KR102118865B1 - 레이저 열분해에 의한 다층 서브마이크론 입자 생성 방법 - Google Patents

레이저 열분해에 의한 다층 서브마이크론 입자 생성 방법 Download PDF

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Abstract

입자(10)를 생성하는 공정이 개시된다. 상기 공정은 제1 화학 요소(전형적으로 실리콘)를 포함하고 유동 방향(11)을 따라서 진행하는, 적어도 하나의 반응 유동(1)을 반응 챔버 내로 도입하는 단계; 반응 유동 당 하나의 상호작용 영역(14)에서 각 반응 유동(1) 과 교차하는 방사선 빔(3)을 상기 반응 챔버(8)를 통해서 투영하여 각 반응 유동에서 상기 제1 화학 요소를 포함하는 입자 코어를 형성하는 단계; 그리고 상기 반응 챔버(8) 내로, 각 반응 유동(1)과 상호 작용하는 상기 제2 화학 요소(전형적으로 탄소)를 도입하여 상기 입자 코어를 제2 화학 요소를 포함하는 층으로 피복하는 단계를 포함한다. 각 반응 유동(1)에는 상기 제1 화학 요소를 산화시키는 작용제가 없다. 단위 시간당 도입된 제2 요소의 원자 하나에 대해서 단위 시간 당 도입된 상기 제1 요소의 적어도 2개의 원자의 비율이 바람직하다. 상기 제2 화학 요소는 적어도 하나의 한정 유동(2)으로 도입되는 것이 바람직하다.

Description

레이저 열분해에 의한 다층 서브마이크론 입자 생성 방법{Method for producing multilayer submicron particles by laser pyrolysis}
본 발명은 다층 입자(전형적으로 위층(upper layer)으로 피복된 코어층)의 생성 공정, 특히 레이저 열분해에 의한 다층 입자 생성 공정에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이와 관련된 장치에 관한 것이다.
예를 들어 이러한 공정은, 사용자가, 각각이 탄소층으로 피복된 서브마이크론의 실리콘 입자를 생성할 수 있도록 한다.
미국 특허 6,387,531호의 서류에 설명된 것처럼, 레이저 열분해에 의해 탄소층으로 피복된 실리콘 옥사이드 입자를 생성하는 공정은 공지되어 있다.
그러나, 이러한 공정은 몇몇 단점을 가지고 있다.:
- 이들 입자의 사용 유형 및 가능한 수가 제한되어서, 신규 용도를 가능하게 하는 입자 생성이 추구되어야 한다, 그리고
- 실리콘 코어 입자 위에 있는 탄소층의 분포 및 두께의 균일성 개선의 여지가 있다.
본 발명의 목적은 전술한 단점의 적어도 하나 또는 그 이상을 해결하는 것이다.
이 목적은 하기의 단계를 포함하는, 입자 생성 공정에 의해 달성된다.:
- 반응 챔버 내로, 제1 화학 요소(전형적으로는 실리콘)를 포함하며 그리고 유동 방향을 따라서 진행하는 적어도 하나의 반응 유동을 도입하는 단계,
- 상기 반응 챔버를 통해서 방사선 빔을 투영하여, 각 반응 유동에서, 상기 제1 화학 요소를 포함하는 코어 입자를 형성하기 위해, 반응 유동 당 하나의 상호작용 영역 내에서 각 반응 유동을 교차시키는 단계, 그리고
- 상기 코어 입자를 제2 화학 요소를 포함하는 층으로 피복하기 위해서, 각 반응 유동과 상호작용하는 상기 제2 화학 요소(전형적으로는 탄소)를 상기 반응 챔버 내로 도입하는 단계.
각 반응 유동에는 상기 제1 화학 요소를 산화시키는 작용제가 없는 것이 바람직하며, 상기 코어 입자가 비산화된 형태의 제1 화학 요소를 포함하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 제1 화학 요소를 산화시키는 산화제를 사용하지 않으므로, 코어가 비산화된 형태의 제1 요소를 포함하는, 입자들을 얻을 수 있다. 제2 요소로 된 층은 산화로부터 상기 코어를 보호하여, 하기의 사항이 가능하게 한다.:
- 상기 제1 요소를 비산화 상태로 계속 유지시키며, 이는 생성된 입자의 가능한 사용에 대한 보다 많은 선택권을 남긴다.: 비산화된 입자의 신규 사용을 위해 비산화된 코어의 제1 요소를 계속 유지시키거나, 또는 다른 표준적 사용을 위해 상기 제1 요소를 순수한 형태로 사용하게 하기 위해, 제2 요소의 층을 제거할 수 있다 (예를 들면 제어 분위기 하에서, 탄소층으로 덮인 비산화 실리콘 입자를 가열함으로써, 실리콘 입자(산화 또는 비산화)에 탄소층을 공급하지 않으며 그리고 CO2 를 배출한다.) , 그리고
- 주변 산소에 의해 상기 코어(예를 들면 비산화 실리콘)가 자연 발화하는 현상을 막는다.
따라서, 본 발명에 따른 이러한 공정은 예를 들면 사용자가, 실리콘 코어 입자 각각의 어떤 산화도 방지하는 보호용 탄소층으로 피복되어 있는, 비산화된 서브마이크론 실리콘 입자를 생성할 수 있게 한다.
도입된 제1 요소의 원자 수에 대한 도입된 제2 요소의 원자 수는 바람직하게는, 단위 시간 당 도입된 상기 제1 요소의 적어도 2개의 원자에 대한 단위 시간 당 도입된 제2 요소의 하나의 원자의 비율에 해당한다. 보다 작은 비율의 경우(예를 들면 상기 반응 유동으로 단위 시간당 도입된 실리콘인 제1 요소의 하나의 원자를 위해 단위 시간당 반응 유동에 도입된 탄소인 제2 요소의 하나의 원자)에는, 반응이 달라질 수 있다 (예를 들면 실리콘 카바이트 입자를 얻는 것).
상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동을 둘러싸는 가스 유동으로 챔버로 도입될 수 있다.
이 실시예는 각 코어 입자 상에 있는 제2 요소로 된 층의 분포 및 두께의 균일성을 상당히 개선한다. 실제로, 각 반응 유동으로 상기 제2 화학 요소가 상기 제1 화학 요소와 함께 챔버 내로 도입되는 경우에, 특히 각 반응 유동에서 상기 제1 화학 요소를 산화시킬 작용제가 사용되지 않는다면, 각각의 코어 입자 상의 제2 요소로 된 층의 분포 및 두께의 균일성은 완벽하지 않다는 것이 관찰되었다.
상기 제2 화학 요소는, 각 반응 유동을 둘러싸고, 각 반응 유동을 둘러싸는 폐쇄된 커브를 따라 분포된 수개의, 즉 복수의(a plurality of) 포인트로부터 배출되며 각 반응 유동의 방향으로 진행하는, 주변 가스 유동으로 상기 챔버 내로 도입될 수 있다. 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동의 상호작용 영역 뒤 (즉, 반응 유동의 유동 방향에 대해서, 상호작용 영역의 이후(after))에서 주변 가스 유동으로 상기 챔버 내로 도입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 공정은 상기 챔버 내, 각 반응 유동의 상호작용 영역 앞 (즉, 반응 유동의 유동 방향에 대해서, 상호작용 영역의 이전(before))에서, 상기 각 반응 유동을 둘러싸며 상기 유동 방향을 따라 진행하는 한정 가스 유동을, 도입하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동의 상호작용 영역 앞의 한정 가스 유동으로 도입된다.
