JPS5956308A - 導電性物質 - Google Patents

導電性物質

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐摩耗性を有する導電性物質に関する。
従来、炭化ケイ素は、耐熱性及び耐摩耗性に優けた硬い
物質であることが知られている。炭化ケイ素は、一般に
絶縁体と考えられているが、異った原子価の元素を０．
０１パーセントより少い量ドーピングすると、炭化ケイ
素は半導体として作用するようになる。異なった原子価
の元素は導入するのが難しい。また、米国特許第４２８
９８２２号に示されているように、水素を付加すると、
炭化ケイ素に光変換特性が与えられる。光特性に絶対必
要な水素の存在は、硬度、耐摩耗性及び耐熱性を低減さ
せる。このように、従来は、硬度、耐摩耗性及び耐熱性
に優れるとともに導電性も有する炭化ケイ素は知られて
いない。
本発明による炭化ケイ素は、炭素及びケイ素と同じ原子
価の元素を０．０１パーセントより多く含み且つ水素を
含まず、導電性を示す。０．０１％という量は、半導体
をドーピングする際に使用される拡散及び成長の技術に
よって得られる量よりも大きい。
炭化ケイ素がゲルマニウムを０．０１％（ＳｉＣ：　Ｇ
ｅ）より多く含むと硬度、耐摩耗性及び耐熱性が高いだ
けでなく、導電性を示す。導電率は、１Ｏ−２乃至２Ｘ
１０−’　０ｃｍのオーダの値をとり、ゲルマニウムの
濃度に依存する。ゲルマニウムは、無定形炭素ケイ素及
びβすなわち結晶質炭化ケイ素内に組入れられる。Ｓｉ
Ｃがβすなわち結晶質の型のものであれば、ゲルマニウ
ムは格子中に置換されて含有されていると考えることが
できる。
炭素及びケイ素と同じ原子値の元素は、熱分解蒸５ｆ５
　（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｊ、
ｔｉｏｎ）の間最も高い温度で外部元素として導入され
ることによってＳｉＣ中に組入れられることが好ましい
。
低い蒸着温度では、Ｓｊ、Ｃ：　Ｇｅは無定形であり、
結晶化温度より高いときには、ＳｉＣ：　Ｇｅは結晶質
である。
例えばＧｅのように炭素及びケイ素と同じ原子値の外部
元素を系中に最も高い温度で加えると、硬度、温度抵抗
及び導電性に対して有害な水素を排除することもできる
。
以下、本発明の実施例について説明する。
Ｇｅを含む導電性ＳｉＣは、例えば、熱分解気相成長（
Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ　ｖａｐｏｒ　ｇｒｏｔｙｔｈ）の
間Ｃ又はＳｉと同じ原子値のＧｅ原子を外部元素として
化学的に導入することによりＳｉＣの０．０１％より大
きな量の成分が」二記外部元素に置換されて形成される
。
炭化ケイ素を形成する公知の方法は、ケイ素及び炭素双
方の源として働く熱的に分解（ＰＹｒｏｌｙｔｉｃａｌ
ｌｙ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ）されたトリメチルシラン
（Ｃ２Ｈ５）３Ｓｉｌ（の原子生成物の基板］二に成長
させる方法である。
同じ原子値の元素は、シリコン成分又は炭素成分の一方
の化合物中に気体状で導入することにより改良された制
御の下でＳｉＣに結合することができる。この結果得ら
れる物質は、硬度、耐摩耗性及び耐熱性をいずれも高く
保持しておりケイ素、炭素及びこわらと同じ原子値の元
素のみを通常の不純物許容差の範囲内で含む。例えば、
適合可能（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）蒸気圧を有するテト
ラメチルゲルマニウム（ＣＨ３）　４Ｇｅのような導入
すべき元素を担持した化合物でトリエチルシランを希釈
し、系の最も高い温度で成長が行なわれるべき基板を位
置決めすることにより、気体が解離する点で成長が行な
われ、水素は成長された物質中には含まれない。気体状
化合物中の水素は、解離すると、ケイ素又はゲルマニウ
ムと反応せず、従って、水素は単に消失するか又は流出
気体中で炭素と結合される。さらに、水素が含まれない
ことを保証するために、キャリヤ・ガスはヘリウムのよ
