以下であることを特徴としている。
【０００９】請求項４の発明は、上記超微粒子分散材料
において、超微粒子材料がＩ−ＶII族、(Ｉ)2−ＶI族、
II−ＶI 族、あるいはそれらの混晶半導体であることを
特徴としている。
において、超微粒子材料がＩ−ＶII族、(Ｉ)2−ＶI族、
II−ＶI 族、あるいはそれらの混晶半導体であることを
特徴としている。
【００１０】請求項５の発明は、上記超微粒子分散材料
において、非晶質炭素膜が少なくとも水素元素を含むこ
とを特徴としている。
において、非晶質炭素膜が少なくとも水素元素を含むこ
とを特徴としている。
【００１１】請求項６の発明は、上記超微粒子分散材料
の製造方法であって、上記非晶質炭素膜の形成が少なく
とも水素原子を含む気体中で行なわれることを特徴とし
ている。
の製造方法であって、上記非晶質炭素膜の形成が少なく
とも水素原子を含む気体中で行なわれることを特徴とし
ている。
【００１２】
【作用】以下、本発明の構成及び作用について詳細に説
明する。本発明のマトリックス中に超微粒子を分散させ
た超微粒子分散材料は、マトリックス体が非晶質炭素膜
である超微粒子分散材料である。本発明における超微粒
子材料はその禁制帯幅が非晶質炭素膜の光学的バンドギ
ャップより小さいことが好ましい。また超微粒子の大き
さは電子および正孔が量子準位を形成する大きさ以下で
あることが好ましい。さらには超微粒子材料がＩ−ＶII
族、(Ｉ)2−ＶI族、II−ＶI 族、あるいはそれらの混晶
半導体から選ばれることが好ましい。また前記構成にお
いて非晶質炭素膜は少なくとも水素元素を含むことが好
ましい。このため非晶質炭素膜の形成は少なくとも水素
原子を含む気体中で行なわれるのが好ましい。
明する。本発明のマトリックス中に超微粒子を分散させ
た超微粒子分散材料は、マトリックス体が非晶質炭素膜
である超微粒子分散材料である。本発明における超微粒
子材料はその禁制帯幅が非晶質炭素膜の光学的バンドギ
ャップより小さいことが好ましい。また超微粒子の大き
さは電子および正孔が量子準位を形成する大きさ以下で
あることが好ましい。さらには超微粒子材料がＩ−ＶII
族、(Ｉ)2−ＶI族、II−ＶI 族、あるいはそれらの混晶
半導体から選ばれることが好ましい。また前記構成にお
いて非晶質炭素膜は少なくとも水素元素を含むことが好
ましい。このため非晶質炭素膜の形成は少なくとも水素
原子を含む気体中で行なわれるのが好ましい。
【００１３】量子サイズ効果を示す超微粒子分散材料に
望まれるのは、第一にマトリックスの作る深いポテンシ
ャルによって超微粒子中の電子および正孔が三次元的に
効果的に閉じ込められることである。このためにはマト
リックスの比誘電率は小さい方がよい。非晶質炭素膜の
比誘電率は作製条件によって変わるが２〜４程度であ
り、ＳｉＯ2 と同等かそれ以下である。第二には光の利
用効率が高いことが非線形光学材料として利用する場合
に重要である。スパッタリング法によって作製したＳｉ
Ｏ2 膜は１００ｎｍ程度以上の大きさのグレインからな
る場合があり、用いる光の波長によっては散乱を受け効
率が低下する。これに対して非晶質炭素膜は、例えばプ
ラズマＣＶＤ法で作製した場合、電子顕微鏡で確認でき
るレベルのグレインは存在せず非常に平坦な膜である。
第三に超微粒子とマトリックスの界面に複合欠陥を作ら
ないこと、すなわち超微粒子表面がマトリックスによっ
て酸化を受けないことが非線形光学材料としての応答速
度の点で重要である。この点に関しても、非晶質炭素膜
は還元性である炭素元素を主体として成り立っているた
め超微粒子表面の酸化防止に効果的である。以上のよう
に非晶質炭素膜をマトリックス体とした超微粒子分散材
料は優れた特性を有する新規な材料である。
望まれるのは、第一にマトリックスの作る深いポテンシ
ャルによって超微粒子中の電子および正孔が三次元的に
効果的に閉じ込められることである。このためにはマト
リックスの比誘電率は小さい方がよい。非晶質炭素膜の
比誘電率は作製条件によって変わるが２〜４程度であ
り、ＳｉＯ2 と同等かそれ以下である。第二には光の利
用効率が高いことが非線形光学材料として利用する場合
に重要である。スパッタリング法によって作製したＳｉ
Ｏ2 膜は１００ｎｍ程度以上の大きさのグレインからな
る場合があり、用いる光の波長によっては散乱を受け効
率が低下する。これに対して非晶質炭素膜は、例えばプ
ラズマＣＶＤ法で作製した場合、電子顕微鏡で確認でき