적어도 하나의 반응 유동의 도입은, 서로 서로가 상기 한정 가스 유동에 의해 분리된 수개의 반응 유동의 적어도 하나의 정렬의 도입을 포함할 수 있으며, 여기서 각 반응 유동은 상기 제1 화학 요소를 포함하며 그리고 각 반응 유동은 유동 방향을 따라서 진행한다.
상기 방사선 빔은 바람직하게 상기 유동 방향에 수직인 방사선 방향을 따라서 진행할 수 있으며, 그리고 각 반응 유동 정렬의 유동은 상기 유동 방향 및 상기 방사선 방향에 수직인 정렬 방향을 따라서 정렬될 수 있다.
상기 방사선 빔은 바람직하게 상기 유동 방향에 수직인 방사선 방향을 따라서 진행할 수 있으며, 그리고 각 반응 유동은, 상기 유동 방향에 수직인 평면에서, 상기 유동 방향과 상기 방사선 방향에 수직인 연장 방향을 따라서 확장하는 횡단면을 가질 수 있다.
상기 제2 화학 요소는 상기 제1 화학 요소와 함께 각 반응 유동의 상호작용 영역 앞의 각 반응 유동으로, 상기 챔버 내로 도입될 수 있다.
상기 제1 화학 요소는 바람직하게 실리콘이다.
상기 제1 화학 요소는 바람직하게는 SiH4의 형태로 상기 챔버 내로 도입된다.
상기 입자의 코어는 실리콘일 수 있다.
상기 제2 요소는 바람직하게는 탄소이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 본 발명에 따른 공정에 의해 획득된 입자들이 제안된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 제공된 입자들은 아래의 것을 포함한다.
- 비산화된 제1 화학 요소(바람직하게는 실리콘)를 포함(바람직하게는 단일 요소로 이루어진)하며, 3 내지 900nm의 직경(바람직하게는 1 내지 90nm의 표준 편차 내에서)을 가지는 코어, 및
- 상기 코어를 둘러싸며, 제2 화학 요소(바람직하게는 탄소)를 포함(바람직하게는 단일 요소로 이루어진) 하며 적어도 0.5nm, 바람직하게는 0.5 내지 10nm의 두께(반드시 균일할 필요는 없으며)를 가지는 층.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 입자 생성 장치는 아래의 것을 포함한다:
- 제1 화학 요소를 포함하는 시약을 포함하는 시약 소스;
- 상기 시약 소스에 연결된 반응 챔버;
- 상기 시약을 포함하고 그리고 반응 유동 당 하나의 반응 유동 영역으로 유동 방향을 따라서 진행하는 적어도 하나의 반응 유동을, 상기 시약 소스로부터 기인하여 상기 챔버내로, 도입하기 위해 배열된 시약 인젝터,
- 반응 유동 당 하나의 상호 작용 영역에서 각 반응 유동과 교차하는 상기 방사성 빔을 상기 반응 챔버를 통해 투영하기 위해서 배열된 방사선 빔의 에미터,
- 제2 화학 요소의 소스, 그리고
- 상기 제2 화학 요소가 상기 챔버 내에서 각 반응 유동과 상호 작용하도록 상기 제2 화학 요소의 소스로부터 나온 상기 제2 화학 요소를 상기 반응 챔버로 도입하기 위해 배열된 제2 요소의 인젝터.
상기 시약에는 상기 제1 화학 요소를 산화시키기 위해 마련된 작용제가 없는 것이 바람직하다.
상기 제2 요소의 인젝터 및 상기 제1 요소의 인젝터는, 적어도 상기 제1 요소의 원자 2개에 대하여 제 2 요소의 하나의 원자의 비율로, 상기 제1 원소의 다수의 원자에 대한 상기 제2 원소의 다수의 원자를 도입하기 위해, 함께 배열되는 것이 바람직하다.
상기 제2 화학 요소의 인젝터는 상기 제2 화학 요소를 각 반응 유동을 둘러싸는 가스 유동으로 상기 챔버 내로 도입하기 위해 마련될 수 있다.
제2 화학 요소의 인젝터는 각 반응 유동을 둘러싸고, 각 반응 유동을 둘러싸는 폐쇄된 커브를 따라 분포된 수개의 포인트로부터 배출되며 그리고 상기 반응 유동의 방향으로 상기 주변 가스 유동이 향하도록(direct) 하기 위해서 배열되는 주변 가스 유동으로, 상기 챔버 내로 제2 화학 요소를 도입하기 위해 배열될 수 있다. 상기 제2 화학 요소의 인젝터는, 각 반응 유동의 상호작용 영역 뒤의, 즉, 상호작용 영역 이후에 주변 가스 유동으로 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버 내로 도입하기 위해, 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 각 반응 유동을 둘러싸며 상기 유동 방향을 따라 진행하는 한정 가스 유동을, 각 반응 유동의 상호작용 영역 앞의, 즉, 상호작용 영역 이전에, 상기 반응 챔버 내로, 도입하기 위해 배열된 한정 가스 인젝터를 더욱 포함할 수 있다. 제2 화학 요소의 인젝터는 상기 한정 가스 인젝터를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 반응 유동의 인젝터는 상기 한정 가스 유동에 의해 서로가 분리된 소수의 반응 유동의 적어도 하나의 정렬을 도입하기 위해 배열될 수 있으며, 여기서 각 반응 유동은 상기 제1 화학 요소를 포함하며 그리고 각 반응 유동은 상기 유동 방향을 따라서 진행한다.
상기 에미터는, 상기 방사선 빔이 상기 유동 방향에 수직인 방사선 방향을 따라서 진행하도록 배열되며, 그리고 적어도 하나의 반응 유동의 인젝터는, 각 반응 유동 정렬의 유동이 상기 유동 방향 및 상기 방사선 방향에 수직인 정렬 방향을 따라서 정렬되도록 배열될 수 있다.
상기 에미터는, 상기 방사성 빔이 상기 유동 방향에 수직인 방사선 방향을 따라서 진행하도록 배열되며, 그리고 적어도 하나의 반응 유동의 인젝터는, 각 반응 유동이 상기 유동 방향에 수직인 평면에서, 상기 유동 방향과 상기 방사선 방향에 수직인 연장 방향을 따라 종방향으로 확장하는 횡단면을 가지도록 배열될 수 있다.
상기 제2 화학 요소의 인젝터는 각 반응 유동의 상기 상호 작용 영역 앞에 각 반응 유동으로 상기 제1 화학 요소와 함께 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버 내로 도입하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 추가 이점 및 특징은 방법에 제한없이 구현예 및 실시예의 상세한 설명을 읽을 시 명백해질 것이며, 그리고 하기에 첨부된 도면에서;
- 도 1은, 본 발명에 따른 장치에서의 반응 유동(논의되는 변형예에 따라서 유동은 1, 100, 101, 102, 103, 104, 105 또는 106 일 수 있다.)의 개략적인 단면도이다,
- 도 2는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 측면 단면도(논의되는 변형예에 따라서 유동(1, 101, 102) 또는 유동(103)일 수 있다.)이다,
- 도 3은 본 발명에 따른 장치에서 반응 유동 정렬(101, 102, 103)의 개략적인 전면 횡단면도이다,
- 도 4는 본 발명에 따른 장치의 일 변형예의 개략적인 측면 단면도(논의되는 변형예에 따라서 유동이 (1, 100) 또는 (101, 104) 또는 (102, 105) 또는 (103, 106) 일 수 있다.)이다,
- 도 5는 다른 선택적인 반응 유동(100)에 의해 수반된 반응 유동(1)의 사시도이다,
- 도 6은 다른 선택적인 반응 유동 정렬(104, 105, 106)에 의해 수반된 제1 반응 유동 정렬(101, 102, 103)의 사시도이다,
- 도 7은 반응 유동(논의되는 변형예에 따라서 유동이 1, 100, 101, 102, 103, 104, 105 또는 106일 수 있다) 그리고 주변 가스 유동(7)을 확산시키기 위해 배열된 환상 인젝터(22)의 개략적 측면 단면도이다,
- 도 8은 반응 유동(논의되는 변형예에 따라서 유동이 1, 100, 101, 102, 103, 104, 105 또는 106일 수 있다.) 그리고 환상 인젝터(22)의 개략적 사시도이다,
- 도 9는 본 발명에 따라 생성된 입자의 개략적 측면 단면도이다, 그리고
- 도 10은 본 발명에 따라 생성된 다른 입자의 개략적 측면 단면도이다.