うな不活３− 性気体が好ましい。ガスは錯体を含む単なる気体状化合
物とすることができる。これらのうちの１つが選択され
た高温点で蒸着する。
基板は、石英、サフイア、セラミック・アルミナ、５ｊ
−Ｃ，ＧａＡｓ及び８００℃より高い温度で溶ける金属
のように蒸着温度で安定な物質から成ることが好ましい
。
ヘルウムをキャリヤ・ガスとして使用する（Ｃ２Ｈｅ、
）　３ＳｉＨ及び（ＣＨ：ｉ　）　４　Ｇｅの混合ガス
が、７００乃至７５０℃の温度範囲において基板上で分
解されると、基板上に導電性の炭化ケイ素無定薄膜が堆
積される。１１００℃より高い温度では、結晶質のＳｉ
Ｃ：　Ｇｅを形成できる無定形層が１１００℃より高い
温度に加熱されれば、それはβ炭化ケイ素の結晶質にな
る。
導電性５ｉＣ−Ｇｅｌ膜は、１０−２乃至２Ｘ１０’Ω
ｃｍの範囲の抵抗を示す。Ｇｅは重量でおよそ３／１０
０まで含ませることができることが判明した。
ある薄膜においては、弱いＰ型半導体熱電気信号が観察
された。
４− ケイ素、炭素及び外部元素源を置換するには適合可能（
ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）なガスの蒸気圧が必要である。
多くの反応物質を利用することができる。Ｉ、リエチル
シラン（Ｃ２１１Ｆ、）　３５ＩＩＩは、非点が１０７
乃至１０８℃で氷点が０℃であり、蒸気圧が水のそれと
同様であることを示唆している。テトラメチルゲルマン
（ＣＨ３）　４Ｇ　ｅは、非点が４３゜、４℃であり、
蒸気圧が０℃で１３９トルである。
トリメチルシラン（ＣＨ３）３ＳｉＨは非点が９℃であ
る。これらの物質は、すべて適合可能（ｃｏｍｐａｔｉ
ｂｌｅ）と考えられ、比較的容易且つ安全に取り扱うこ
とができる。
次に、第１図及び第２図を参照してＳｉＣ：　Ｇｅの成
長について説明する。第１図の装置は、蒸着炉中に石英
管及び石英製品を使用し、ソース・バブラー（ｓｏｕｒ
ｃｅ　ｂｕｂｂｌｅｒ）及び外部管にパイレックス・ガ
ラスを使用する。キャリヤ・ガスの流量は周知の電子質
量制御装置によって一般的に制御できる。
ただし、トリメチルゲルマニウム及びテトラエチルシリ
コンを１つのバブラー中で混合する点が−般的方法と異
なる。しかし、トリメチルゲルマニウム及びテトラエチ
ルシリコンをそ九ぞれ別個のバブラーに入れるようにす
れば、制御の柔軟性が増す。
第１図の装置には、３つの流路１．２及び３が設けられ
ており、これらの流路はそれぞれ流量制御装Ｗ４．５及
び６によって制御される。流路１及び２はガスを担持す
る反応要素を導入し、流路３は流路１及び２の漏れを制
御する周囲ガスを導入する。
流路１において、破線で囲まれて示されているソース段
５Ａは、バブラー６と、入口弁７と、出目弁８と、弁付
きバイパス９とを含む、バブラー６は含まれているガス
の蒸気圧に従う温度に保持されている。
バブラー６は、通常室温に保たれ、少くとも炭素の一部
及びケイ素の源として作用する例えばトリエチルシラン
・トリメチルシラン、テトラエチルシラン及びテトラメ
チルシランのうちの１つを含む。
ている外部元素ソース段１０Ａは、バブラー１１ど、入
口弁１２と、出口弁１３と、弁付きバイパス１４とを含
む。バブラー１１には、外部元素源としてテトラメチル
ゲルマニウムが入っており、これは揮発性のため通常０
℃に維持されている。
流路３は、周囲ガスとしてヘリウムを含む。この流路の
ガスは通常室温に保たれる。
流路１．２及び３を通るガスは、同心管１６及び１７並
びに交差部１８から成るエンクロージャ内の炉部１５に
導入される。流路１及び２を流れるガスは点１９におい
て組合され第１流路管２０に入り、交差部１８を介して
中央管１７に入る。
中央管１７には基板２１が配置されている。中央管１７
を取り囲むように外部同心周囲管１６が配設されている
。流路３中の小管２２から管１６にキャリヤ・ガスが供
給される。
第２図は基板２１をガスが分解する最も高い温度にする
時間的温度変化を示す。基板２１の温度は、当初、７０
０℃よりわずかに低くされ、然る７− 後に７５０℃に維持され、次いでわずかに降下される。
結晶質すなわちβＳｉＣ：　Ｇｅが必要なときには、温
度の最高点は１１００℃にされる。