るレベルのグレインは存在せず非常に平坦な膜である。
第三に超微粒子とマトリックスの界面に複合欠陥を作ら
ないこと、すなわち超微粒子表面がマトリックスによっ
て酸化を受けないことが非線形光学材料としての応答速
度の点で重要である。この点に関しても、非晶質炭素膜
は還元性である炭素元素を主体として成り立っているた
め超微粒子表面の酸化防止に効果的である。以上のよう
に非晶質炭素膜をマトリックス体とした超微粒子分散材
料は優れた特性を有する新規な材料である。
【００１４】次に、光の利用効率の向上に関してさらに
言えば、用いる光の波長（一般に超微粒子の吸収ピーク
近傍の波長）でのマトリックスの吸収係数が小さいこと
が好ましい。このため超微粒子材料の禁制帯幅は非晶質
炭素膜の光学的バンドギャップより小さいことが好まし
い。非晶質炭素膜の光学的バンドギャップは作製条件に
よって変えることができ、可変範囲は１〜３ｅＶ程度で
ある。したがって超微粒子材料としては禁制帯幅が３ｅ
Ｖ以下、望ましくは２．５ｅＶ以下、より望ましくは２
ｅＶ以下の半導体が好ましい。
言えば、用いる光の波長（一般に超微粒子の吸収ピーク
近傍の波長）でのマトリックスの吸収係数が小さいこと
が好ましい。このため超微粒子材料の禁制帯幅は非晶質
炭素膜の光学的バンドギャップより小さいことが好まし
い。非晶質炭素膜の光学的バンドギャップは作製条件に
よって変えることができ、可変範囲は１〜３ｅＶ程度で
ある。したがって超微粒子材料としては禁制帯幅が３ｅ
Ｖ以下、望ましくは２．５ｅＶ以下、より望ましくは２
ｅＶ以下の半導体が好ましい。
【００１５】量子閉じ込め効果に関してさらに言えば、
超微粒子の大きさが電子および正孔が量子準位を形成す
る大きさ以下であることが好ましく、用いる半導体の種
類によって異なるが、粒子径としては通常、０．５〜５
０ｎｍ程度が好ましく、２〜２０ｎｍ程度がより好まし
い。特に半導体の励起子のボーア半径の２倍以上であっ
て上記の範囲であれば、励起子の閉じ込めが起こるので
なお好ましい。この観点から超微粒子材料としては励起
子のボーア半径が小さい（束縛エネルギーが大きい）も
のが好ましく、Ｉ−ＶII族、(Ｉ)2−ＶI族、II−ＶI
族、あるいはそれらの混晶半導体から選ばれることが好
ましい。このような材料としてＣｕＣｌ，ＣｕＢｒ，Ａ
ｇＩ，Ｃｕ2Ｏ，Ａｇ2Ｏ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｄ
Ｓ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＣｄXＨｇ1-XＴｅ等が挙げら
れる。これらの励起子のボーア半径は例えば、ＣｕＣｌ
が０．６７ｎｍ、Ｃｕ2Ｏ が０．７ｎｍ、ＣｄＳｅが５
ｎｍであり、同族に属する材料は近い値を示すと考えら
れることから、Ｉ−ＶII族および(Ｉ)2−ＶI族がより好
ましい。また、上述の禁制帯幅の観点を加味するなら
ば、Ｃｕ2Ｏ（１．８〜２．０ｅＶ），Ａｇ2Ｏ（１．６
ｅＶ），ＣｄＳｅ（１．７ｅＶ），ＣｄＴｅ（１．４ｅ
Ｖ），ＣｄXＨｇ1-XＴｅ（０．４〜１．４ｅＶ）等が好
ましい。
超微粒子の大きさが電子および正孔が量子準位を形成す
る大きさ以下であることが好ましく、用いる半導体の種
類によって異なるが、粒子径としては通常、０．５〜５
０ｎｍ程度が好ましく、２〜２０ｎｍ程度がより好まし
い。特に半導体の励起子のボーア半径の２倍以上であっ
て上記の範囲であれば、励起子の閉じ込めが起こるので
なお好ましい。この観点から超微粒子材料としては励起
子のボーア半径が小さい（束縛エネルギーが大きい）も
のが好ましく、Ｉ−ＶII族、(Ｉ)2−ＶI族、II−ＶI
族、あるいはそれらの混晶半導体から選ばれることが好
ましい。このような材料としてＣｕＣｌ，ＣｕＢｒ，Ａ
ｇＩ，Ｃｕ2Ｏ，Ａｇ2Ｏ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｄ
Ｓ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＣｄXＨｇ1-XＴｅ等が挙げら
れる。これらの励起子のボーア半径は例えば、ＣｕＣｌ
が０．６７ｎｍ、Ｃｕ2Ｏ が０．７ｎｍ、ＣｄＳｅが５
ｎｍであり、同族に属する材料は近い値を示すと考えら
れることから、Ｉ−ＶII族および(Ｉ)2−ＶI族がより好
ましい。また、上述の禁制帯幅の観点を加味するなら
ば、Ｃｕ2Ｏ（１．８〜２．０ｅＶ），Ａｇ2Ｏ（１．６