여기서 도시된 실시예 및 변형예들은 한정되는 것이 아니며, 그리고 이러한 특징의 선택은 기술적인 이점을 부여하거나 종래 기술에 대하여 본 발명을 구별하기에 충분한 경우라면, 특히 기술된 다른 특징과는 분리된, 하기에 기술된 특징(수단 또는 단계)의 선택을 오직 포함하는 본 발명의 변형예들을 상상하는 것은 가능할 것이다. 바람직하게는 이 선택은, 바람직하게 기능적인 적어도 하나의 특징 (바람직하게는 구조적 세부 사항 없이) 및/또는 구조적 세부 사항의 일부가 그 자체로 기술적 이점을 부여하거나 종래기술에 대해 본 발명을 차별화시키기에 충분한 경우에는 그 구조적 세부 사항의 일부만을 포함한다.
우선, 본 발명에 따른 제1 실시예의 장치(9)를 도 1 내지 6을 참조로 설명한다.
레이저 열분해에 의해 입자(10)를 생성하기 위한 제1 실시예의 장치(9)는 시약 소스(4)를 포함한다. 바람직하게는 상기 시약은 적어도 하나의 반응 가스 및/또는 적어도 하나의 에어로졸 형태의 반응 액체를 포함한다. 상기 시약은 제1 화학 요소를 포함한다. 상기 제1 화학 요소는 바람직하게는 금속(바람직하게는 철, 알루미늄, 또는 티타늄으로부터 선택되는 것) 또는 메탈로이드(보론, 실리콘, 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루르(tellurium) 또는 폴로늄(polonium)으로부터 선택되는 것)이다. 보다 정확하게는, 상기 시약 내의 제1 화학 요소는 바람직하게 SiH4 형태의 실리콘임이 바람직하다. 상기 시약은 바람직하게는 반응 가스(전형적으로는 SiH4 가스 또는 SiH4+C2H2 가스 또는 SiH4+C2H4 또는 SiH4+CH4)이다.
상기 장치(9)는 상기 시약 소스(4)에 연결된 (스텐레스스틸 벽에 의해 한정된) 반응 챔버(8)를 더욱 포함한다.
상기 반응 챔버(8)는 (헬륨, 아르곤, 크립톤, 크세논, 질소 또는 혼합물로부터 선택된) 중성 가스 분위기, 바람직하게는 아르곤 또는 질소로 채워진다.
시약 인젝터(5)는 상기 시약 소스(4)로부터 기원하는 적어도 하나의 반응 유동(reaction flow) (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 반응 챔버(8) 내로 도입하기 위해 배열되며, 각 반응 유동은 모든 반응 유동에 대해 동일한 유동방향(11)을 따라서 진행하며 그리고 반응 유동 당 하나의 반응 유동 영역(6)으로 진행한다.
방사선 빔(3) (전형적으로는 방향(12)과 직교하는 횡단면의 영역이 30 mm2 내지 3000 mm2임이 바람직하고, 방향 (13 또는 18)으로의 폭이 2 내지 5 cm임이 바람직하고, 바람직하게 파장이 9 마이크론 내지 11 마이크론인 것, 바람직하게는 10.6마이크론의 SiH4 그리고 50 내지 5000 와트의 파워를 가지며 10,000 내지 1000,000Hz의 주파수를 가지는, 레이저 빔)의 에미터(19) (전형적으로 레이저 소스)는 상기 반응 챔버(8)를 통해 방사선 빔(3)을 투영하기 위해 배열되어서, 이 방사선 빔(3)은, 반응 유동 영역(6) 당 하나의 상호작용 영역(14)에서, 각 반응 유동에서 상기 제1 화학 요소를 포함하는 코어 입자(15)를 형성하도록, 각 반응 유동 영역(6)과 교차한다.
따라서, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) 또는 반응유동 영역(6))은 3 부분으로 나뉜다. :
- 상기 빔(3)과 상호 작용하는 상호작용 영역(14),
- 그의 상호작용 영역(14) 앞 (이전, before, 유동 방향(11)에 대해서)에 위치하고 그리고 상기 챔버(8)로 도입된 대로의 상기 시약을 포함하는 부분, 그리고
- 그의 상호작용 영역(14) 뒤 (이후, after, 유동 방향(11)에 대해서)에 위치하고 그리고 상호작용 영역 (14)에서 시약과 빔 사이의 상호 작용에 기원하는 불꽃(flame,26)을 포함하는 부분.
상기 빔(3)은, FR 2 894 493 및 FR 2 877 591 문서에 기술된 것 같이, 광학 시스템에 의해 초점이 맞춰진 직사각형 횡단면(즉, 면적은 빔(3)의 진행에 따라 감소한다) 을 가지도록 정형화된다.
상기 빔(3)은 ZnSe 윈도우(23)를 통해서 챔버(8)로 도입되고 그리고 비반사 칼로미터(25, 빔 스토퍼)에 의해 정지되기 이전에 또 다른 ZnSe 윈도우(24)를 통해서 챔버(8)로부터 나온다.
상기 장치(9)는 제2 화학 요소 소스를 더욱 포함한다. 상기 제2 화학 요소는 바람직하게는 C2H2 또는 C2H4 또는 CH4 가스 형태로 주입된 탄소이다. 상기 제2 요소의 인젝터는 상기 제2 요소의 소스로부터 나온 제2 화학 요소를 상기 반응 챔버(8) 내로 도입시키기 위해 배열되어서, 상기 제2 화학 요소를 포함하는 층(16)으로 상기 코어 입자(15)를 덮기 위해서 이 제2 화학 요소는 상기 챔버(8) 내에서 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 반응할 수 있다.
상기 소스(4) 내에 있는 것으로 챔버(8)로 주입된 시약에는 상기 제1 화학 요소를 산화시키기 위해 마련된 산화제가 없다. "상기 제1 화학 요소를 산화시키기 위해 마련된 작용제(한편, 제1 화학 요소 산화제"로 지칭됨)"는, 시약(예를 들면, SiH4 가스, 선택적으로는 C2H2 또는 C2H4 또는 CH4와 혼합된 것) 내에서, 상기 챔버(8)로 주입된 형태(예를 들면, SiH4)로부터 상기 제1 화학 요소(예를 들면 Si)를 산화시키는 경향을 보이는 산화-환원 포텐셜을 가지는 원자 또는 분자(예를 들면 N2O)를 의미한다. 바람직하게는, 상기 소스(4) 내에 있는 것으로 상기 챔버(8)로 주입된 시약에는 산소 원자가 없다.
