KR20010103569A

KR20010103569A - 양자도트형 기능구조체 제작장치와 양자도트형 기능구조체제작방법 및 양자도트형 기능구조체 및 광기능소자

Info

Publication number: KR20010103569A
Application number: KR1020010007700A
Authority: KR
Inventors: 스즈키노부야스; 마키노도시하루; 야마다유카; 요시다다케히토; 세토다카후미; 아야노부히로
Original assignee: 우에다 마사아키; 마츠시타 기켄 가부시키가이샤; 구사카 가즈마사; 게이자이산교쇼 산교기쥬츠 소고겐큐쇼쵸가 다이효스루 닛폰고쿠
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2001-11-23
Also published as: EP1139438A2; KR100393128B1; US20040045341A1; EP1139438B1; EP1139438A3; US6648975B2; US7384666B2; DE60142998D1; US20010031564A1

Abstract

본 발명은 단입입경·균일구조의 고순도 초미립자를 효율적으로 제작하고, 또한 기판상에 투명매질과 함께 퇴적함으로써 투명매질중에 초미립자가 균질하게 분산된 양자도트형 기능구조체를 제작한다. 이를 위해서, 저압 희가스 분위기하에서 반도체 타겟을 펄스레이저광으로 여기하고, 어브레이션반응에 의해 반도체타겟의 이탈·사출을 행하고, 또한 공중에서 응축·성장시켜서 고순도 반도체 초미립자를 생성하는 초미립자 생성실과 초미립자를 분급하는 초미립자 분급실과, 고순도 반도체 초미립자가 기판상에 포집됨과 동시, 또는 번갈아 투명매질타겟을 엑시머레이저광으로 여기하고, 어브레이션반응에 의해 생성된 물질을 기판상에 포집하여 투명매질과 고순도반도체 초미립자를 퇴적하는 퇴적실 및 캐리어가스 배기계에 의해 구성되는 양자도트형 기능구조체 제작장치를 제공하는 것이다.

Description

양자도트형 기능구조체 제작장치와 양자도트형 기능구조체 제작방법 및 양자도트형 기능구조체 및 광기능소자{METHOD AND APPARATUS FOR FABRICATING QUANTUM DOT FUNCTIONAL STRUCTURE, QUANTUM DOT FUNCTIONAL STRUCTURE, AND OPTICALLY FUNCTIONING DEVICE}

본 발명은 양자도트형 기능구조체 제작장치와 양자도트형 기능구조체 제작방법 및 양자도트형 기능구조체 및 광기능소자에 관한 것으로 특히 양자사이즈 효과에서 다양한 기능발현이 기대되는 초미립자의 입경제어, 오염경감을 행할 수 있음과 동시에, 초미립자가 투명매질중에 균질로 분산된 양자도트형 기능구조체를 사용하여 제작된 광기능소자의 효율향상도 가능케하는 우수한 특징을 갖는 양자도트형 기능구조체 제작방법 및 양자도트형 기능구조체 및 광기능소자에 관한 것이다.

Si계 IV족 재료로 구성되는 반도체 초미립자를 가시발광 등이 가능케되는 광기능소자에 사용하기 위하여는 입경이 nm레벨로 제어된 구상 초미립자 제작이 불가결하다. 또한, nm레벨의 초미립자 제작에는 레이저 어브레이션법이 적합하다.

도 1은 가령 특개평 9-275075호 공보(Japanese Patent Disclosure No. 9-275075)에 기재된, 종래의 타겟재에 대하여 레이저어브레이션법을 실시함으로써 초미립자를 제작퇴적하기 위한 장치개념도이다.

도 1에 있어서, 엑시머레이저광원(1)으로 부터의 레이저광이 슬릿(2), 집광렌즈(3), 미러(4), 레이저광 도입창(5)으로 구성된 광학계를 경유하고, 진공반응실(6)에 도입되어 진공반응실(6)내부에 설치된 타겟홀더(7)에 배치된 타겟재(8)표면에 집광조사된다.

또한, 타겟재(8)표면의 방선방향으로 퇴적기판(9)이 배치되어 있다. 타겟재(8)로 부터의 레이저 어브레이션에 의한 이탈(脫離)·사출물질은 퇴적기판(9)상에 포집·퇴적된다.

상기와 같이 구성된 장치에 있어서, Si를 타겟재로할 경우의 반도체 초미립자 제작에 대하여 다소상세히 설명한다.

우선, 진공반응실(6)을 터보분자펌프를 주체로 한 고진공배기계(10)에 의해 1×10^-8Torr의 초고진공까지 배기후, 고진공배기계(10)를 폐쇄한다.

