JPH11189472A - Synthesis of carbon nitride - Google Patents

Synthesis of carbon nitride

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JPH11189472A
JPH11189472A JP9357429A JP35742997A JPH11189472A JP H11189472 A JPH11189472 A JP H11189472A JP 9357429 A JP9357429 A JP 9357429A JP 35742997 A JP35742997 A JP 35742997A JP H11189472 A JPH11189472 A JP H11189472A
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JP
Japan
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carbon nitride
laser light
target
ammonium compound
laser beam
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JP9357429A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Kitahara
正 北原
Takashi Suzuki
孝 鈴木
Norio Ichikawa
典男 市川
Osamu Matsumoto
修 松本
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for synthesizing carbon nitride capable of efficiently forming carbon nitride. SOLUTION: This method for synthesizing carbon nitride comprises irradiating a target 11 with a laser beam to perform laser ablation and to synthesize carbon nitride. A solid substance containing an ammonium compound and a carbonaceous material is used as the target 11. Molecules of formed impurities are reduced by the laser ablation of the solid substance containing the ammonium compound and the carbonaceous material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化炭素の合成方
法に関し、より詳細にはレーザアブレーションによる窒
化炭素の合成方法に関する。
The present invention relates to a method for synthesizing carbon nitride, and more particularly, to a method for synthesizing carbon nitride by laser ablation.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化炭素は、窒素と炭素のみを構成元素
とする化合物であり、このような窒化炭素として、例え
ばα−C34結晶、β−C34結晶及びC34-xアモル
ファス物質(0<x<4)などが知られている。特に、
β−C34は、結晶状態においてそのエネルギーギャッ
プがダイヤモンドや窒化ガリウム等よりも大きく、紫外
レーザダイオードや真空紫外光学窓(特に、LiF結晶
で用いる光より短波長の真空紫外光に対して用いるも
の)に用いることができると考えられている。また、β
−C34結晶は、ダイヤモンドよりも強固であると考え
られており(A.Y.Liu and M.L.Cohen,Science,vol.245,
p841(1989)参照)、その他の窒化炭素材料も極めて硬質
であることが知られている。このことから、窒化炭素材
料は、半導体、機械部品又は歯や骨の関節等の耐磨耗材
として用いうるなど、工業用、理化学用、医療用など様
々な分野への応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Carbon nitride is a compound containing only nitrogen and carbon as constituent elements. Examples of such carbon nitride include α-C 3 N 4 crystal, β-C 3 N 4 crystal and C 3 N 4. -x amorphous material (0 <x <4) and the like are known. Especially,
β-C 3 N 4 has a larger energy gap in the crystalline state than diamond or gallium nitride, and has an ultraviolet laser diode or a vacuum ultraviolet optical window (particularly for vacuum ultraviolet light having a shorter wavelength than light used in LiF crystal). It is thought that it can be used. Also, β
-C 3 N 4 crystal is considered more robust than diamond (AYLiu and MLCohen, Science, vol.245 ,
p841 (1989)) and other carbon nitride materials are also known to be extremely hard. For this reason, the carbon nitride material is expected to be applied to various fields such as industrial use, physicochemical use, and medical use, for example, it can be used as a wear-resistant material for semiconductors, mechanical parts, tooth and bone joints, and the like.

【0003】この種の窒化炭素を合成する方法の一例と
しては、例えば「Surface Review and Letters, Vol.3,
No.1(1996)197-199(P.T.Murray,M.Y.Chen)」に記載され
る方法がある。この方法は、窒素雰囲気中でグラファイ
トに短パルスレーザ光を照射することによりグラファイ
ト上に窒化炭素膜を合成するものである。なお、この膜
の組成を調べるために膜に再度レーザ光が照射されてレ
ーザアブレーションが行われ、その際生成した物質のマ
ススペクトル測定によりC34などの存在が確認されて
いる。
As an example of a method for synthesizing this kind of carbon nitride, for example, “Surface Review and Letters, Vol.
No. 1 (1996) 197-199 (PTMurray, MYChen). This method synthesizes a carbon nitride film on graphite by irradiating the graphite with a short pulse laser beam in a nitrogen atmosphere. In order to examine the composition of this film, the film is again irradiated with laser light to perform laser ablation, and the presence of C 3 N 4 and the like has been confirmed by mass spectrum measurement of the substance generated at that time.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来からある方法では、C34などの窒化炭素が存在
するものの、全体としての組成はCN0.29であり、窒素
成分の割合が炭素成分の割合より十分に低いものであっ
た。すなわち、窒化炭素の生成が不十分であった。
However, in the above-mentioned conventional method, although carbon nitride such as C 3 N 4 is present, the overall composition is CN 0.29 , and the proportion of the nitrogen component is less than that of the carbon component. It was much lower than the ratio. That is, the formation of carbon nitride was insufficient.