상기 제2 요소의 인젝터(5, 21 및/또는 22) 그리고 상기 제1 요소의 인젝터(5)는, 단위 시간당 (유동 (1)로) 도입되는 상기 제1 요소(전형적으로는 실리콘)의 적어도 2개(바람직하게는 적어도 3개, 선택적으로는 적어도 5개)의 원자에 대한, 단위 시간당 (반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106), 한정(confinement) 유동(2), 그리고 선택적으로는 존재한다면 주변 유동(7)의 합으로) 도입된 제2 요소(전형적으로는 탄소)의 하나의 원자의 비율로, 단위시간 당(전형적으로 분당)의 원자 하나의 비율을 도입시키기 위해서, 상기 장치(9) 내에서 함께 마련된다.
상기 장치(9)는 한정 가스(confinement gas)를 포함하는 한정 가스 소스(20) 및 한정 가스 인젝터(21)를 더욱 포함한다. 상기 한정 가스 인젝터(21)는, (유동 방향(11)에 대해서) 각 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 앞의 상기 반응 챔버(8)로, 각 반응 유동(1, 100 101, 102, 103, 104, 105, 106 (보다 정확하게는, 적어도 챔버(8) 내로의 시약 주입에서부터 각 반응 유동의 상호작용 영역(14)까지에서, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)의 전체 주변에 걸쳐서 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 접촉하며, 이 주변이 유동 방향(11)에 수직인 평면에 포함된 고정된 선에 따라서 한정된다.)를 둘러싸며 그리고 유동 방향(11)을 따라서 진행하는, 한정 가스 유동(바람직하게는 모든 반응 유동에 대해서 공통됨)을 도입하기 위해 배열된다.
상기 한정 가스는 (헬륨, 아르곤, 질소 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 아르곤 또는 질소로부터 선택되는) 중성 가스를 포함한다. 상기 한정 가스 유동(2)은 2가지 기능을 가진다.:
- 첫번째로, 챔버(8)의 내벽을 오염시킬 위험이 있는, 각 반응 유동의 시약이 방사상으로 분산하는 것을 막기 위해서, 각 반응 유동을 제한하며, 그리고
- 두번째로, 상기 빔(3)이 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) 각각과 상호작용된 후(유동 방향(11)에 대해서), 생성된 각각의 반응 유동 불꽃(26)을 냉각(소멸 효과(quench effect))시키는 역할을 한다.
상기 에미터(19)는, 상기 방사선 빔(3)이 상기 유동 방향(11)에 수직인 방사선 방향(12)을 따라 진행하도록 배열된다.
적어도 하나의 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)의 상기 인젝터(5)는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)이, 상기 유동 방향(11)에 수직인 평면에서, 상기 유동 방향(11)과 상기 방사선 방향(12)에 수직인 연장 방향(13)을 따라서 종방향으로 확장하는 횡단면을 가지도록 배열된다.
도 2의 횡단면에 대응할 수 있는 장치(9)의 제1 실시예의 제1 변형예에 있어서, 상기 시약 인젝터(5)는, 상기 챔버(8) 내로 그리고 상기 시약 소스(4)에 기원하여, 반응 유동 영역(6)에서 유동 방향(11)을 따라서 진행하는 단일의 반응 유동(1)을 도입시키기 위해, 배열된다. 상기 인젝터(5)의 횡단면은 전형적으로는 방향(12)으로는 4mm 깊이 그리고 방향(13)으로는 2cm의 폭의 타원형이다.
도 2의 측면 횡단면 및 도 3의 정면 횡단면에 대응할 수 있는 장치(9)의 제1 실시예의 제2 변형예에 있어서, 상기 적어도 하나의 반응 유동의 인젝터(5)는, 상기 챔버(8) 내로 그리고 상기 시약 소스(4)에 기원하여, 상기 한정 가스 유동(2)에 의해 서로 분리된 수개의 반응 유동(101, 102, 103)의 정렬을 도입하기 위해서 배열되며, 그리고 상기 반응 유동 각각은 상기 제1 화학 요소를 포함하며, 그리고 각 반응 유동은 상기 유동 방향(11)을 따라서 진행한다.
유동(101, 102 또는 103) 각각은, 그것에 특정된 반응 유동 영역(6)에서 상기 유동 방향(11)을 따라서 진행한다.
적어도 하나의 반응 유동(101, 102, 103)의 인젝터(5)는, 유동(101, 102, 103)이 정렬된 상태에서, 서로 다른 반응 유동(101, 102, 103)이, 상기 유동 방향(11)과 상기 방사선 방향(12)에 대해 수직인 정렬 방향(18)을 따라서 정렬되도록, 배열된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 인젝터(5)는 수개의 주입 노즐(201, 202, 203) (반응 유동 당 하나의 노즐)로 세분화된다. 각 노즐은 방향(12)에서 3mm의 깊이 그리고 방향(13 또는 18)에서 4mm의 폭의 전형적인 타원형의 단면을 가진다. 반응 유동(101, 102, 103) 및 노즐(201, 202, 203)의 수는 3으로 한정되지 않는다.; 그들 이상의 수를 가질 수 있는데, 이 수는 2 내지 5cm 또는 그 이상의 범위를 가지는 레이저 스폿(spot)의 폭에 의존한다.
도 4의 측면 횡단면도 및 도 5의 사시도에 대응할 수 있는 장치(9)의 제1 실시예의 제3 변형예에 있어서, 적어도 하나의 반응 유동의 인젝터(5)는 상기 한정 가스 유동(2)에 의해 서로가 분리된 수개의 반응 유동(1,100)을 상기 챔버(8) 내로 도입하도록 배열되며, 그리고 반응 유동 각각은 상기 제 1 화학 요소를 포함하며, 반응 유동 각각은 유동 방향(11)을 따라서 진행한다.
상기 시약 인젝터(5)는, 상기 챔버(8) 내로 그리고 상기 시약 소스(4)에 기인하는, 수개의 반응 유동(1,100)을 도입하기 위해 배열되며, 반응 유동(1, 100) 각각은 그것에 특정된 반응 유동 영역(6)에서 상기 유동 방향(11)을 따라서 진행한다. 이들 유동(1, 100)은 상기 방사선 방향(12)을 따라서 이격된다.
상기 반응 유동(1)에 의한 상기 빔(3)의 흡수에 기인한 손실은 상기 빔(3)의 포커싱(또는 "수렴")에 의해 보상되어서, 각 유동(1 또는 100)으로 입사하는 상기 빔(3)의 전력 밀도는, FR 2 877 591문서에서 기술된 바 대로, 모든 유동(1, 100)에서 동일하다.
이 변형예는 생성율 증가를 가능하게 한다. 도 5에 도시된 바와 같이 어느 하나가 다른 하나의 뒤에 있는 2개의 유동(1, 100)를 가지는 것이 가능하며, 또는 3개 또는 4개 또는 그 이상의 유동을 가질 수 있으며, 이 경우에는 하나의 유동이 나머지 다른 유동들 뒤에 단일 레이저 빔(3)에 맞추어서 배치된다.
도 4의 측면 단면도 및 도 6의 사시도에 해당될 수 있는 장치(9)의 제1 실시예의 제4 변형예에 있어서, 적어도 하나의 반응 유동의 상기 인젝터(5)는, 상기 챔버(8) 내로 그리고 상기 시약 소스(4)에 기인하여, 일부가 다른 일부로부터 상기 한정 가스 유동(2)에 의해 분리되는 수개의 반응 유동의 정렬을 도입하기 위해 배열되며, 그리고 각 반응 유동은 상기 제1 화학 요소를 포함하며 그리고 각 반응 유동은 유동 방향(11)을 따라서 진행한다.
도 6은 제1 유동 정렬(101, 102, 103) 및 제2 유동 정렬(104, 105, 106)을 보여준다.