다음에, 희(希)가스 도입라인(11)을 통하여 헬륨가스(He)를 진공반응실(6)내에 도입하고, 매스 플로우 컨트롤러(12)에 의한 유량제어와 드라이로터리펌프를 주체로한 차동배기계(13)에 의한 차동배기에 의해 일정압력(1.0∼20.0Torr)의 저압 희가스(He)분위기로 진공반응실(6)을 유지한다. 유지된 수 Torr의 He가스 분위기하에서 타겟재료면에 고에너지 밀도(가령 1.0J/㎠이상)의 레이저광을 조사하고, 타겟재로 부터의 물질의 이탈·사출을 행한다.

이탈물질은 분위기가스분자에 운동에너지를 산일(散逸)하여 공중에서의 응축·성장이 촉진되고, 퇴적기판(9)상에서 입경 수 nm에서 수십 nm의 초미립자로 성장하여 퇴적된다.

원래, IV족 반도체는 간접천이형이기 때문에, 밴드간 천이에 있어서는 포논개재가 불가결하고, 필연적으로 재결합과정에서는 열발생이 많고, 복사재결합을 할 확률은 매우적으나, 형상을 입경이 수 nm레벨의 초미립자로하면, 밴드간 천이에 있어서의 파수선택칙의 완화, 진동자 강도 증대 등의 효과가 생김으로써 전자-정공대(正孔對)의 복사 재결합 과정의 발생확률이 증대하여 강한 발광을 띄는 것이 가능해진다.

여기서, 발광파장(발광포토에너지)의 제어에는 초미립자입경 감소에 따른 양자가둠효과에 의한 흡수단 발광에너지(밴드캡(Eg)에 대응)증대를 이용한다. 도 2는 상기 초미립자 입경과 그 흡수단 발광에너지의 상관관계를 설명하는 그래프도이다.

즉, 단일발광파장을 얻기 위하여는 초미립자 입경의 균일화가 불가결하다. 그리고, 발광파장에 대응한 입경의 초미립자를 가능한한 좁은 입경분포로 생성·퇴적할 수 있으면 단색발광하는 광기능 소자를 제작하는 것이 가능해진다.

상기 종래의 기술에서 설명한 바와같이, 반도체 초미립자를 사용하여 단일 파장의 발광을 행하는 광기능소자를 제작하기 위하여는 입경분포가 억제된 단일입경의 수 nm레벨의 초미립자의 생성·퇴적이 요구되고 있다.

종래 기술에서는 분위기 희가스의 압력, 타겟재와 퇴적기판의 거리 등을 적절히 선택하여 행함으로써 평균입경을 제어하는 것은 가능하나, 의연히 입경분포의폭이 넓기 때문에, 가령 기하표준편차(σg)가 1.2이하인 균일한 입경의 반도체 초미립자를 얻는 것은 곤란하다.

즉, 더 적극적인 입경제어가 필요하게 된다. 또, nm레벨의 초미립자는 그 높은 표면원자비율(가령 입경 5nm로 약 40%)때문에 불순물이나 결함 혼입에 민감하다.

즉, 생성퇴적 수법으로서 더욱 청정하고 대미지가 적은 프로세스가 요구되고 있다. 또한, 반도체 초미립자를 상기 종래의 기술과 같이, 직접퇴적기판에 부착·퇴적한 경우에는 결국 퇴적물 구조가 초미립자로 이루어지는 다공질 형상의 박막을 형성해버리는 경향이 있다.

이같은 다공질형상에 대해서는 전극을 접속하여 광기능소자화 하는 것을 상정(想定)하면 더 최적화 되는 것이 요구될 경우도 있고, 또 구상 초미립자 원래의 양자사이즈 효과를 끌어내어 발광등으로 대표되는 새로운 광기능을 발현하기 위하여도 가령 안정된 투명매질중에 균질하게 분산된 구조와 같은 더 최적의 형상·구조등이 요구될 경우도 있다.

덧붙여, 상기와 같이 nm레벨의 초미립자는 표면이 매우 민감하기 때문에, 안정된 투명매질중에 균질하게 분산된 양자도트형 기능구조체를 형성할 필요가 발생할 경우도 있다.

또, 특정 입자경을 갖는 미립자를 얻기 위하여는 입자경(가령 직경)에 의존한 이동도를 이용하여 미립자 입경을 선별하는 미립자 분급(分級)장치를 사용할 때가 있다. 이같은 미립자분급장치는 서브미크론의 미립자를 고효율로 포집 분리하는고성능에어필터의 성능테스트나 정화분위기의 모니터링등에 있어서의 표준미립자 생성 및 입경측정에 사용되어 왔다. 입경선별에 이용하는 이동도로서는 주로 정전계중에서의 충전입자에 작용하는 전기이동도와, 중력등에 의한 동작이동도가 있다. 또, 상기 미립자 분급장치의 구조로서는 주로 이중원통형과 원반형이 있다.