ｅＶ），ＣｄＳｅ（１．７ｅＶ），ＣｄＴｅ（１．４ｅ
Ｖ），ＣｄXＨｇ1-XＴｅ（０．４〜１．４ｅＶ）等が好
ましい。
【００１６】超微粒子とマトリックス界面の複合欠陥の
減少に関してさらに言えば、非晶質炭素膜が少なくとも
水素元素を含むことで超微粒子表面の還元作用がより増
すので表面の酸化防止に効果的である。また非晶質炭素
膜自体のダングリングボンドを減少させる点でも有用で
ある。膜中水素量は作製条件によって異なるが、１０〜
５０atm％ 程度である。このような非晶質炭素膜の形成
は少なくとも水素原子を含む気体中で行なうのが好まし
い。具体的には炭化水素ガスやアルコール類、ケトン
類、エーテル類、エステル類等を気化したもの、および
それらに水素を添加したもの、あるいは炭酸ガス等に水
素を添加したもの等を原料ガスとし、必要に応じて希ガ
ス等を混合したガス中でのプラズマＣＶＤ法やグラファ
イトをターゲットとした水素あるいは水素と希ガスの混
合ガスによるスパッタリング法などによって作製され
る。
減少に関してさらに言えば、非晶質炭素膜が少なくとも
水素元素を含むことで超微粒子表面の還元作用がより増
すので表面の酸化防止に効果的である。また非晶質炭素
膜自体のダングリングボンドを減少させる点でも有用で
ある。膜中水素量は作製条件によって異なるが、１０〜
５０atm％ 程度である。このような非晶質炭素膜の形成
は少なくとも水素原子を含む気体中で行なうのが好まし
い。具体的には炭化水素ガスやアルコール類、ケトン
類、エーテル類、エステル類等を気化したもの、および
それらに水素を添加したもの、あるいは炭酸ガス等に水
素を添加したもの等を原料ガスとし、必要に応じて希ガ
ス等を混合したガス中でのプラズマＣＶＤ法やグラファ
イトをターゲットとした水素あるいは水素と希ガスの混
合ガスによるスパッタリング法などによって作製され
る。
【００１７】次に本発明の超微粒子分散材料の製造方法
について幾つかの例を挙げて説明する。 （１）図１に本発明の超微粒子分散材料の製造に用いら
れる作製装置の構成例を示す。図中の符号１は真空チャ
ンバー、２は半導体のターゲット、３は基板ホルダー兼
用の対向電極、４はシャッター、５はガス導入口、６は
ターゲット２に高周波（以下、ＲＦと記す）パワーを印
加するためのＲＦ電源、７は対向電極３にＲＦパワーを
印加するためのＲＦ電源、８は基板である。尚、図示し
ていないが、真空チャンバー１には排気口を介して公知
の真空排気装置が接続されており、ガス導入口５からの
ガス導入に先立ってチャンバー内を高真空状態に排気で
きるようになっている。図１において、平行平板型の電
極３の片側に基板８を設置し、対向側を超微粒子となる
半導体材料のターゲット２とする。ガス導入口５から炭
化水素ガス等を供給しながらＲＦ電源７により基板側電
極３にＲＦを給電することにより基板８上に非晶質炭素
膜を堆積させる。次いでガス種を希ガスに変えてＲＦ電
源６により半導体ターゲット２にＲＦを給電することに
より基板８上に半導体超微粒子を堆積させる。この操作
を繰り返すことによって非晶質炭素膜中に半導体超微粒
子が分散した超微粒子分散膜が得られる。
について幾つかの例を挙げて説明する。 （１）図１に本発明の超微粒子分散材料の製造に用いら
れる作製装置の構成例を示す。図中の符号１は真空チャ
ンバー、２は半導体のターゲット、３は基板ホルダー兼
用の対向電極、４はシャッター、５はガス導入口、６は
ターゲット２に高周波（以下、ＲＦと記す）パワーを印
加するためのＲＦ電源、７は対向電極３にＲＦパワーを
印加するためのＲＦ電源、８は基板である。尚、図示し
ていないが、真空チャンバー１には排気口を介して公知
の真空排気装置が接続されており、ガス導入口５からの
ガス導入に先立ってチャンバー内を高真空状態に排気で
きるようになっている。図１において、平行平板型の電
極３の片側に基板８を設置し、対向側を超微粒子となる
半導体材料のターゲット２とする。ガス導入口５から炭
化水素ガス等を供給しながらＲＦ電源７により基板側電
極３にＲＦを給電することにより基板８上に非晶質炭素
膜を堆積させる。次いでガス種を希ガスに変えてＲＦ電
源６により半導体ターゲット２にＲＦを給電することに
より基板８上に半導体超微粒子を堆積させる。この操作
を繰り返すことによって非晶質炭素膜中に半導体超微粒
子が分散した超微粒子分散膜が得られる。
【００１８】（２）上記（１）において基板側電極３に
は給電せず、ＲＦ電源６により半導体ターゲット２にＲ