【0005】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、化学量論的組成がC34の窒化炭素を
効率よく生成できる窒化炭素の合成方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for synthesizing carbon nitride capable of efficiently producing carbon nitride having a stoichiometric composition of C 3 N 4. And

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述した
従来の方法を用いて、ターゲットのレーザアブレーショ
ンを行い、その際に分光学的測定を行った。そして、窒
化炭素以外にC2分子などの不純物分子が生成され、窒
化炭素の割合が少なくなり、全体として炭素成分の割合
より窒素成分の割合が少なくなることを見い出した。
The present inventors performed laser ablation of a target using the above-described conventional method, and performed spectroscopic measurement at that time. Then, it has been found that impurity molecules such as C 2 molecules are generated in addition to carbon nitride, the ratio of carbon nitride is reduced, and the ratio of nitrogen component is smaller than the ratio of carbon component as a whole.

【0007】そこで、本発明者らは、このような不純物
分子の生成を抑えるべく鋭意研究した結果、特に、窒化
炭素の合成に用いるターゲット材料の種類によって、ア
ブレーションによって生成される生成物中に含まれる不
純物分子が低減されることを見い出した。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies to suppress the generation of such impurity molecules, and as a result, depending on the type of target material used for the synthesis of carbon nitride, It has been found that the impurity molecules to be reduced are reduced.

【0008】すなわち、本発明は、ターゲットにレーザ
光を照射させることによりレーザアブレーションを行
い、窒化炭素を合成する窒化炭素の合成方法であって、
ターゲットを構成する材料として、アンモニウム化合物
及び炭素質材料を含有する固形物を用いることを特徴と
する。この発明によれば、アンモニウム化合物及び炭素
質材料を含有する固形物のレーザアブレーションによ
り、生成される不純物分子が低減され、生成される窒化
炭素の窒素の割合が多くなる。
That is, the present invention provides a method for synthesizing carbon nitride, wherein laser ablation is performed by irradiating a target with laser light to synthesize carbon nitride.
A solid material containing an ammonium compound and a carbonaceous material is used as a material forming the target. According to the present invention, by laser ablation of a solid containing an ammonium compound and a carbonaceous material, generated impurity molecules are reduced, and the ratio of nitrogen in carbon nitride generated is increased.

【0009】また、レーザ光は、アンモニウム化合物を
分解してアンモニウム化合物中の窒素原子を放出するこ
とが可能なレーザ光であることが好ましい。また、アン
モニウム化合物は、20〜200℃の温度で固体であり
かつ20℃において10-4〜1Torrの蒸気圧を有す
ることが好ましい。
Preferably, the laser beam is a laser beam capable of decomposing an ammonium compound and releasing nitrogen atoms in the ammonium compound. The ammonium compound is preferably solid at a temperature of 20 to 200 ° C and has a vapor pressure at 20 ° C of 10 -4 to 1 Torr.