成長の詳細、装置寸法、流量、含有ガス及び温度は相互
に関係がある。ガス管の寸法は例えば表１のようにされ
る。
表１ 管２０の内径＝２３ｍｍ 管１６の内径”５５ｍｍ 管１７の内径＝３０ｍｍ 管２２の内径＝８ｍｍ Ｏ乃至数マイクロメータの厚さの堆積を生じさせるには
４乃至１６時間の間流量は例えば表２のような値にされ
る。
８− 流路１　　　　　流路２　　　　　　　流路３２００　
　　　　１００　　　　　　　１００２００　　　　　
　２０　　　　　　　１００１０　　　　　１００　　
　　　　　１００（バブラーをバイパス） ２０　　　　　　１００　　　　　　　　１００（バブ
ラーをバイパス） 同じ容器中で混合されるトリメチルシランとテトラメチ
ルゲルマニウムを使用するように動作を変更できる。こ
れは、段５Ａにおし）て弁７及び８を閉じ且つバイパス
弁９を開くととも番；、段１０Ａのバブラー１１を、０
乃至３０℃に保たれた２つの液体ガス源を含むバブラー
に取り換えることによって行なうことができる。このよ
うな構成番こおいて、０乃至数ミクロンの厚さを生じさ
せるしこは５乃至１７時間の間流量は例えば表３のよう
な値に設定される。
表３ 流路１　　　　　流路２　　　　　流ｗＩ３１００ｍβ
／分　　　５０　　　　　　　１００１００　　　　　
　５０　　　　　　１００（０℃）
【図面の簡単な説明】
第１図は炭素及びケイ素と同じ原子値の元素を熱成長の
間炭化ケイ素に導入するための装置を示す概略構成図、
第２図は上記元素導入を行なうのに必要な温度変化を示
す説明図である。 ４．５．６・・・・流量制御装置、６．１１・・・・バ
ブラー、７．９．８．１２．１３．１４・・・・弁、１
６・・・・周囲管、１７・・・・中央管、２１・・・・
基板、２２・・・・小管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ケイ素と、 炭素と、 炭素及びケイ素と同じ原子価の０．０１％より多い量の
    元素と から成る導電性物質。
JP58123547A 1982-09-24 1983-07-08 導電性物質 Granted JPS5956308A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US423491 1982-09-24
US06/423,491 US4451391A (en) 1982-09-24 1982-09-24 Conductive silicon carbide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5956308A true JPS5956308A (ja) 1984-03-31
JPH0259561B2 JPH0259561B2 (ja) 1990-12-12

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ID=23679087

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58123547A Granted JPS5956308A (ja) 1982-09-24 1983-07-08 導電性物質

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US (1) US4451391A (ja)
EP (1) EP0104405B1 (ja)
JP (1) JPS5956308A (ja)
CA (1) CA1190043A (ja)
DE (1) DE3365450D1 (ja)

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US4451391A (en) 1984-05-29
JPH0259561B2 (ja) 1990-12-12
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EP0104405B1 (en) 1986-08-20

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