Ｆを給電し、ガス種および圧力を切替ることによって基
板８上に非晶質炭素膜と半導体超微粒子を交互に堆積さ
せる。 （３）上記（２）において炭化水素ガス等と希ガスを混
合したガス中で、ＲＦ電源６により半導体ターゲット２
にＲＦを給電することによって半導体超微粒子が分散し
た非晶質炭素膜を得る。
は給電せず、ＲＦ電源６により半導体ターゲット２にＲ
Ｆを給電し、ガス種および圧力を切替ることによって基
板８上に非晶質炭素膜と半導体超微粒子を交互に堆積さ
せる。 （３）上記（２）において炭化水素ガス等と希ガスを混
合したガス中で、ＲＦ電源６により半導体ターゲット２
にＲＦを給電することによって半導体超微粒子が分散し
た非晶質炭素膜を得る。
【００１９】（４）図２に本発明の超微粒子分散材料の
製造に用いられる作製装置の別の構成例を示す。尚、図
中の符号１，２，４，５，６，８は図１と同じ構成部材
であり、符号３’は基板ホルダー、９はマイクロ波導波
管、１０は磁石、１１はガス導入口である。図２の作製
装置では、真空チャンバー１の基板８とは別の位置にマ
イクロ波プラズマ供給源９〜１１を設け、マイクロ波に
よる放電で炭化水素ガス等を分解して基板８上に非晶質
炭素膜を堆積させるものであり、それ以外は上記（１）
と同様のプロセスによって超微粒子分散膜を得る。 （５）上記（４）において非晶質炭素膜と超微粒子の堆
積を同時に行なう。
製造に用いられる作製装置の別の構成例を示す。尚、図
中の符号１，２，４，５，６，８は図１と同じ構成部材
であり、符号３’は基板ホルダー、９はマイクロ波導波
管、１０は磁石、１１はガス導入口である。図２の作製
装置では、真空チャンバー１の基板８とは別の位置にマ
イクロ波プラズマ供給源９〜１１を設け、マイクロ波に
よる放電で炭化水素ガス等を分解して基板８上に非晶質
炭素膜を堆積させるものであり、それ以外は上記（１）
と同様のプロセスによって超微粒子分散膜を得る。 （５）上記（４）において非晶質炭素膜と超微粒子の堆
積を同時に行なう。
【００２０】（６）図３に本発明の超微粒子分散材料の
製造に用いられる作製装置のさらに別の構成例を示す。
尚、図中の符号１，２，３’，４，５，６，８は図２と
同じ構成部材であり、符号１２はグラファイトターゲッ
ト、１３はシャッター、１４はグラファイトターゲット
にＲＦパワーを印加するためのＲＦ電源である。図３の
作製装置では、図２のマイクロ波プラズマ供給源の代わ
りにグラファイトターゲット１２を設け、水素あるいは
水素と希ガスの混合ガスを供給しながらＲＦ電源１４に
よりグラファイトターゲット１２にＲＦを給電すること
により基板８上に非晶質炭素膜を堆積させるものであ
り、それ以外は上記（４）と同様のプロセスによって超
微粒子分散膜を得る。 （７）上記（６）において非晶質炭素膜と超微粒子の堆
積を同時に行なう。
製造に用いられる作製装置のさらに別の構成例を示す。
尚、図中の符号１，２，３’，４，５，６，８は図２と
同じ構成部材であり、符号１２はグラファイトターゲッ
ト、１３はシャッター、１４はグラファイトターゲット
にＲＦパワーを印加するためのＲＦ電源である。図３の
作製装置では、図２のマイクロ波プラズマ供給源の代わ
りにグラファイトターゲット１２を設け、水素あるいは
水素と希ガスの混合ガスを供給しながらＲＦ電源１４に
よりグラファイトターゲット１２にＲＦを給電すること
により基板８上に非晶質炭素膜を堆積させるものであ
り、それ以外は上記（４）と同様のプロセスによって超
微粒子分散膜を得る。 （７）上記（６）において非晶質炭素膜と超微粒子の堆
積を同時に行なう。
【００２１】（８）図４に本発明の超微粒子分散材料の
製造に用いられる作製装置のさらに別の構成例を示す。
尚、図中の符号１，３’，５，８，１２，１３，１４は
図３と同様の構成部材であり、符号１５は半導体の小片
である。図４の作製装置では、グラファイト１２上に半
導体の小片１５を置いた複合ターゲットを用いたもので
あり、水素あるいは水素と希ガスの混合ガスを供給しな
がらＲＦ電源１４により上記複合ターゲットにＲＦを給
電することにより半導体超微粒子が分散した非晶質炭素
膜を得る。
製造に用いられる作製装置のさらに別の構成例を示す。
尚、図中の符号１，３’，５，８，１２，１３，１４は
図３と同様の構成部材であり、符号１５は半導体の小片
である。図４の作製装置では、グラファイト１２上に半
導体の小片１５を置いた複合ターゲットを用いたもので
あり、水素あるいは水素と希ガスの混合ガスを供給しな