【0010】なお、本明細書において、窒化炭素とは、
窒素原子と炭素原子のみを構成元素とする化合物をい
う。
[0010] In the present specification, carbon nitride means
A compound containing only nitrogen and carbon atoms as constituent elements.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による窒
化炭素の合成方法の好適な実施形態について詳細に説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the method for synthesizing carbon nitride according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0012】図1は、本発明の窒化炭素の合成方法を実
施するための窒化炭素合成装置の一例を示す概略断面図
である。図1に示すように、窒化炭素合成装置1は、真
空容器2を備えており、この真空容器2内には平板状の
基板(例えば石英基板)4が設けられている。この基板
4は、目的とする薄膜を堆積させるためのものである。
基板4は、例えば真空容器2の内面近傍に設けられるヒ
ータ3に接続され、薄膜堆積時にこのヒータ3によって
所望の温度に加熱される。また、窒化炭素の合成は、真
空容器2内にガスを導入して行われる。このガスは、真
空容器2の外部に設けられるガス供給源(例えばガスボ
ンベ)5からガス供給管6を通して真空容器2内に導入
される。このようなガスとしては、希ガス(例えばヘリ
ウム、ネオン、アルゴンなど)、水素、酸素、一酸化窒
素、二酸化窒素、窒素、アンモニア又はヒドラジンなど
が挙げられる。これらは相互に組み合わされて使用され
てもよい。なお、導入されたガスは、真空容器2の外側
に取り付けられた排気装置7によって排気される。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a carbon nitride synthesizing apparatus for carrying out the carbon nitride synthesizing method of the present invention. As shown in FIG. 1, the carbon nitride synthesizing apparatus 1 includes a vacuum vessel 2, and a flat substrate (for example, a quartz substrate) 4 is provided in the vacuum vessel 2. This substrate 4 is for depositing a target thin film.
The substrate 4 is connected to, for example, a heater 3 provided near the inner surface of the vacuum vessel 2, and is heated to a desired temperature by the heater 3 when depositing a thin film. The synthesis of carbon nitride is performed by introducing a gas into the vacuum vessel 2. This gas is introduced into the vacuum vessel 2 from a gas supply source (for example, a gas cylinder) 5 provided outside the vacuum vessel 2 through a gas supply pipe 6. Such gases include noble gases (eg, helium, neon, argon, etc.), hydrogen, oxygen, nitric oxide, nitrogen dioxide, nitrogen, ammonia, hydrazine, and the like. These may be used in combination with each other. The introduced gas is exhausted by an exhaust device 7 attached outside the vacuum vessel 2.

【0013】真空容器2の一面2aには開口2bが形成
され、この開口2bには透光窓8が気密にはめ込まれて
いる。透光窓8は、レーザ光を透過させるためのもので
あり、例えばMgF2などからなる。このレーザ光は、
真空容器2の外部に設けられたパルスレーザ光源9から
出射され、集光レンズ10を介して透光窓8に入射され
る。パルスレーザ光源9としては、真空紫外・紫外パル
スレーザ光源が用いられる。真空紫外・紫外パルスレー
ザ光源9から出射されるレーザ光としては、例えばF2
レーザ光(発振波長:157nm)、ArFエキシマレ
ーザ光(発振波長:193nm)、KrFエキシマレー
ザ光(発振波長:248nm)、XeClエキシマレー
ザ光(発振波長:308nm)、あるいはNd−YAG
レーザ光やNd−YLFレーザ光等の固体レーザ光によ
る2次以上の高調波(好ましくは5次以下の高調波)が
好ましい。このように短波長のレーザ光を使用するの
は、アブレーションの際に、より小さい粒子(例えば原
子、イオン)が発生する傾向にあるからである。また、
レーザ光源9から出射されるレーザ光は、1μ秒以下
(例えばフェムト秒オーダ)の短パルスであることが好
ましい。これは、パルス幅が1μ秒を超えると、後述す
るターゲット11のアブレーションが困難となる傾向に
あるからである。
An opening 2b is formed in one surface 2a of the vacuum container 2, and a light-transmitting window 8 is fitted in the opening 2b in an airtight manner. The light transmitting window 8 is for transmitting the laser light, and is made of, for example, MgF 2 . This laser beam
The light is emitted from a pulse laser light source 9 provided outside the vacuum vessel 2 and is incident on a light transmitting window 8 via a condenser lens 10. As the pulse laser light source 9, a vacuum ultraviolet / ultraviolet pulse laser light source is used. The laser light emitted from the vacuum ultraviolet / ultraviolet pulse laser light source 9 is, for example, F 2
Laser light (oscillation wavelength: 157 nm), ArF excimer laser light (oscillation wavelength: 193 nm), KrF excimer laser light (oscillation wavelength: 248 nm), XeCl excimer laser light (oscillation wavelength: 308 nm), or Nd-YAG
A second or higher harmonic (preferably a fifth or lower harmonic) by a solid laser beam such as a laser beam or an Nd-YLF laser beam is preferable. The reason for using such short-wavelength laser light is that smaller particles (eg, atoms and ions) tend to be generated during ablation. Also,
The laser light emitted from the laser light source 9 is preferably a short pulse of 1 μs or less (for example, on the order of femtoseconds). This is because if the pulse width exceeds 1 μs, ablation of the target 11 described later tends to be difficult.