도 3은 가령 에어로졸연구 Vol. 2, No.2. p106(1987)또는 분체공학회지 Vol. 21, No.12, p753(1984)에 기재된 종래의 미분형 전기이동도 분급장치의 개략구성도이다. 이 미분형 전기이동도 분급장치는 외부통체(반도체 R1로 함)(19)와 이 외부통체(19)내부에 그 외부통체(19)와 동축으로 배치된 내부통채(반경 R2로함)(20)에 의해 구성된 이중원통형 구조이다. 도 3에 있어서, 충전된 미립자(21)는 캐리어가스(22)에 의해 이송되고, 이중원통형 분급장치 상단부에서 유입하여 내측을 흐르는 시스가스(23)인 청정공기와 합류한다. 충전된 미립자(21)와 시스가스(23)의 혼합가스는 층류(層流)로서 이중원통부분을 길이(L)에 걸쳐 흐른다. 이 이중원통부분은 상기 혼합가스의 흐름방향과 수직으로, 직류전원(24)에 의해 정전계가 인가되어 있다. 따라서 충전된 미립자(21)는 전기이동도에 따른 궤도를 그린다. 상기 전기이동도는 미립자의 입경에 의존하고 있기 때문에, 어느 특정입경의 미립자만이 하부 슬릿(25)에 도달하고, 분급되어 캐리어가스 배기구(26)에서 취출(取出)된다. 기타 입경의 미립자는 시스가스(23)와 함께 시스가스배기구(27)에서 배기되거나, 또는 내측의 집전극(28)으로 이동, 부착한다.

또, 종래의 미립자 분극장치로서, 원반형 구조의 동적 이동도분급장치가 특개평 9-269288호 공보에 개시되어 있다. 도 4는 상기 원반형 동적이동도 분급장치의 개략구성 표시도이다.

이 원반형 동적이동도 분급장치는 원판상 상부 디스크(31)와, 이 상부디스크(31)에서 소정거리를 두고 대향하여 배치된 원판상 하부디스크(32)와 상부디스크(31)와는 반대측에 있어서 하부디스크(32)에 부착된 입자수집부(33)로 구성되어 있다. 상부디스크(31)에는 그 중심부분에 일단이 개구한 통상의 중앙흡입덕트(34)가 형성되고, 이 중앙흡입덕트(34)에서 반경방향 외방의 원판의 가장자리 부근변에는 캐리어가스 도입용 구멍 또는 슬릿(35)은 구멍이 복수개 형성되어 있다. 하부디스크(32)는 상부디스크(31)와 거의 같은 직경으로 성형되고, 또, 거의 동축으로 배치되어 있고, 그 중심에서 반경반향 외방으로 소정거리 부위에는 캐리어가스 도출용 구멍 또는 슬릿(36)이 복수개 형성되어 있다. 상부디스크(31)에 설치된 슬릿(35) 및 하부디스크(32)에 설치된 슬릿(36)은 복수개가 일정간격을 두고 소정 원주를 따라서 고리형상으로 형성되어 있다. 하부디스크(32)에 설치된 슬릿(36)위치의 디스크 중심에서 반경방향 외방으로의 거리는 상부디스크(31)에 설치된 슬릿(35)위치의 디스크 중심에서 반경방향 외방으로의 거리보다 작은 값으로 설정되어 있다. 그리고, 상부리디스크(31)와 하부디스크(32)사이에는 공간으로 되어서 분급영역(37)이 형성되어 있다. 입자수집부(33)에는 그 중심부분에 일단이 개구된 통상의 인출덕트(38)가 형성되고, 이 인출덕트(38)에서 분급된 미립자 캐리어가스와 함께 배출되게 되어 있다.

도 4에 있어서, 동축에 평행하게 배치된 상부디스크(31)와 하부디스크(32)사이 공간에 형성된 분급영역(37)에는 시스가스인 공기류(39)가 상하부디스크(31,32)주위에서 유입하여 외부가장자리에서 반경방향 내방을 향하여 공급된다. 그리고, 공기류(39)는 분급영역(37)을 구심성 층류로서 흐르고, 중앙흡입덕트(34)에서 배기된다(도면중 화살표 A1). 미립자(40)는 캐리어가스(41)에 의해 이송되어서, 상부디스크(31)에 설치된 슬릿(35)에서 분급영역(37)에 도입된다. 상부디스크(31)에 설치된 슬릿(35)에서 분급영역(37) 도입된 미립자(40)는 공기류(39)에 의해 중심축 방향으로 이동함과 동시에, 중력장에 의해 상부디스크(31)에서 하부디스크(32)방향으로 낙하한다. 낙하속도는 미립자(40)입경에 의존하고 있기 때문에 어느 특정입경의 미립자만이 하부디스크(32)에 배치된 슬릿(36)에 도달하고 분급되어 인출덕트(38)에서 취출된다(도면중 화살표 A2). 기타 입경의 미립자는 공기류와 함께 중앙흡입덕트(34)에서 배기되거나, 또는 하부디스크(32)로 이동하여 그 면상에부착한다.