がらＲＦ電源１４により上記複合ターゲットにＲＦを給
電することにより半導体超微粒子が分散した非晶質炭素
膜を得る。
【００２２】尚、上記の各方法において基板に直流ある
いは交流のバイアスを加えてもよい。またグラファイト
あるいは半導体ターゲットにＲＦを給電する代わりにイ
オンガンからターゲットにイオンを照射してもよい。さ
らに半導体超微粒子の形成を真空あるいは不活性ガス中
での半導体原料の加熱（抵抗加熱、電子線加熱、レーザ
ー加熱、誘導加熱等）蒸発によって行なってもよい。ま
た、超微粒子分散膜の膜厚は特に制限はないが、０．１
〜５μｍ程度が適当である。
いは交流のバイアスを加えてもよい。またグラファイト
あるいは半導体ターゲットにＲＦを給電する代わりにイ
オンガンからターゲットにイオンを照射してもよい。さ
らに半導体超微粒子の形成を真空あるいは不活性ガス中
での半導体原料の加熱（抵抗加熱、電子線加熱、レーザ
ー加熱、誘導加熱等）蒸発によって行なってもよい。ま
た、超微粒子分散膜の膜厚は特に制限はないが、０．１
〜５μｍ程度が適当である。
【００２３】
【実施例】以下に本発明による超微粒子分散材料および
その製造方法の具体的な実施例を示すが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。 （実施例１）図１に示す装置を用いて以下のように超微
粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１内の対向電極
３に石英基板８を設置し、真空チャンバー１内を図示し
ない真空排気装置で高真空状態に排気後、ガス導入口５
からＣＨ4 ガスを供給しチャンバー内の圧力を１３０Ｐ
ａに調節した。そしてＲＦ電源６によりＣｕ2Ｏ ターゲ
ット２に１００ＷのＲＦパワーを印加し、５ｎｍの膜厚
の非晶質炭素膜を基板８上に堆積した。次に真空チャン
バー１内を真空排気した後、ガス種をＡｒに切替てチャ
ンバー内を１．３Ｐａの圧力に調節した後、ＲＦ電源６
によりＣｕ2Ｏターゲット２に２０ＷのＲＦパワーを印
加し、２ｎｍのＣｕ2Ｏ 超微粒子を堆積した。この操作
を５０回繰返し行ない、石英基板８上に０．３５μｍの
膜厚の超微粒子分散膜を得た。膜中のＣｕ2Ｏ 超微粒子
の粒子径は約２ｎｍであり、Ｘ線光電子分光法（ＸＰ
Ｓ）による分析の結果、ＣｕＯ特有のピークは観測され
ず、Ｃｕ2Ｏ のピークがほとんどであった。また、吸収
スペクトルからは励起子による吸収が見られ、禁制帯幅
はバルクの値に比べ、０．２ｅＶブルーシフトしている
ことから、量子ドットが形成されていることが判った。
その製造方法の具体的な実施例を示すが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。 （実施例１）図１に示す装置を用いて以下のように超微
粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１内の対向電極
３に石英基板８を設置し、真空チャンバー１内を図示し
ない真空排気装置で高真空状態に排気後、ガス導入口５
からＣＨ4 ガスを供給しチャンバー内の圧力を１３０Ｐ
ａに調節した。そしてＲＦ電源６によりＣｕ2Ｏ ターゲ
ット２に１００ＷのＲＦパワーを印加し、５ｎｍの膜厚
の非晶質炭素膜を基板８上に堆積した。次に真空チャン
バー１内を真空排気した後、ガス種をＡｒに切替てチャ
ンバー内を１．３Ｐａの圧力に調節した後、ＲＦ電源６
によりＣｕ2Ｏターゲット２に２０ＷのＲＦパワーを印
加し、２ｎｍのＣｕ2Ｏ 超微粒子を堆積した。この操作
を５０回繰返し行ない、石英基板８上に０．３５μｍの
膜厚の超微粒子分散膜を得た。膜中のＣｕ2Ｏ 超微粒子
の粒子径は約２ｎｍであり、Ｘ線光電子分光法（ＸＰ
Ｓ）による分析の結果、ＣｕＯ特有のピークは観測され
ず、Ｃｕ2Ｏ のピークがほとんどであった。また、吸収
スペクトルからは励起子による吸収が見られ、禁制帯幅
はバルクの値に比べ、０．２ｅＶブルーシフトしている
ことから、量子ドットが形成されていることが判った。
【００２４】（実施例２）図１に示す装置を用いて以下
のように超微粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１
内の対向電極３に石英基板８を設置し、真空チャンバー
１内を図示しない真空排気装置で高真空状態に排気後、
ガス導入口５からＣＨ4 ガスを供給しチャンバー内の圧
力を２７Ｐａに調節した。そしてＲＦ電源７により電極