【0014】また、真空容器2内には、回転可能なホル
ダ12が取り付けられ、ホルダ12上にはターゲット1
1が取り付けられている。ターゲット11は、基板4に
対向配置されると共に、ターゲット11の表面に透光窓
8を透過するレーザ光が照射される位置に配置されてい
る。
A rotatable holder 12 is mounted in the vacuum vessel 2, and the target 1 is mounted on the holder 12.
1 is attached. The target 11 is arranged to face the substrate 4 and at a position where the surface of the target 11 is irradiated with the laser beam transmitted through the light transmitting window 8.

【0015】ここで、ターゲット11は、アンモニウム
化合物及び炭素質材料を含有する固形物で構成され、例
えばアンモニウム化合物の粒子と炭素質材料の粒子とを
適切な割合で一様に混合した固形物で構成される。固形
物は、例えば混合物を加圧し押し固めることで得られ
る。このようにCとNとを含む固形物を混合して作るこ
とで、レーザアブレーションによって固形物が同時に分
解し再度化合されるので、窒素を含む気体を利用するこ
となくCとNとの化合物が形成される。
The target 11 is composed of a solid containing an ammonium compound and a carbonaceous material. For example, the target 11 is a solid obtained by uniformly mixing particles of an ammonium compound and particles of a carbonaceous material at an appropriate ratio. Be composed. Solids are obtained, for example, by pressing and compacting the mixture. By mixing and producing a solid containing C and N in this way, the solid is simultaneously decomposed and recombined by laser ablation, so that the compound of C and N can be formed without using a gas containing nitrogen. It is formed.

【0016】本発明に用いる炭素質材料とは、炭素原子
で構成される材料をいう。このような炭素質材料として
は、グラファイト、無定型炭素、グラシーカーボン又は
ダイヤモンドが挙げられ、このうち特に、加工性が良好
でありかつ純度が高い点から、グラファイトが好まし
い。
The carbonaceous material used in the present invention refers to a material composed of carbon atoms. Examples of such a carbonaceous material include graphite, amorphous carbon, glassy carbon, and diamond. Among them, graphite is particularly preferred in terms of good workability and high purity.

【0017】本発明に用いるアンモニウム化合物とは、
アンモニウム基を有する化合物をいい、このアンモニウ
ム化合物としては、20〜200℃の温度において固体
でありかつガスの圧力より十分に低い蒸気圧(例えば1
-4〜1Torr)を有するものであることが好まし
い。上記の温度範囲における上記の蒸気圧の範囲を外れ
ると、以下に示すことが生じる傾向にある。すなわち、
第一に、レーザアブレーションの際のターゲット11自
身の発熱や、加熱された成膜基板4及びその近傍からの
輻射熱による昇温により、ターゲット11がレーザアブ
レーションによって原子に分解することなく熱的に蒸発
することによって分子やクラスターとして気化し、窒化
炭素が十分に生成されない傾向がある。第二に、グラフ
ァイトの融点は、3000℃以上と極めて高いため、低
融点のアンモニウム化合物では、アンモニウム化合物だ
けがレーザ光によって蒸発しグラファイトだけが残存し
てしまう傾向がある。
The ammonium compound used in the present invention is
A compound having an ammonium group, which is a solid at a temperature of 20 to 200 ° C. and a vapor pressure sufficiently lower than a gas pressure (for example, 1
And preferably has a 0 -4 ~1Torr). When the temperature is out of the above range of the vapor pressure in the above temperature range, the following tends to occur. That is,
First, the target 11 is thermally evaporated without being decomposed into atoms by laser ablation due to heat generated by the target 11 itself during laser ablation or radiant heat from the heated deposition substrate 4 and its vicinity. As a result, it tends to vaporize as molecules or clusters, and carbon nitride is not sufficiently generated. Second, since the melting point of graphite is as high as 3000 ° C. or more, with an ammonium compound having a low melting point, only the ammonium compound tends to evaporate by laser light and only graphite remains.

【0018】このようなアンモニウム化合物として、例
えば塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、硝酸アンモ
ニウム等が挙げられる。これらのアンモニウム化合物
は、前述した紫外又は真空紫外パルスレーザ光によって
容易に分解してアンモニウム化合物中の窒素原子を放出
することが可能である。このため、放出された窒素原子
とグラファイトの炭素原子とが反応してCN分子気体が
生成されやすくなる。
Examples of such an ammonium compound include ammonium chloride, ammonium carbonate, and ammonium nitrate. These ammonium compounds can be easily decomposed by the above-mentioned ultraviolet or vacuum ultraviolet pulse laser light to release nitrogen atoms in the ammonium compound. For this reason, the released nitrogen atoms react with the carbon atoms of graphite to easily generate CN molecular gas.