이같은 미립자 분급기술 분야에서는 입경이 수 nm에서 수십 nm정도의 초미립자는 그 초미립자 물성치가 입경에 의존하여 변화된다는 것이 알려져 있다. 가령, 반도체 초미립자는 입경감소와 함께 에너지갭이 증가한다. 상기 반도체 초미립자 물성을 이용함으로써 새로운 디바이스 제작도 시도되고 있다. 근년, 상기 새로운 디바이스를 구성하는 물질로서 Si가 주목되게 되었으며, 희가스중의 펄스레이저 어브레이션에 의해 입경이 수 nm에 수십수 nm정도의 Si초미립자 제작이 시도되고 있다. 이 Si초미립자를 이용한 새로운 디바이스를 제작하기 위하여는 수 nm에서 십수 nm정도의 갖가지 입경을 갖는 Si초미립자를 분급하여 단일입경으로 보일정도의 좁은 입경분포를 갖는 Si초미립자를 추출할 필요가 있다. 또, 분급된 Si초미립자의평균입경은 변화되는 것이 바람직하다.

한편, 도 4의 종래의 원반형 동적이동도 분급장치의 경우는 서브미크론 정도의 입경을 갖는 미립자를 분급하는 것을 목적으로 하고 있고, 입경선별에는 중력장이 이용되고 있다. 중력장은 일정하기 때문에, 분급하는 초미립자의 평균입경을 변화시키기 위해서는 공기류(39)유량을 변화시킬 필요가 있다. nm레벨의 초미립자의 평균입경을 변화시킬려면 상기 공기류(39)의 유량변화도 미소해진다. 이 미소한 유량변화의 제어와, 유량을 안정시키기 위한 제어는 매우 곤란하다.

또, 상기 원반형 동적이동도 분급장치 사이즈를 크게하는(고리형상으로 형성된 슬릿(35)과 슬릿(36)의 사영(射影)거리를 길게하는)일 없이 서브미크론 이하의 입경을 갖는 초미립자를 분급하기 위하여는 분급영역(37)중에 있어서 시스가스인 공기류(39)와 수직방향(상부디스크(31)에서 하부디스크(32)를 향하는 방향)으로 초미립자에 작용하는 힘을 중력이상의 크기를 갖는 것으로할 필요가 있다.

또한, 초미립자의 분급분해능을 향상시키는 방법으로서 분급영역을 1단에서 다단으로 하여 분급회수를 증가시키는 수법이 있다. 도 3의 이중원통형 분급장치의 경우, 가령 분체(粉體)공학회지 Vol.21, No.12, p753(1984)에 기재된 이중원통형 분급장치의 분급영역치수는 L=400mm, R2=15mm, R1=25mm이다. 따라서, 상기 이중원통형 분급장치 외주에 다시 원통형 분급장치를 배치하여 분급영역을 다단으로하면, 분급장치 전체 치수가 대단히 대형화 된다. 이 때문에 분급장치 전체치수를 작게하기 위하여는 이중원통형 이외의 구조로할 필요가 있다.

본 발명의 양자 도트형 기능구조체 제작장치는 상기 종래기술의 과제를 해결하기 위하여 레이저 어브레이션에 의한 초미립자 생성을 행하는 미립자 생성실, 초미립자의 입경제어를 행하는 미립자 분급실, 레이저어브레이션에 의한 투명매질 생성을 행하는 투명매질 생성실, 기판에의 초미립자 퇴적과 투명매질에의 매립을 동시에 행하는 퇴적실로서 구성한 것이다.