３に２０ＷのＲＦパワーを印加し、４ｎｍの膜厚の非晶
質炭素膜を基板８上に堆積した。次に真空チャンバー１
内を真空排気した後、ガス種をＡｒに切替てチャンバー
内を１．３Ｐａの圧力に調節した後、ＲＦ電源６により
Ａｇ2Ｏ ターゲット２に２０ＷのＲＦパワーを印加し、
３ｎｍの膜厚のＡｇ2Ｏ 超微粒子を堆積した。この操作
を５０回繰返し行ない、石英基板８上に０．３５μｍの
膜厚の超微粒子分散膜を得た。膜中のＡｇ2Ｏ 超微粒子
の粒子径は約３ｎｍであり、ＸＰＳによる分析の結果、
ＡｇＯ特有のピークは観測されず、Ａｇ2Ｏ のピークが
ほとんどであった。また、吸収スペクトルからは励起子
による吸収が見られ、禁制帯幅はバルクの値に比べ、
０．３ｅＶブルーシフトしていることから、量子ドット
が形成されていることが判った。
のように超微粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１
内の対向電極３に石英基板８を設置し、真空チャンバー
１内を図示しない真空排気装置で高真空状態に排気後、
ガス導入口５からＣＨ4 ガスを供給しチャンバー内の圧
力を２７Ｐａに調節した。そしてＲＦ電源７により電極
３に２０ＷのＲＦパワーを印加し、４ｎｍの膜厚の非晶
質炭素膜を基板８上に堆積した。次に真空チャンバー１
内を真空排気した後、ガス種をＡｒに切替てチャンバー
内を１．３Ｐａの圧力に調節した後、ＲＦ電源６により
Ａｇ2Ｏ ターゲット２に２０ＷのＲＦパワーを印加し、
３ｎｍの膜厚のＡｇ2Ｏ 超微粒子を堆積した。この操作
を５０回繰返し行ない、石英基板８上に０．３５μｍの
膜厚の超微粒子分散膜を得た。膜中のＡｇ2Ｏ 超微粒子
の粒子径は約３ｎｍであり、ＸＰＳによる分析の結果、
ＡｇＯ特有のピークは観測されず、Ａｇ2Ｏ のピークが
ほとんどであった。また、吸収スペクトルからは励起子
による吸収が見られ、禁制帯幅はバルクの値に比べ、
０．３ｅＶブルーシフトしていることから、量子ドット
が形成されていることが判った。
【００２５】（実施例３）図３に示す装置を用いて以下
のように超微粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１
内の基板ホルダー３’に石英基板８を設置し、真空チャ
ンバー１内を図示しない真空排気装置で高真空状態に排
気後、ガス導入口５から１０％Ｈ2−Ａｒ混合ガスを供
給しチャンバー内を７Ｐａに調節した。そしてＲＦ電源
６および１４によりＣｄＴｅターゲット２に４０Ｗ、グ
ラファイトターゲット１２に１２０ＷのＲＦパワーを印
加しつつ、シャッター４および１３の制御により５ｎｍ
の膜厚のＣｄＴｅ超微粒子と７．５ｎｍの非晶質炭素膜
を交互に４０層堆積し、石英基板８上に０．５μｍの膜
厚の超微粒子分散膜を得た。膜中のＣｄＴｅ超微粒子の
粒子径は約５ｎｍであり、ＸＰＳによる分析の結果、酸
化物の形成は認められなかった。また、発光スペクトル
からはバンド端近傍からの発光のみが観測された。禁制
帯幅はバルクの値に比べ、０．２ｅＶブルーシフトして
いることから、量子ドットが形成されていることが判っ
た。
のように超微粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１
内の基板ホルダー３’に石英基板８を設置し、真空チャ
ンバー１内を図示しない真空排気装置で高真空状態に排
気後、ガス導入口５から１０％Ｈ2−Ａｒ混合ガスを供
給しチャンバー内を７Ｐａに調節した。そしてＲＦ電源
６および１４によりＣｄＴｅターゲット２に４０Ｗ、グ
ラファイトターゲット１２に１２０ＷのＲＦパワーを印
加しつつ、シャッター４および１３の制御により５ｎｍ
の膜厚のＣｄＴｅ超微粒子と７．５ｎｍの非晶質炭素膜
を交互に４０層堆積し、石英基板８上に０．５μｍの膜
厚の超微粒子分散膜を得た。膜中のＣｄＴｅ超微粒子の
粒子径は約５ｎｍであり、ＸＰＳによる分析の結果、酸
化物の形成は認められなかった。また、発光スペクトル
からはバンド端近傍からの発光のみが観測された。禁制
帯幅はバルクの値に比べ、０．２ｅＶブルーシフトして
いることから、量子ドットが形成されていることが判っ
た。
【００２６】（実施例４）図４に示す装置を用いて以下
のように超微粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１
内の基板ホルダー３’に石英基板８を設置し、真空チャ
ンバー１内を図示しない真空排気装置で高真空状態に排