유동(101, 102, 103, 104, 105 또는 106) 각각은 그것에 특정된 반응 유동 영역(6)에서 상기 유동 방향(11)을 따라서 진행한다.
적어도 하나의 반응 유동의 상기 인젝터(5)는, 각각의 정렬 내에서 상기 유동(101, 102, 103 또는 104, 104 및 105) (또는 더욱 상세하게는 상기 유동 방향(11)에 수직인 평면에서의 횡단면) 각각이 상기 유동 방향(11) 그리고 상기 방사선 방향(12)에 수직인 정렬 방향(18)을 따라서 정렬되도록, 배열된다.
상기 유동 정렬은 상기 방사선 방향(12)을 따라서 상호 이격된다.
상이한 유동 정렬은 동일 방향(18)에서 상호 평행하다.
상기 인젝터(5)는 수개의 주입 노즐(반응 유동 당 하나의 노즐)로 세분화된다. 각 노즐은 방향(12)에서 3mm 깊이를 가지며 방향(13 또는 18)에서 4mm의 폭을 가지는 전형적인 타원형의 단면을 가진다.
유동(101, 102, 103)의 제1 정렬에 의한 상기 빔(3)의 흡수에 기인한 손실은 상기 빔(3)의 포커싱(또는 "수렴")에 의해 보상되어서, 유동(101, 102, 103 또는 104, 105, 106)의 각 정렬에 대한 상기 빔(3)의 입사 전력 밀도가, FR 2 877 591의 문서에서 기술된 원리에 따라서, 모든 유동(101, 102, 103, 104, 105 또는 106)에 대해서 동일하게 된다.
도 1 내지 도 6을 참고하여, 본 발명에 따른 장치(9)의 제1 실시예(전술한 4개의 변형예 중 논의된 변형예와 무관하게)를 살펴보면, 제2 화학 요소의 상기 인젝터는, 상기 제2 요소를 (유동 방향 (11)에 대해) 각 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 앞의 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)으로 상기 제1 화학 요소와 함께 상기 챔버(8)내로 도입하게 위해 배열된다.
상기 제2 화학 요소의 인젝터는 시약 인젝터(5)를 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 제2 화학 요소의 인젝터와 상기 시약 인젝터(5)는 병합된다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(9)의 제2 실시예는, 상기 제2 화학 요소의 인젝터가 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)를 둘러싸는 가스 유동(2)으로 상기 챔버(8) 내로 상기 제2 화학 요소를 도입시키기 위해서 배열된다는 사실을 제외하고, 전술한 장치(9)의 제1 실시예(전술한 4개의 변형예 중 고려된 변형예와 무관하게)와 엄격하게 동일하다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 화학 요소의 인젝터는, (유동 방향(11)에 대해) 각 반응 유동의 상호작용 영역(14) 앞에서 상기 제 2 화학 요소를 상기 한정 가스 유동(2)으로 상기 챔버(8) 내에 도입하기 위해 배열된다.
상기 제2 화학 요소의 인젝터는 상기 한정 가스 인젝터(21)를 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 제2 화학 요소의 인젝터 및 상기 한정 가스 인젝터(21)는 병합된다.
상기 제2 실시예는 바람직하게는 (하나 또는 그 이상의 유동 정렬 (도 3 및 도 6의 101, 102, 103 및 104, 105, 106을 가지는) 제2 또는 제4 변형예 내에서 구현되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이것이 상기 제2 화학 요소를 포함하는 한정 가스(2)와 상기 제1 화학 요소를 포함하는 각 반응 유동 간의 상호작용 영역을 최대화시킬 수 있기 때문이다.
도 2 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 장치(9)의 제3 실시예는, 상기 제2 화학 요소의 인젝터가, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸는 가스 유동(7)으로 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8)로 도입시키기 위해서 배열된다는 사실을 제외하고, 전술한 장치(9)의 제1 실시예(전술한 4개의 변형예 중 고려된 변형예와 무관하게)와 엄격하게 동일하다.
상기 제2 화학 요소의 인젝터는,- 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) 당 하나의 인젝터(22)(바람직하게는 환형)를 포함하거나, 또는 - 모든 반응 유동을 구형으로 둘러싸는 공통 인젝터를 포함한다.
논의되는 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105 또는 106) 각각에 있어서, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는, 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 또는 106)을 둘러싸고 그리고 폐쇄된 커브(전형적으로 환형 인젝터(22))를 따라 분포된 수개의 포인트(17)로부터 배출되는 주변 가스 유동(7)으로, 상기 챔버(8) 내로 제2 화학 요소를 도입하기 위해 배열되며, 상기 폐쇄된 커브는 반응 유동을 둘러싸며 그리고 상기 반응 유동의 방향으로 상기 주변 가스 유동(7)이 향하도록 하기 위해서 배열된다.
논의되는 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105 또는 106) 각각에 있어서, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는, (유동 방향(11)에 대해) 그 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 뒤에 상기 주변 가스 유동(7)으로, 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8) 내로 도입하기 위해 배열된다. 이것은, 입자(10)의 코어(15)를 생성함에 있어서 양호한 제어(상기 빔(3)의 전력을 제어함으로써) 및 양호한 균일성을 갖도록 하게 만들기 때문에, 특별히 이롭다. 입자의 코어(15) 위에 층(16)을 생성하는 것이 상기 빔(3)으로부터 에너지를 직접적으로 가져오는 것은 아니며, 따라서 코어(15)의 생성을 위해 가해진 제어에 악영향을 주지 않는다. 사실상, 입자의 코어(15) 상에 층(16)을 생성하는 것은 상호작용 영역(14) 뒤에 있는 불꽃(26)의 에너지를 사용한다.
장치(9)의 제3 실시예는 입자들(10)을 위해 생성된 층(16)을 최적화하기 위해 유동 방향(11)을 따라 각 인젝터(22)를 이동시키는 수단(미도시, 예를 들면 마이크로-이동판)을 포함한다.
물론, 방금 설명된 본 발명에 따른 다른 변형예 및 실시예들이 다른 예들과 결합될 수 있으며, 따라서 상기 제2 화학 요소의 인젝터는 다음의 것을 포함할 수 있다.
- 상기 반응 유동 인젝터(5), 및/또는 (바람직하게는 "및")
- ○ 한정 가스 인젝터(21), 및/또는 ○ 반응 유동 당의 하나의 주변 가스(7)의 인젝터(22) 또는 모든 반응 유동을 구형으로 둘러싸는 주변 가스(7)의 공통 인젝터(22), 중의 적어도 하나(선택적으로는 양자)
이제 방금 설명된 장치(9)의 실시예의 어느 것 하나에서 구현된 공정이 설명될 것이다.
레이저 열분해에 의해 입자(10)를 생성하기 위한 본 발명에 따른 공정은 하기의 단계를 포함한다.:
- 상기 반응 챔버(8)로, 상기 인젝터(5)를 통하고 상기 소스(4)로부터 기인하는, 제1 화학 요소를 포함하며 상기 유동 방향(11)을 따라 진행하는 적어도 하나의 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을, 도입하는 단계; 도입 시, 각 반응 유동은 시약을 포함하며; 상기 챔버(8)로 도입되는 시약의 전형적인 유동 속도는 대략 분당 20 리터이며;
- 상기 반응 챔버(8)내의 (유동 방향(11)에 대해서) 각 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 앞에, 각 반응 유동(1, 100,101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸며 그리고 상기 유동 방향(11)을 따라 진행하는 상기 한정 가스 유동(2)을 도입하는 단계; 상기 챔버(8) 내로 도입된 한정 가스의 전형적인 유동 속도는 대략 분당 50 리터이며;
- 각 반응 유동에서 상기 제1 화학 요소를 포함하는 입자의 코어(15)를 형성하기 위해서, 상기 에미터(19)에 의해, 각 반응 유동(1, 100, 101,102, 103, 104, 105, 106)과 교차하는 방사선 빔(3)을 상기 반응 챔버(8)를 통해서 반응 유동 당 하나의 상호작용 영역(14)으로 투영하는 단계; 그리고
- 상기 제2 화학 요소를 포함하는 (각 입자(10)에 특정되고 그리고 다른 입자들(10)의 층(16)으로부터는 독립적인)층(16)으로 입자 코어(15)를 덮기 위해서, 각 반응 유동(1, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 상호 작용하는 상기 제2 화학 요소를, 상기 반응 챔버(8) 내로 도입하는 단계.