【0019】また、本発明に用いるターゲットにおい
て、アンモニウム化合物と炭素質材料との混合比率につ
いては、例えばアンモニウム化合物中の窒素原子に対す
る炭素質材料中の炭素原子のモル比が0.1〜1.2で
あることが好ましい。
In the target used in the present invention, the mixing ratio between the ammonium compound and the carbonaceous material is, for example, such that the molar ratio of carbon atoms in the carbonaceous material to nitrogen atoms in the ammonium compound is 0.1 to 1. It is preferably 2.

【0020】また、ターゲット11を構成するアンモニ
ウム化合物及び炭素質材料が粒子状となっている場合に
は、個々の粒径は集光照射するレーザ光線断面積に比べ
て十分小さいことが好ましい。この場合、アンモニウム
化合物については、その粒径が100μm以下であるこ
とが好ましく、炭素質材料についてはその粒径は50μ
m以下であることが好ましい。
When the ammonium compound and the carbonaceous material constituting the target 11 are in the form of particles, it is preferable that each particle diameter is sufficiently smaller than the sectional area of the laser beam to be focused and irradiated. In this case, the particle size of the ammonium compound is preferably 100 μm or less, and the particle size of the carbonaceous material is 50 μm.
m or less.

【0021】次に、前述した窒化炭素合成装置を用いた
窒化炭素の合成方法について説明する。
Next, a method for synthesizing carbon nitride using the above-described carbon nitride synthesizing apparatus will be described.

【0022】まず、排気装置7により真空容器2の真空
引きを行い、次いでガス供給源5からガス導入管6を通
して真空容器2内にガスを導入する。ガスは、0.1〜
10Torrの圧力とすることが好ましい。次いで、ヒ
ータ3により基板4を好ましくは200〜600℃の温
度に加熱する。そして、ホルダ12を好ましくは10〜
200RPMの回転速度で回転させることによりターゲ
ット11を回転させる。この状態で、パルスレーザ光源
9からレーザ光を出射させ、このレーザ光を集光レンズ
10で集光させ、透光窓8を透過させてターゲット11
の表面にレーザ光を照射する。ここで、レーザ光が短パ
ルスでありかつ短波長であるため、レーザ光照射により
発生する熱によって分子やクラスターなどの比較的に大
きい種がターゲット11の表面から蒸発する効果が抑え
られ、ターゲット11の構成成分とは無関係に一様に強
烈にレーザアブレーションされ、気化又は励起されて炭
素及び窒素それぞれの原子やイオンを発生させることに
よりモノシアンCN分子(窒化炭素)が発生する。
First, the vacuum vessel 2 is evacuated by the exhaust device 7, and then gas is introduced into the vacuum vessel 2 from the gas supply source 5 through the gas introduction pipe 6. Gas is 0.1 ~
Preferably, the pressure is 10 Torr. Next, the substrate 4 is heated by the heater 3 to a temperature of preferably 200 to 600 ° C. And holder 10 is preferably 10 to
The target 11 is rotated by rotating at a rotation speed of 200 RPM. In this state, laser light is emitted from the pulse laser light source 9, this laser light is condensed by the condenser lens 10, transmitted through the light transmitting window 8, and
Is irradiated with laser light. Here, since the laser light has a short pulse and a short wavelength, the effect of relatively large species such as molecules and clusters evaporating from the surface of the target 11 due to heat generated by the irradiation of the laser light is suppressed. Irrespective of the constituents, laser ablation is uniformly and intensely performed, and is vaporized or excited to generate atoms and ions of carbon and nitrogen, respectively, to generate monocyan CN molecules (carbon nitride).