気後、ガス導入口５から２０％Ｈ2−Ｈｅ混合ガスを供
給しチャンバー内を７Ｐａに調節した。そしてグラファ
イト１２上にＡｇ2Ｏ ペレット１５を乗せた複合ターゲ
ットにＲＦ電源１４により７５ＷのＲＦパワーを印加す
ることによって、石英基板８上に０．４μｍの膜厚の超
微粒子分散膜を得た。膜中のＡｇ2Ｏ 超微粒子の粒子径
は約４ｎｍであり、ＸＰＳによる分析の結果、ＡｇＯ特
有のピークは観測されず、Ａｇ2Ｏ のピークがほとんど
であった。また、吸収スペクトルからは励起子による吸
収が見られ、禁制帯幅はバルクの値に比べ、０．２ｅＶ
ブルーシフトしていることから、量子ドットが形成され
ていることが判った。
のように超微粒子分散膜を作製した。真空チャンバー１
内の基板ホルダー３’に石英基板８を設置し、真空チャ
ンバー１内を図示しない真空排気装置で高真空状態に排
気後、ガス導入口５から２０％Ｈ2−Ｈｅ混合ガスを供
給しチャンバー内を７Ｐａに調節した。そしてグラファ
イト１２上にＡｇ2Ｏ ペレット１５を乗せた複合ターゲ
ットにＲＦ電源１４により７５ＷのＲＦパワーを印加す
ることによって、石英基板８上に０．４μｍの膜厚の超
微粒子分散膜を得た。膜中のＡｇ2Ｏ 超微粒子の粒子径
は約４ｎｍであり、ＸＰＳによる分析の結果、ＡｇＯ特
有のピークは観測されず、Ａｇ2Ｏ のピークがほとんど
であった。また、吸収スペクトルからは励起子による吸
収が見られ、禁制帯幅はバルクの値に比べ、０．２ｅＶ
ブルーシフトしていることから、量子ドットが形成され
ていることが判った。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の超微粒
子分散材料は、マトリックス体として非晶質炭素膜を用
いたので、充分な量子閉じ込め効果を示すと共に光散乱
が小さいため、光の利用効率を向上することができる。
子分散材料は、マトリックス体として非晶質炭素膜を用
いたので、充分な量子閉じ込め効果を示すと共に光散乱
が小さいため、光の利用効率を向上することができる。
【００２８】請求項２の超微粒子分散材料は、超微粒子
材料の禁制帯幅を非晶質炭素膜の光学的バンドギャップ
より小さくしたので、光吸収が減少し、光の利用効率を
さらに向上することができる。
材料の禁制帯幅を非晶質炭素膜の光学的バンドギャップ
より小さくしたので、光吸収が減少し、光の利用効率を
さらに向上することができる。
【００２９】請求項３の超微粒子分散材料は、超微粒子
の大きさを電子および正孔が量子準位を形成する大きさ
以下としたので、確実に量子閉じ込め効果が発現でき
る。
の大きさを電子および正孔が量子準位を形成する大きさ
以下としたので、確実に量子閉じ込め効果が発現でき
る。
【００３０】請求項４の超微粒子分散材料は、超微粒子
材料をＩ−ＶII族、(Ｉ)2−ＶI族、II−ＶI 族あるいは
それらの混晶半導体としたので、励起子の閉じ込めが起
こり、非線形光学効果のさらなる増大が期待できる。
材料をＩ−ＶII族、(Ｉ)2−ＶI族、II−ＶI 族あるいは
それらの混晶半導体としたので、励起子の閉じ込めが起
こり、非線形光学効果のさらなる増大が期待できる。
【００３１】請求項５の超微粒子分散材料は、非晶質炭
素膜が少なくとも水素元素を含むので、超微粒子の表面
酸化が防止でき、超微粒子とマトリックスとの界面での
複合欠陥の減少に効果的である。
素膜が少なくとも水素元素を含むので、超微粒子の表面
酸化が防止でき、超微粒子とマトリックスとの界面での
複合欠陥の減少に効果的である。
【００３２】請求項６の超微粒子分散材料の製造方法
は、非晶質炭素膜を少なくとも水素原子を含む気体中で
形成するので、上記の構造を有する超微粒子分散材料を
作製するのに好適である。
は、非晶質炭素膜を少なくとも水素原子を含む気体中で
形成するので、上記の構造を有する超微粒子分散材料を
作製するのに好適である。
【図１】本発明の超微粒子分散材料の製造に用いられる
作製装置の構成例を示す概略構成図である。
作製装置の構成例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の超微粒子分散材料の製造に用いられる
作製装置の別の構成例を示す概略構成図である。
作製装置の別の構成例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の超微粒子分散材料の製造に用いられる
作製装置のさらに別の構成例を示す概略構成図である。