전술한 바와 같이, 상기 반응 유동의 시약에는 상기 제1 화학 요소를 산화시킬 산화제가 없다. 따라서, 본 발명에 따른 공정에 의해 획득된 입자 코어(15)는 비산화된 형태의 제1 화학 요소를 포함한다.
도입된 제1 요소의 원자 수에 대한 단위 시간(전형적으로 분 당)에 도입된 제2 요소의 원자 수는, (유동(1)에서) 단위 시간 당 적어도 2개(바람직하게는 적어도 3개, 최적으로는 5개)의 제1 요소의 원자에 대한 단위 시간 당 (반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106), 한정 가스 유동(2) 및 존재한다면 선택적으로, 주변 유동(7)의 합으로)도입된 하나의 제2 원소의 원자의 비율이다.
도입된 제1 요소의 원자 수에 대한 단위 시간(전형적으로 분 당)에 도입된 제2 요소의 원자 수는, 단위 시간 당 적어도 2개(바람직하게는 적어도 3개, 최적으로는 5개) 내지 50개의 제 1 요소의 원자에 대한 단위 시간 당 (반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106), 한정 가스 유동(2) 및 존재한다면 선택적으로, 주변 유동(7)의 합으로)도입된 하나의 제 2원소의 원자의 비율이다.
상기 방사선 빔(3)은 상기 유동 방향(11)에 수직인 방사선 방향(12)을 따라서 진행한다.
각 반응 유동은, 상기 유동 방향(11)에 대해 수직인 평면에서, 상기 유동 방향(11)과 상기 방사선 방향(12)과 수직인 방향을 따라서 종적으로 확장하는 횡단면을 가진다.
따라서 상기 생성된 입자(10)는 콜렉터(27)로 떨어지고, 거기서 입자들은, 중력에 의해 이동되거나 및/또는 입자를 이용하는 설치 장치 또는 저장용 용기로 흡입되기 이전에, 냉각된다.
본 발명에 따른 장치의 제1 실시예에서 구현된 본 발명에 따른 공정에서, 상기 제2 화학 요소는, (유동 방향(11)에 대해) 각 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 앞의 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)으로 시약 내의 제1 화학 요소와 함께 챔버(8) 내로 도입된다.
본 발명에 따른 장치의 제2 실시예 또는 제3 실시예에서 구현된 본 발명에 따른 공정에서, 상기 제2 화학 요소는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)를 둘러싸고 그리고 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 접촉하는 가스 유동(2 또는 7)으로, 상기 챔버(8) 내로 도입된다.
본 발명에 따른 장치의 제2 실시예에서 구현된 본 발명에 따른 공정에서, 상기 제2 화학 요소는, (유동 방향(11)에 대해서) 각 반응 유동의 상호작용 영역(14)의 앞의 한정 가스 유동(2)으로, 상기 챔버(8) 내로 도입된다.
이 실시예는, 도 3 또는 도 6과 관련하여 전술한 바와 같이, 적어도 하나의 반응 유동의 도입이, 상기 한정 가스 유동(2)에 의해 각각이 분리된, 수개의 정렬된 반응 유동(정렬(101, 102, 103) 그리고 선택적으로는 또한 정렬(104, 105, 106))을 포함할 때에는, 특히 유리하다. 그리고 여기서 반응 유동 각각은 제1 화학 요소를 포함하며 그리고 반응 유동 각각은 유동 방향(11)을 따라서 진행한다. 도 3에서 도시된 것과 같이, 이 경우에 있어서, 상기 한정 가스 유동(2)은 바람직하게는 모든 반응 유동에 대해 공통되며 그리고 상이한 반응 유동 사이에서 불연속(discontinuity)이 없다는 것을 주목해야 한다. 또한, 상기 방사선 빔(3)은 상기 유동 방향(11)에 수직인 방사선 방향(12)을 따라서 진행하며, 그리고 하나의 정렬 내에서 상이한 반응 유동(101, 102, 103 또는 104, 105, 106)들은 상기 유동 방향(11)과 상기 방사선 방향(12)에 수직인 정렬 방향(18)을 따라서 정렬된다.
본 발명에 따른 장치의 제3 실시예에서 구현된 본 발명에 따른 공정에서, 상기 제2 화학 요소는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸고, 각 반응 유동을 둘러싸는 폐쇄된 커브를 따라서 분포되며 그리고 반응 유동 방향으로 진행하는 수개의 포인트(17)로부터 배출되는, 주변 가스 유동(7)으로, 상기 챔버(8) 내로 도입된다. 상기 제2 화학 요소는, (유동 방향(11)에 대해서) 각 반응 유동의 상호작용 영역(14)의 뒤의 주변 가스 유동(7)으로, 상기 챔버(8)내로 도입된다.
물론, 전술한 본 발명에 따른 상이한 공정의 조합을 생각할 수 있으며, 여기서 상기 제2 화학 요소는, 다음의 형태로, 챔버(8) 내로 도입된다.:
- 상기 제 1 화학 요소와 함께 각 반응 유동(1, 100,101, 102, 103, 104, 105, 106)으로, 그리고/또는 (바람직하게는 그리고)
- 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸고 그리고 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 접촉하는 가스 유동(2 또는 7)으로, 특히:
o 한정 가스 유동(2)으로, 그리고/또는
o 반응 유동 당의 하나의 주변 가스 유동(7) 또는 모든 반응 유동을 구형으로 둘러싸는 공통의 주변 가스 유동(7).
실시예1
이 실시예에서, 상기 제1 화학 요소는 실리콘이다.
상기 제1 화학 요소는 주변 온도(대략 20°C)에서 가스 형태의 SiH4로 분 당 약 20리터로 챔버(8)내로 도입된다.
따라서 각 반응 유동 내의 상기 시약은, 산화제 또는 산소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 분자와 혼합되지 않으며, 그러나 선택적으로는 제2 화학 요소의 소스(C2H2 또는 C2H4 또는 CH4, 바람직하게는 C2H2)와 혼합되는 실란(SiH4) 가스이다.
따라서 생성된 입자(10)의 코어(15)는 비산화된 실리콘이다.
상기 한정 가스(2)는 주변 온도에서 분 당 50리터로 도입되는 아르곤 가스를 포함하며, 상기 아르곤 가스는 선택적으로는 제2 화학 요소의 소스(C2H2 또는 C2H4 또는 CH4, 바람직하게는 C2H2)와 혼합된다.
상기 제2 요소는 탄소이다.
상기 제2 요소는 주변 온도에서 분당 거의 대략 2리터로 가스 형태의 에세틸렌(C2H2)으로 상기 챔버로 도입되며, 선택적으로는 보다 나은 결과를 위해서 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) 및 한정 유동(2), 또는 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) 및 주변 유동(7) (예를 들면 상기 반응 유동을 둘러싸는 유동(2 및/또는 7)에서 적어도 60% 그리고 상기 반응 유동에서 나머지)에서 동시에 분포된다.