이에 따라, 오염·대미지를 경감한 상태로 단일 입경·균일구조의 고순도 초미립자를 효율적으로 제작하고, 기판상에 투명매질과 함께 퇴적할 수 있고, 투명매질중에 초미립자가 균질하게 분산된 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 사용한 기능소자를 제작할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 각종 태양으로써, 본 발명은 미립자를 생성하는 미립자 생성실과, 미립자 생성실에서 생성된 미립자에서 소망하는 입경의 미립자를 가스중에서 분급하는 미립자 분급실과, 미립자를 이송하는 가스를 배기하는 가스배기수단과, 투명매질을 생성하는 투명매질 생성수단과, 미립자 분급실에서 분급된 미립자를 기판상에 포집함과 동시에, 투명매질 생성수단으로 생성된 투명매질을 기판상에 포집하고, 분급된 미립자와 투명매질을 기판상에 퇴적하는 퇴적실을 구비한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능구조체 제작장치로서, 오염·대미지를 경감한 상태로 단일 입경·균일구조의 고순도 초미립자를 효율적으로 제작하고, 기판상에 투명매질과 동시에 퇴적할 수 있고, 투명매질중에 초미립자가 균질하게 분산된 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 사용한 광기능소자를 제작하는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 투명매질 생성수단으로서, 퇴적실중에 제 1 투명매질 생성수단이 배치됨과 동시에, 독립적으로 제 2 투명매질 생성실을 구비한 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 가령 투명매질 생성시에 퇴적기판 부근이 산화분위기가 될 수 있는 재료를 투명매질로서 사용할 때, 산화되기 쉬운 재료의 미립자 산화를 억제할 수 있어서, 양자도트형 기능구조체를 제작하는데 있어 재료선택성을 높이는 작용을 갖는다.

본 발명은 또, 미립자 생성실, 미립자 분급실과, 퇴적실에 있어서의 미립자 이송로를 일직선상에 구성하는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 초미립자를 가스중에서 이송할때에 이송로의 배기컨덕턴스 저하를 억제할 수 있어서, 초미립자 이송시의 침착이 방지되며, 나아가 초미립자의 수량(收量)을 향상시키는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자 생성실의 압력 및 퇴적실 압력을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 초미립자 및 투명매질의 생성압력을 재료중에 최적의 값으로 정확하게 제어할 수 있어서, 양자도트형 기능구조체의 구조·물성을 고도로 제어하는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자를 이송하는 가스를 배기하는 가스배기수단을 퇴적실의 압력에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 미립자 생성실과 퇴적실의 압력차를 크게 취할 수 있어서, 초미립자의 이송효율을 향상시키는 작용을 갖는다.

본 발명은 또, 퇴적실내에 있어서의 퇴적기판이 미립자 및 투명매질의 퇴적방향에 대하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 초미립자와 투명매질을 번갈아 퇴적할 경우에 퇴적효율을 향상시키는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자 이송로를 일정온도로 유지가능한 온도제어기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 열영동(熱泳動)효과에 의해 초미립자의 이송로에의 침착을 방지함과 동시에, 초미립자 끼리의 응집을 제어가능한 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽의 생성을 레이저 어브레이션을 사용하여 행하고, 생성시에 생기는 플라즈마플룸을 전하결합소자를 사용하여 관찰하는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 레이저 어브레이션을 그 자리에서 관찰할 수 있고, 초미립자 및 투명매질 생성시의 레이저어브레이션의 안전성을 판정할 수 있는 작용을 갖는다.

본 발명은 또, 생성되는 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽에 자외광을 조사하여 형광을 관찰하는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작장치로서, 초미립자 및 투명매질의 생성과정을 그 자리에서 관찰할 수 있고, 효율적으로 미립자 분극실에 초미립자를 집어넣을 수 있음과 동시에, 투명매질의 퇴적을 효율적으로 행하는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 양자도트형 기능구조체 제작장치를 사용하여 제작한 양자도트형 기능구조체로서, 초미립자를 안정적으로 투명매질중에 균질하게 분산한 구조를 갖는 활성층을 사용한 광기능소자가 실현되는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 상기 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 사용한 것을 특징으로 하는 광기능소자로서, 종래와 비교하여 효율 향상시킬 수 있는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자를 생성하는 공정과, 미립자에서 소망입경의 미립자를 가스중에서 분급하는 공정과, 미립자를 이송하는 가스를 분급공정후에 배기하는 공정과, 분급된 미립자를 기판상에 포집함과 동시에 투명매질을 생성하는 공정과, 분급된 미립자와 투명매질을 기판상에 동시에 퇴적하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법으로서, 오염·대미지를 경감한 상태로 단일 입경·균일구조의 고순도 초미립자를 효율적으로 제작하고, 기판상에 투명매질과 동시에 퇴적할 수 있어서, 투명매질중에 초미립자가 균질하게 분산된 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 사용한 광기능소자를 제작하는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 투명매질이 미립자와 투명매질을 기판에 퇴적시키는 퇴적실 내에 배치된 제 1투명매질 생성수단과, 독립하여 배치된 제 2투명매질 생성수단중 어느 하나, 또는 쌍방을 동시 내지 번갈아 사용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법으로서, 가령 투명매질 생성시에 퇴적기판 부근이 산화분위기로 될 수 있는 재료를 투명매질로서 사용할 때, 산화되기 쉬운 재료의 미립자 산화를 억제할 수 있어서, 양자도트형 기능구조체를 제작함에 있어 재료선택성을 높이는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자 및 투명매질이 각각의 생성시의 압력이 동시에 최적치가 되도록 독립적으로 제어되어 생성되는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법으로서, 초미립자 및 투명매질의 생성압력을 재료종류에 최적인 값으로정확히 제어할 수 있어서, 양자도트형 기능구조체 구조·물성을 고도로 제어하는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자를 이송하는 가스가, 미립자 분급공정후에 미립자와 투명매질을 기판에 퇴적하는 퇴적실내의 압력에 기초하여 배기되는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법으로서, 미립자 생성실과 퇴적실의 압력차를 크게 취할 수 있어, 초미립자의 이송효율을 향상시키는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자 분급공정후에 미립자 이송로를 일정온도로 유지하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법으로서, 열영동효과에 의해 초미립자의 이송관에의 침착을 방지함과 동시에, 미립자 끼리의 응집을 억제하는 것 가능한 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽은 레이저 어브레이션을 이용하여 생성되고, 생성시에 생기는 플라즈마플룸을 전하결합소자를 이용하여 관찰하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법으로서, 레이저 어브레이션을 그 자리에서 관찰할 수 있고, 생성시의 레이저 어브레이션의 안정성을 판정하기가 가능한 작용을 갖는다.