【0023】このとき、活性な炭素種と共に窒素種がタ
ーゲット11の表面上で同時に高密度な状態で混合発生
し、炭素と窒素との化学反応が強く起こる。このため、
2分子成分は少なくなり、モノシアンCN分子の割合
が多くなり、窒化炭素が効率よく生成される。特に、真
空容器2内に導入するガスとして、希ガス、水素、酸
素、一酸化窒素、二酸化窒素、窒素、アンモニア若しく
はヒドラジン又はこれらの組合せが用いられると、アブ
レーションの際に発生する炭素及び窒素それぞれの原子
やイオンの反応が促進され、より多くのCN分子が発生
する。この結果、レーザ照射後CN分子が基板4に達す
るまでの間、基板4に達した後及び脱活性化するまでの
間に、窒素ガス又は他の窒素化合物のガスとの化学反応
が繰り返され、基板4上に全体として窒素原子を多く含
有する窒化炭素薄膜(例えばC34結晶膜)を形成する
ことが可能となる。
At this time, nitrogen species and active carbon species are simultaneously mixed and generated on the surface of the target 11 at a high density, and a chemical reaction between carbon and nitrogen occurs strongly. For this reason,
The C 2 molecular component decreases, the ratio of monocyan CN molecules increases, and carbon nitride is produced efficiently. In particular, when a rare gas, hydrogen, oxygen, nitric oxide, nitrogen dioxide, nitrogen, ammonia, or hydrazine or a combination thereof is used as a gas introduced into the vacuum vessel 2, carbon and nitrogen generated at the time of ablation are used, respectively. The reaction of the atoms and ions is promoted, and more CN molecules are generated. As a result, after the laser irradiation, until the CN molecules reach the substrate 4, after reaching the substrate 4 and before deactivation, the chemical reaction with the nitrogen gas or another nitrogen compound gas is repeated, It is possible to form a carbon nitride thin film (for example, a C 3 N 4 crystal film) containing a large amount of nitrogen atoms as a whole on the substrate 4.

【0024】もちろん、本発明の方法は、図1に示した
装置の使用に限定されるものではない。例えば、本発明
の方法におけるレーザアブレーションは、ガス雰囲気下
ではなく真空下で行われてもよい。この場合、ガス供給
源5などは不要である。
Of course, the method of the present invention is not limited to the use of the device shown in FIG. For example, the laser ablation in the method of the present invention may be performed under a vacuum instead of under a gas atmosphere. In this case, the gas supply source 5 and the like are unnecessary.

【0025】次に、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

【0026】[0026]

【実施例】(実施例1)市販の塩化アンモニウム微結晶
(商品名:塩化アンモニウム(関東化学製))とグラフ
ァイト粒子(商品名:グラファイト粉末(関東化学
製))をそれぞれ乳鉢に投入して粒径が50μm以下と
なるように細かくすりつぶした後、グラファイト粒子粉
末の炭素原子個数に対する塩化アンモニウム微結晶粉末
の窒素原子個数の比(=(塩化アンモニウム微結晶粉末
の窒素原子個数)/(グラファイト粒子粉末の炭素原子
個数))がおよそ1となる割合にそれぞれの粉末を一様
に混合させた。この混合物をプレス成型装置を用いて円
盤状に加圧整形して直径20φ、厚さ5mmにしたもの
をアブレーションターゲットとして用いた。
EXAMPLE 1 Commercially available ammonium chloride microcrystals (trade name: ammonium chloride (manufactured by Kanto Kagaku)) and graphite particles (trade name: graphite powder (manufactured by Kanto Kagaku)) were charged into a mortar and granulated. After finely grinding to a diameter of 50 μm or less, the ratio of the number of nitrogen atoms of the ammonium chloride microcrystal powder to the number of carbon atoms of the graphite particle powder (= (the number of nitrogen atoms of the ammonium chloride microcrystal powder) / (graphite powder Of each of the powders was uniformly mixed in such a ratio that the number of carbon atoms) was about 1. This mixture was press-shaped into a disk shape using a press molding apparatus, and a disk having a diameter of 20φ and a thickness of 5 mm was used as an ablation target.

【0027】アブレーションの際に、窒素原子を簡単な
方法で効率良くとり込むために、窒素ガス2Torr程
度の中でレーザアブレーションを行った。レーザパワー
50mJ/パルス、パルス幅15nsのF2レーザ光
(発振波長:157nm)を繰返し周波数20Hzで出
射し、このレーザ光を平凸レンズにてターゲット上に1
0J/cm2の密度で集光して4時間照射した。レーザ
光照射時にはホルダの回転速度を60RPM程度にして
ターゲットを回転させた。この際、石英基板の温度は4
00℃に保った。
At the time of ablation, laser ablation was performed at about 2 Torr of nitrogen gas in order to efficiently take in nitrogen atoms by a simple method. An F 2 laser beam (oscillation wavelength: 157 nm) having a laser power of 50 mJ / pulse and a pulse width of 15 ns is emitted at a repetition frequency of 20 Hz, and this laser beam is projected onto a target by a plano-convex lens at a frequency of 1 Hz.
Light was collected at a density of 0 J / cm 2 and irradiated for 4 hours. At the time of laser beam irradiation, the target was rotated at a rotation speed of the holder of about 60 RPM. At this time, the temperature of the quartz substrate was 4
It was kept at 00 ° C.