도입되는 제1 요소(실리콘)의 원자의 수에 대한 도입되는 (제2 원소로 작용하는)탄소 원자의 수는 실리콘 원자 5개에 대한 탄소 원자 1개의 비율이다 (10몰의 SiH4에 대한 1몰의 C2H2).
따라서 얻어진 각 입자의 층(16)은 탄소이다.
생성된 입자들
실시예1에 따른 입자들은 장치(9)의 제1 실시예, 제2 실시에 및 제3 실시예 단독 또는 이들의 조합으로 생성된다.
생성된 입자(10)의 크기는 10 내지 500nm (2 내지 60nm의 표준변차 내)의 코어 지름 그리고 1 내지 5nm의 층(16)두께에 상당한다. 상기 입자들은 완벽하게 구형일 필요는 없다. 코어 지름이라는 것은 코어에 있어서 가장 먼 거리에 있는 두 개의 점을 연결하는 거리를 의미한다 (예를 들면, 봉 형태의 코어의 경우에는 길이).
상기 제2 화학 요소가 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)에서 상기 제1 화학 요소와 함께 챔버(8) 내로 도입되어서, 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예를 사용할 때는, 도 9에 도시된 바와 같이 층(16)은 완벽하게 균일하지 않음이 관찰된다.
이것은, 본 발명에 따르면 각 반응 유동에는 상기 제1 화학 요소를 산화시키는 작용제가 없다는, 사실에 기인한다. 어떤 산화제도 사용하지 않는다는 사실은 반직관적인데, 산화제가 C2H4, C6H6 등과 같은 분자를 탈수소화하고 따라서 고체 상태의 탄소 형성에 도움을 준다는 것이 공지되었기 때문에 특히 탄소층(16)의 경우에 반직관적이다.
제1 실시예 단독 보다 제2 실시예 또는 제3 실시예 단독으로부터 보다 나은 결과를 관찰할 수 있다.
층(16)의 균일성은 본 발명에 따른 제2 실시예 및/또는 제3 실시예를 사용으로써 괄목할만하게 개선될 수 있으며, 여기서 상기 제2 화학 요소는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)를 둘러싸며 그리고 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 접촉하는 가스 유동(2 또는 7)으로, 챔버(8)내로 도입되며, 특히 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예에서는 이를 위해서 상기 제2 화학 요소는 한정 가스 유동(2)으로 상기 챔버(8) 내로 도입된다. 따라서 상기 층(16)은 도 10에 도시된 바와 같이 보다 더 균일하다.
또한, 제2 실시예 또는 제3 실시예 단독 보다 상기 제1 실시예와 결합된 제2 실시예 및/또는 제3 실시예로부터 보다 나은 결과를 관찰할 수 있다.
전술한 실시예들에서 코어(15)는 (어떠한 형태로든) 제2 화학 요소를 포함하지 않음이 관찰된다.
전술한 실시예들에서 층(16)은 (어떠한 형태로든) 제1 화학 요소를 포함하지 않음이 관찰된다.
전술한 실시예들에서 코어(15)는 산화형태의 제1 화학 요소를 포함하지 않고, 바람직하게는 비산화 형태의 이 제1 화학 요소만을 포함함이 관찰된다.
전술한 실시예들에서 각 입자의 코어(15)와 층(16) 사이에는 접점(인터페이스)이 없음이 관찰된다. 그러나, 일반적으로 본 발명이 동일 입자의 코어(15)와 층(16) 사이의 접점의 존재와 양립하지 않는 것은 아님이 관찰된다.
물론, 본 발명은 전술한 예들 및 변형예들에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범위를 넘지 않으면서 이들 예들에 다수의 조정이 가해질 수 있다.
물론, 본 발명의 각종 특징, 형태 및 변형 실시예들은, 이들이 다른 것들과 호한되지 않거나 또는 배제하는 것이 아니라면, 다양한 조합으로써 서로 결합될 수 있다. 특히, 전술한 모든 변형예 및 실시예들은 상호 결합될 수 있다.

Claims (19)

  1. - 제1 화학 요소로서 실리콘을 포함하고 유동 방향(11)을 따라서 진행하는, 적어도 하나의 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 반응 챔버(8) 내로 도입하는 단계,
    - 각 반응 유동에서 상기 제1 화학 요소를 포함하는 입자 코어(15)를 형성하기 위해, 반응 유동 당 하나의 상호작용 영역(14)에서 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 교차하는 방사선 빔(3)을 상기 반응 챔버(8)를 통해서 투영하는 단계, 그리고
    - 상기 입자 코어(15)를 제2 화학 요소를 포함하는 층(16)으로 피복하기 위해서, 상기 반응 챔버(8) 내로, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 상호 작용하는 상기 제2 화학 요소를 도입하는 단계를 포함하며,
    각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)에는 상기 제1 화학 요소를 산화시키는 작용제가 없으며, 상기 입자 코어(15)가 비산화된 형태의 상기 제1 화학 요소를 포함하며, 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸는 가스 유동(2, 7)으로 상기 챔버(8) 내로 도입되는, 입자(10) 생성 공정에 있어서,
    - 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸고, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸는 폐쇄된 커브를 따라 분포된 복수의 포인트(17)로부터 배출되며, 각 반응 유동의 방향으로 진행하는, 주변 가스 유동(7, peripheral gas flow)으로 상기 챔버(8) 내로 도입되며, 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동의 상기 상호작용 영역(14) 이후에(after) 상기 주변 가스 유동(7)으로 상기 챔버(8) 내로 도입되며, 및/또는
    - 상기 공정이, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸고 상기 유동 방향(11)을 따라 진행하여, 상기 반응 유동이 방사상으로 분산하는 것을 제한하는 한정 가스 유동(2, confinement gas flow)을, 각 반응 유동의 상호작용 영역(14) 이전에(before) 상기 반응 챔버(8)내로 도입하고, 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 이전에 상기 한정 가스 유동(2)으로 상기 챔버(8) 내로 도입되는 단계를 더욱 포함하며,
    상기 "상호작용 영역(14) 이후(after)"는 유동 방향(11)에 대해서, 상호작용 영역(14) 이후의 위치를 나타내며, "상호작용 영역(14) 이전(before)"은 유동 방향(11)에 대해서, 상호작용 영역(14) 이전의 위치를 나타내는 것인, 입자(10) 생성 공정.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 화학 요소는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸고, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸는 폐쇄된 커브를 따라 분포된 복수의 포인트(17)로부터 배출되며, 각 반응 유동의 방향으로 진행하는, 주변 가스 유동(7)으로, 상기 챔버(8) 내로 도입되며, 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동의 상호작용 영역(14) 이후에 상기 주변 가스 유동(7)으로 상기 챔버(8) 내로 도입되는 것인, 입자 생성 공정.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 공정이, 각 반응 유동의 상기 상호 작용 영역(14) 이전에 상기 반응 챔버(8) 내로, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸며 상기 유동 방향(11)을 따라 진행하는 상기 한정 가스 유동(2)을 도입하는 단계를 포함하며, 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동의 상기 상호 작용 영역(14) 이전에 상기 한정 가스 유동(2)으로 상기 챔버(8) 내로 도입되는 것인, 입자 생성 공정.