본 발명은 또 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽은 생성시에 자외광이 조사되고, 미립자 및 투명매질로 부터의 형광이 관찰되는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법으로서, 생성과정을 그 자리에서 관찰할 수 있고, 나아가 퇴적효율 향상을 도모할 수 있는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 상기 양자도트형 기능구조체 제작방법을 이용하여 제작한 양자도트형 기능구조체로서, 초미립자를 안정된 투명매질중에 균질하게 분산시킨 구조를 갖는 활성층을 사용한 광기능소자를 실현할 수 있는 작용을 갖는다.

본 발명은 또 상기 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 사용한 것을 특징으로 하는 광기능소자로서, 종래와 비교하여 효율향상이 도모되는 작용을 갖는다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 단일입경·균일구조를 갖는 nm레벨의 고순도 초미립자를 오염·대미지를 경감한 상태로 효율적으로 제작하고, 퇴적기판상에 퇴적함과 동시에, 초미립자를 안정된 투명매질중에 균질하게 분산시킨 구조인 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 이용하는 광기능소자를 제작할 수 있다.

또한, 본 발명은 양자도트형 기능구조체 제작장치에 꾸며넣을 수 있는 원반형 동적 이동도 분급장치의 개량상태로서, 상부디스크 및 하부디스크간에 직류전압을 인가할 수있게 한다. 이에 따라, 분급영역에 있어서, 상하방향(공기류와 수직한 방향)으로 정전계를 발생시킬 수 있고, 상기 원반형 동적이동도 분급장치에 도입되는 미립자가 충전되어 있을 경우는 중력장에 의한 동적 이동도가 아니고, 정전계에 의한 전기이동도에 의해 충전미립자를 분급하는 것이 가능해진다. 상부디스크 및 하부디스크 간에 인가하는 직류전압을 크게함으로써 중력보다 큰 정전기력을 발생시킬 수 있기 때문에, 상기 원반형 동적이동도 분급장치 사이즈를 크게하지(고리형상 도입슬릿과 고리형상슬릿의 사영거리를 길게하지)않고, nm레벨의 입경을 갖는 초미립자를 분급할 수 있다.

또, 상부디스크 및 하부디스크 간에 인가하는 직류전압을 변화시킴으로써 정전계 강도를 정밀하게 변화시킬 수 있다. 따라서, 공기류의 유량이 일정하다는 조건하에서 nm레벨의 충전 초미립자를 분급할 때의 평균입경도 정밀하게 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 원반형 동적이동도 분급장치에 있어서, 분급영역을 1단에서 다단으로 한다. 이에 따라, 분급장치 전체치수가 작고, 또한 nm레벨의 충전초미립자의 분급분해능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 상기 원반형 동적이동도 분급장치의 하부디스크 하부에 다시 동축에 평행하게 제 3디스크를 배치하여 하부디스크와 제 3디스크간의 공간을 2단째의 분급영역으로 한다. 이와같은 요령으로 제 4, 제 5등의 디스크를 배치하고, 3단째, 4단째, …, 등의 분급영역을 형성한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 상부디스크 및 하부디스크간에 직류전압을 인가 가능하게된, 다단의 분급영역을 갖는 원반형 초미립자 분급장치를 실현함으로써 nm레벨의 초미립자를 양호한 분해능으로 분급하는 원반형 초미립자 분급장치가 얻어진다.