【0028】このときターゲットのレーザアブレーショ
ン中の発光スペクトルの測定を行った。その結果を図2
の曲線aで示す。同図に示すように、CN分子による発
光以外には、C2分子による468±4、510±7、
550±10nmの発光は実験誤差内で無くなり、本実
施例による方法が、CN分子の割合を多くすることに適
していることが分かった。
At this time, the emission spectrum of the target during laser ablation was measured. Figure 2 shows the result.
Is shown by a curve a. As shown in the figure, in addition to light emission by CN molecule, C 2 molecules by 468 ± 4,510 ± 7,
The emission at 550 ± 10 nm disappeared within the experimental error, indicating that the method according to this example is suitable for increasing the ratio of CN molecules.

【0029】なお、石英基板上には厚さ1μm程度の膜
が得られた。得られた膜は、X線光電子スペクトル(E
SCA)及びX線回折測定から窒化炭素膜であることが
確認された。
A film having a thickness of about 1 μm was obtained on the quartz substrate. The resulting film has an X-ray photoelectron spectrum (E
SCA) and X-ray diffraction measurements confirmed that the film was a carbon nitride film.

【0030】(比較例1)KrFレーザ光(波長248
nm、パルス幅15ns)をグラファイトターゲットに
照射した以外は実施例1と同様にしてレーザアブレーシ
ョンを行い、その際の発光スペクトルを測定した。その
結果を図3に示す。同図において、359±3、383
±9、415±4nmの各ピークはCN分子によるもの
であるが、それら以外に、C2分子による468±4、
510±7、550±10nmの強い発光ピークがある
ことが分かる。これは、不要のC2分子に対応する発光
ピークである。このことから、生成されるガス中には、
窒化炭素以外に、不純物分子であるC2分子が多数存在
することが分かった。この結果、図2の曲線aの場合よ
りもCN分子に対応するピーク強度に対して、C2分子
に対応するピークの相対的強度が大きいことが分かっ
た。
Comparative Example 1 KrF laser light (wavelength 248)
Laser ablation was performed in the same manner as in Example 1 except that the graphite target was irradiated with a laser beam of 15 nm (nm, pulse width: 15 ns), and the emission spectrum was measured. The result is shown in FIG. In the figure, 359 ± 3, 383
Each peak at ± 9, 415 ± 4 nm is due to CN molecules, but 468 ± 4 due to C 2 molecules,
It can be seen that there is a strong emission peak at 510 ± 7, 550 ± 10 nm. This is a light emission peak corresponding to the unnecessary C 2 molecule. From this, the generated gas contains
It was found that a large number of C 2 molecules as impurity molecules existed in addition to carbon nitride. As a result, it was found that the relative intensity of the peak corresponding to the C 2 molecule was larger than the peak intensity corresponding to the CN molecule than in the case of the curve a in FIG.

【0031】(比較例2)最短波長(波長157nm)
のF2レーザ光を窒素ガス中でグラファイトターゲット
に照射した以外は実施例1と同様にしてレーザアブレー
ションを行い、その際に生じる発光スペクトルを測定し
た。図2の曲線bに示すようにC2分子は比較的少なく
なっていた。しかし、弱くはなっているけれどもまだC
2分子による468±4、510±7、550±10n
mの発光が見られた。
(Comparative Example 2) Shortest wavelength (wavelength 157 nm)
The a F 2 laser beam except irradiated to graphite target in a nitrogen gas perform laser ablation in the same manner as in Example 1, the emission spectrum was measured occurring at that time. As shown by the curve b in FIG. 2, the number of C 2 molecules was relatively small. However, although weak, it is still C
468 ± 4, 510 ± 7, 550 ± 10n by two molecules
m was observed.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ター
ゲットのレーザアブレーションにより生成される不純物
分子を低減でき、効率よく窒化炭素を生成することがで
きる。
As described above, according to the present invention, impurity molecules generated by laser ablation of a target can be reduced, and carbon nitride can be efficiently generated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の窒化炭素の合成方法を実施するための
窒化炭素合成装置の一例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one example of a carbon nitride synthesizing apparatus for performing a carbon nitride synthesizing method of the present invention.