作製装置のさらに別の構成例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の超微粒子分散材料の製造に用いられる
作製装置のさらに別の構成例を示す概略構成図である。
作製装置のさらに別の構成例を示す概略構成図である。
１ ：真空チャンバー ２ ：半導体のターゲット ３ ：対向電極 ３’：基板ホルダー ４ ：シャッター ５ ：ガス導入口 ６ ：ＲＦ電源 ７ ：ＲＦ電源 ８ ：基板 ９ ：マイクロ波導波管 １０：磁石 １１：ガス導入口 １２：グラファイトターゲット １３：シャッター １４：ＲＦ電源 １５：半導体の小片
Claims (6)
- 【請求項１】マトリックス中に超微粒子を分散した超微
粒子分散材料において、マトリックス体が非晶質炭素膜
であることを特徴とする超微粒子分散材料。 - 【請求項２】超微粒子材料の禁制帯幅が非晶質炭素膜の
光学的バンドギャップより小さいことを特徴とする請求
項１記載の超微粒子分散材料。 - 【請求項３】超微粒子の大きさが電子および正孔が量子
準位を形成する大きさ以下であることを特徴とする請求
項１または２記載の超微粒子分散材料。 - 【請求項４】超微粒子材料がＩ−ＶII族、(Ｉ)2−ＶI
族、II−ＶI 族あるいはそれらの混晶半導体であること
を特徴とする請求項１，２または３記載の超微粒子分散
材料。 - 【請求項５】非晶質炭素膜が少なくとも水素元素を含む
ことを特徴とする請求項１，２，３または４記載の超微
粒子分散材料。 - 【請求項６】非晶質炭素膜の形成が少なくとも水素原子
を含む気体中で行なわれることを特徴とする請求項５に
記載の超微粒子分散材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15468695A JPH095807A (ja) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | 超微粒子分散材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15468695A JPH095807A (ja) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | 超微粒子分散材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH095807A true JPH095807A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15589713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15468695A Pending JPH095807A (ja) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | 超微粒子分散材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH095807A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6519842B2 (en) * | 1999-12-10 | 2003-02-18 | Ebara Corporation | Method for mounting semiconductor device |
| JP2006143861A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Stanley Electric Co Ltd | 発光材料 |
-
1995
- 1995-06-21 JP JP15468695A patent/JPH095807A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6519842B2 (en) * | 1999-12-10 | 2003-02-18 | Ebara Corporation | Method for mounting semiconductor device |
| JP2006143861A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Stanley Electric Co Ltd | 発光材料 |
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