따라서, 본 발명의 제 1목적은 단일입경·균일구조를 갖는 nm레벨의 고순도 초미립자를 오염·대미지를 경감한 상태로 효율적으로 제작하여퇴적기판상에 퇴적함과 동시에, 초미립자를 안정된 투명매질중에 균질하게 분산시킨 구조의 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 이용하는 광기능소자를 제작가능한 양자도트형 기능구조체 제작장치를 제공함에 있다.

또, 본 발명의 제 2목적은 nm레벨의 초미립자를 양호한 분해능으로 분급할 수 있는 초미립자 분급장치를 제공함에 있다.

이같은 본 발명의 목적 및 이점은 첨부도면을 참조하여 설명되는 이하의 실시예로 한층 분명해질 것이다.

도 1은 종래의 초미립자를 제작퇴적하기 위한 장치개념 표시도,

도 2는 초미립자 입경감소에 따른 양자 가둠 효과에 의한 흡수단 발광에너지 증대를 설명하는 그래프도,

도 3은 종래의 2중원통형 구조의 미분형 전기이동도 분급장치의 개략구성도,

도 4는 종래의 원반형 동적 이동도 분급장치의 개략구성도,

도 5는 본 발명의 1실시형태에 있어서의 양자도트형 기능구조체 제작장치의 전체구성도,

도 6은 본 발명의 실시형태에 있어서의 초미립자 생성실의 단면구성도,

도 7은 본 발명의 실시형태에 있어서의 초미립자 분급실의 단면구성도,

도 8은 본 발명의 실시형태에 있어서의 퇴적실, 및 투명매질 생성실의 단면구성도,

도 9는 본 발명의 실시형태에 있어서의 양자도트형 기능구조체의 단면구성도,

도 10은 본 발명의 실시형태에 있어서의 전하실의 단면구성도,

도 11은 본 발명의 실시형태에 있어서의 퇴적실내에서 사용되는 홀더 및 퇴적기판의 다른예 표시구성도,

도 12는 본 발명의 실시형태 2에 관한 양자도트형 기능구조체 제작에 수용가능한, 개량된 원반형 초미립자 분급장치의 개략구성도,

도 13은 상기 도 12표시의 원반형 초미립자 분급장치의 각 분급영역에 있어서 분급된 초미립자의 입자수와 입경관계를 그래프로 표시한 모식도.

발명의 실시형태

실시형태 1

이하, 본 발명의 실시형태 1에 관한 양자도트형 기능구조체 제작장치를 도 5부터 도 11을 이용하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 실시형태에 있어서의 양자도트형 기능구조체 제작장치의 전체구성을 표시한 도면이다. 이 실시형태에 관한 양자도트형 기능구조체 제작장치의 기본적 구성은 초미립자를 생성하는 초미립자 생성실(101)과, 초미립자 생성실(101)에 접속되고 이 초미립자 생성실(101)에 있어서 생성된 초미립자를 분급하는 초미립자 분급실(102)과, 초미립자 생성실(102)에 다시 접속되고, 이 초미립자 생성실(102)에 있어서, 분급된 초미립자가 퇴적되는 퇴적실(103)과, 투명한 매질을 생성하는 투명매질 생성실(104)로 구성되어 있다.

도 6은 초미립자 생성실(101)구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면표시와 같이, 초미립자 생성실(101)의 구성은 기본적으로 초미립자 생성실(101)내에 매스 플로우 컨트롤러(201)를 통하여 일정질량유량(Qa; 가령 1.0[1/min: 리터/분])으로 캐리어가스(202; 가령 순도 99.9999%의 He)를 링상으로 배치한 가스분출구(214)를 통하여 도입하는 가스도입계(213)와, 자전기구(215)를 가지고 있다. 자전기구(215)에는 반도체 타겟(207; 가령 단결정 Si웨이퍼, 면방위(100), 직경 50mm, 두께 0.625mm)를 고정 유지하는 타겟홀더(206)가 부착되어 있다. 또 초미립자생성실(101)은 집광렌즈(203)와, 레이저광 도입창(204)을 갖는 레이저광 조사계(216)를 구비하고 있다. 집광렌즈(203)는 초미립자 이송로에 대하여 45도 위치에 배치되고 펄스레이저광(가령 Nd-YAC레이저의 제 2차 고조파, 파장 532nm)(205)을 집광한다. 레이저광 도입창(204)은 집광렌즈(203)에 의해 집광된 레이저광을 초미립자 생성실(101)내부로 도입하고, 타겟홀더(206)에 고정된 반도체 타겟(207)을 향하여 상기 펄스레이저광을 조사하도록 되어 있다. 초미립자 생성실(101)은 또 펄스레이저광(205)에 의해 여기된 어브레이션플룸(208)의 초미립자 성장방향과 동일한 이송방향으로 뻗어 배치된 초미립자 수용파이프(209)와, 어브레이션플룸(208)등의 그 자리 관찰에 사용되는 한쌍의 관찰용 창(210,211)과, 광기능소자의 제작프로세스 전에 초미립자 생성실(101)을 1×10^-9Torr 보다 작은 초고진공으로 배기하는, 터보 분자펌프를 주체로한 초고진공배기계(212)를 구비하고 있다. 펄스레이저광(205)의 여기에 의해 생성된 초미립자는 초미립자 수용파이프(209)를 통하여 초미립자 생성실(101)에서 송출된다.