【図2】曲線aは本発明の窒化炭素の合成方法における
レーザアブレーションの際に測定した発光スペクトルで
あり、曲線bはターゲットとしてグラファイトを用い、
レーザ光としてF2レーザ光を用いた場合におけるレー
ザアブレーションの際に測定した発光スペクトルであ
る。
FIG. 2 is a curve a showing an emission spectrum measured during laser ablation in the method for synthesizing carbon nitride of the present invention, and a curve b using graphite as a target.
An emission spectrum measured when the laser ablation in the case of using the F 2 laser beam as the laser beam.

【図3】従来の窒化炭素の合成方法におけるレーザアブ
レーションの際に測定した発光スペクトルである。
FIG. 3 is an emission spectrum measured during laser ablation in a conventional carbon nitride synthesis method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…ターゲット。 11 Target.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 修 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Osamu Matsumoto 1126 Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture 1 Hamamatsu Photonics Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲットにレーザ光を照射させること
によりレーザアブレーションを行い、窒化炭素を合成す
る窒化炭素の合成方法であって、 前記ターゲットを構成する材料として、アンモニウム化
合物及び炭素質材料を含有する固形物を用いることを特
徴とする窒化炭素の合成方法。
1. A method for synthesizing carbon nitride, wherein laser ablation is performed by irradiating a target with laser light to synthesize carbon nitride, wherein the target comprises an ammonium compound and a carbonaceous material. A method for synthesizing carbon nitride, comprising using a solid.
【請求項2】 前記レーザ光は、前記アンモニウム化合
物を分解して前記アンモニウム化合物中の窒素原子を放
出することが可能なレーザ光であることを特徴とする請
求項1に記載の窒化炭素の合成方法。
2. The synthesis of carbon nitride according to claim 1, wherein the laser beam is a laser beam capable of decomposing the ammonium compound and releasing nitrogen atoms in the ammonium compound. Method.
【請求項3】 前記レーザ光は、F2レーザ光、ArF
エキシマレーザ光、KrFエキシマレーザ光若しくはX
eClエキシマレーザ光又はNd−YAGレーザ光若し
くはNd−YLFレーザ光の2次以上の高調波であるこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化炭素の合成
方法。
3. The laser beam according to claim 1, wherein the laser beam is F 2 laser beam, ArF
Excimer laser light, KrF excimer laser light or X
The method for synthesizing carbon nitride according to claim 1, wherein the method is a second or higher harmonic of eCl excimer laser light, Nd-YAG laser light, or Nd-YLF laser light.
【請求項4】 前記アンモニウム化合物は、20〜20
0℃の温度で固体でありかつ20℃において10-4〜1
Torrの蒸気圧を有することを特徴とする請求項2又
は3に記載の窒化炭素の合成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the ammonium compound is 20 to 20.
Solid at a temperature of 0 ° C and 10 -4 to 1 at 20 ° C
The method for synthesizing carbon nitride according to claim 2 or 3, wherein the method has a vapor pressure of Torr.
【請求項5】 前記アンモニウム化合物は、塩化アンモ
ニウム、炭酸アンモニウム又は硝酸アンモニウムである
ことを特徴とする請求項4に記載の窒化炭素の合成方
法。
5. The method according to claim 4, wherein the ammonium compound is ammonium chloride, ammonium carbonate, or ammonium nitrate.
【請求項6】 前記ターゲットは、希ガス、水素、酸
素、一酸化窒素、二酸化窒素、窒素、アンモニア及びヒ
ドラジンからなる群より選ばれる少なくとも1つのガス
雰囲気下におかれることを特徴とする請求項1〜5のい
ずれか一項に記載の窒化炭素の合成方法。
6. The method according to claim 1, wherein the target is placed in at least one gas atmosphere selected from the group consisting of a rare gas, hydrogen, oxygen, nitric oxide, nitrogen dioxide, nitrogen, ammonia, and hydrazine. A method for synthesizing carbon nitride according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記炭素質材料は、グラファイト、無定
型炭素又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項
1〜6のいずれか一項に記載の窒化炭素の合成方法。
7. The method according to claim 1, wherein the carbonaceous material is graphite, amorphous carbon, or diamond.
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