  4. 청구항 3에 있어서, 적어도 하나의 반응 유동의 도입은, 상기 한정 가스 유동(2)에 의해 각각 분리된 반응 유동(101, 102, 103; 104, 105, 106)의 적어도 하나의 정렬을 도입하는 것을 포함하며, 각 반응 유동은 상기 제1 화학 요소를 포함하며, 각 반응 유동은 상기 유동 방향(11)을 따라 진행하는 것인, 입자 생성 공정.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 방사선 빔(3)은 상기 유동 방향(11)에 수직인 방사선 방향(12)을 따라 진행하며, 상기 분리된 반응 유동(101, 102, 103; 104, 105, 106)은 상기 유동 방향(11) 및 상기 방사선 방향(12)에 수직인 정렬 방향(18)을 따라 정렬되는 것인, 입자 생성 공정.
  6. 청구항 1 내지 5 중의 어느 하나에 있어서, 상기 방사선 빔(3)은 상기 유동 방향(11)에 수직인 방사선 방향(12)을 따라 진행하며, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103; 104, 105, 106)이, 상기 유동 방향(11)에 수직인 평면에서, 상기 유동 방향(11)과 상기 방사선 방향(12)과 수직인 연장 방향(13)을 따라 연장되어 있는 횡단면을 가지는 것인, 입자 생성 공정.
  7. 청구항 1 내지 5 중의 어느 하나에 있어서, 상기 제2 화학 요소는 각 반응 유동의 상기 상호 작용 영역(14) 이전에 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)으로 상기 제1 화학 요소와 함께 상기 챔버(8) 내로 더욱 도입되는 것인, 입자 생성 공정.
  8. 청구항 1 내지 5 중의 어느 하나에 있어서, 상기 제1 화학 요소는 SiH4의 형태로 상기 챔버(8) 내로 도입되는 것인, 입자 생성 공정.
  9. 청구항 1 내지 5 중의 어느 하나에 있어서, 상기 입자 코어(15)는 실리콘인, 입자 생성 공정.
  10. 청구항 1 내지 5 중의 어느 하나에 있어서, 상기 제2 화학 요소는 탄소인, 입자 생성 공정.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. - 제1 화학 요소로서의 실리콘을 포함하는 시약을 포함하는 시약 소스;
    - 상기 시약 소스에 연결된 반응 챔버(8);
    - 상기 시약을 포함하고, 반응 유동 당 하나의 반응 유동 영역(6)에서 유동 방향(11)을 따라서 진행하는 적어도 하나의 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을, 상기 시약 소스로부터 기인하여 상기 챔버(8)내로, 도입하기 위해 배열된 시약 인젝터,
    - 반응 유동 당 하나의 상호작용 영역(14)에서 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105,106)과 교차하는 방사선 빔(3)을 상기 반응 챔버(8)를 통해 투영하기 위해서 배열된 방사선 빔의 에미터,
    - 제2 화학 요소의 소스, 그리고
    - 상기 제2 화학 요소가 상기 챔버(8) 내에서 각 반응 유동(1,100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)과 상호 작용하도록, 상기 제2 화학 요소의 소스로부터 나온 상기 제2 화학 요소를 상기 반응 챔버(8)로 도입하기 위해 배열된 제2 화학 요소의 인젝터를 포함하며,
    - 상기 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)의 시약에는 상기 제1 화학 요소를 산화시키는 작용제가 없으며, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸는 가스 유동(2 또는 7)으로 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8) 내로 도입하기 위해 배열되는 것인, 입자(10) 생성 장치(9)에 있어서,
    - 상기 제2 화학 요소의 인젝터는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸며, 각 반응 유동을 둘러싸면서 각 반응 유동의 방향으로 주변 가스 유동을 진행시키도록 배치된 폐쇄된 커브를 따라 배치된 복수의 포인트(17)로부터 배출되는 상기 주변 가스 유동(7, peripheral gas flow)으로, 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8) 내로 도입하기 위해 배열되며, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는, 각 반응 유동의 상호작용 영역(14) 이후에(after) 주변 가스 유동(7)으로, 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8) 내로 도입하기 위해 배열되며, 그리고/또는
    - 상기 장치는, 각 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 이전에(before), 상기 반응 챔버(8)로, 각 반응 유동 (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105,106)을 둘러싸며, 상기 유동 방향(11)을 따라서 진행하여, 상기 반응 유동이 방사상으로 분산하는 것을 제한하는 한정 가스 유동(2)을 도입하기 위해 배열된 한정 가스 인젝터를 더욱 포함하며, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는 상기 한정 가스 인젝터를 포함하며,
    상기 "상호작용 영역 이전"은 유동 방향(11)에 대해서, 상호작용 영역(14) 이전의 위치를 나타내며, "상호작용 영역 이후"는 유동 방향(11)에 대해서, 상호작용 영역(14) 이후의 위치를 나타내는 것인, 입자 생성 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)을 둘러싸며, 각 반응 유동을 둘러싸면서 각 반응 유동의 방향으로 상기 주변 가스 유동을 진행시키도록 배치된 폐쇄된 커브를 따라 배치된 복수의 포인트(17)로부터 배출되는 주변 가스 유동(7)으로, 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8) 내로 도입하기 위해 배열되며, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는 각 반응 유동의 상호작용 영역(14) 이후에 주변 가스 유동(7)으로, 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8) 내로 도입하기 위해 배열되는 것인, 입자 생성 장치.
  15. 청구항 13에 있어서, 각 반응 유동의 상호 작용 영역(14) 이전에, 상기 반응 챔버(8)로, 각 반응 유동 (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105,106)을 둘러싸며 상기 유동 방향(11)을 따라 진행하는 한정 가스 유동(2)을 도입하기 위해 배열된 한정 가스 인젝터를 더욱 포함하며, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는 상기 한정 가스 인젝터를 포함하는 것인, 입자 생성 장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 적어도 하나의 반응 유동의 상기 인젝터는 상기 챔버 내로 상기 한정 가스 유동(2)에 의해 각각 분리된 반응 유동(101, 102, 103, 104, 105, 106)의 적어도 하나의 정렬을 도입하기 위해 배열되며, 각 반응 유동은 상기 제1 화학 요소를 포함하며 각 반응 유동은 상기 유동 방향(11)을 따라서 진행하는 것인, 입자 생성 장치.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 에미터는, 상기 방사선 빔(3)이 상기 유동 방향(11)에 수직인 방사선 방향(12)을 따라서 진행하도록 배열되며, 적어도 하나의 반응 유동의 인젝터는, 각 분리된 반응 유동(101, 102, 103; 104, 105, 106)이 상기 유동 방향(11) 및 상기 방사선 방향(12)에 수직인 정렬 방향(18)을 따라서 정렬되도록, 배열되는 것인, 입자 생성 장치.
  18. 청구항 13 내지 17의 어느 하나에 있어서, 상기 에미터는, 상기 방사성 빔(3)이 상기 유동 방향(11)에 수직인 방사선 방향(12)을 따라서 진행하도록 배열되며, 적어도 하나의 반응 유동의 인젝터는, 각 반응 유동(1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)이 상기 유동 방향(11)에 수직인 평면에서, 상기 유동 방향(11)과 상기 방사선 방향(12)에 수직인 연장 방향(13)을 따라서 연장되어 있는 횡단면을 가지도록 배열되는 것인, 입자 생성 장치.
  19. 청구항 13 내지 17의 어느 하나에 있어서, 상기 제2 화학 요소의 인젝터는 각 반응 유동의 상기 상호작용 영역(14) 이전에 각 반응 유동 (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)으로 상기 제1 화학 요소와 함께 상기 제2 화학 요소를 상기 챔버(8) 내로 도입하도록 더욱 배열되는 것인, 입자 생성 장치.
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