도 7은 초미립자 생성실(102)의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 초미립자 생성실(102)의 기본적 구성은 도 7과 같이, 초미립자 생성실(101)에 접속되고, 또 초미립자 생성실(101)에서 생성된 초미립자를 집어넣어서 충전하는 충전실(301)과, 초미립자 생성실(101)로 부터의 초미립자를 유도하는 초미립자 유입관(302)과, 초미립자 유입관(302)에서 이송된 초미립자를 분급하는 분급장치로서의 미분형 전기이동도 분급장치(303)와, 시스가스(304)를 미분형 전기이동도 분급장치(303)에 도입하는 매스 플로우 컨트롤러(305)와, 미분형 전기이동도 분급장치(303)의 이중원통간에 정전계를 형성하는 직류전원(306)과, 시스가스를 배기하는 시스가스배기계(308)와, 캐리어가스(202)일부를 미분형 전기이동도 분급장치(303)에서 분급된 분급초미립자와 함께 배기하는 캐리어가스 배기계(309)를 구비하여 이루어진다.

충전실(301)은 초미립자 생성실(101)에서 생성되어 질량유량(Qa)으로 이송되는 초미립자를 가령 엑시머램프(Ar2엑시머, 파장 126nm)와 같은 진공자외광원을 이용하여 충전한다. 초미립자의 충전은 아메리슘241(Am241)과 같은 방사성 동위체를 사용하여도 되고, 진공자외광원과 방사성동위체 쌍방을 동시에 사용하여도 전혀 상관없다. 초미립자 유입관(302)은 초미립자 생성실(101)에서 퇴적실(103)을 향하여 거의 직선상으로 배열되고, 가령 도중에서 4등분으로 분기배열되어서 구성된다. 미분형 전기이동도 분급장치(303)는 이 실시형태에 있어서는 초미립자 유입관(302)으로부터 충전된 초미립자가 유입되고, 소망입경으로 초미립자를 분급하기 위하여 이중원통구조를 갖는 타입의 분급장치이다. 매스 플로우 컨트롤러(305)는 미분형 전기이동도 분급장치(303)내에서 일정질량유량(Qc; 가령 5[l/min])의 흐름을 형성하기 위한 시스가스(304; 가령 순도 99.9999%의 He)를 미분형 전기이동도 분급장치(303)에 도입제어하기 위한 컨트롤러이다. 시스가스 배기계(308)는 높은 컨덕턴스의 배기관을 통하여 펌프 전단(前段)에 배치된 매스플로메이터(307)에 의해 제어되고, 시스가스를 헬리컬펌프 등으로 일정질량유량(Qc)만큼 배기한다. 캐리어가스 배기계(309)는 질량유량(Qa)만큼 흐르는 캐리어가스(202)일부만을 미분형전기이동도 분급장치(303)로 분급된 분급초미립자와 함께 터보분자펌프를 중심으로 한 펌프를 사용하여 배기한다. 또, 캐리어가스 배기계(309)는 후기하는 퇴적실 압력에 기초하여 제어된다.

도 8은 퇴적실(103)구성을 나타내는 단면도이다. 이 퇴적실(103)의 기본적 구성은 도 8과 같이, 분급완료한 초미립자를 함유한 캐리어가스가 유입하여 분출되는 초미립자 퇴적용 노즐(401)과, 퇴적기판홀더(404)와, 이 퇴적기판홀더(404)에 고정된 퇴적기판(405)과, 집광렌즈(406)및 레이저광 도입창(407)에 의해 구성되는 레이저 조사계(30)와, 타겟홀더(409) 및 여기에 배치된 투명매질 타겟(411)과, 퇴적실(103)을 초고진공으로 배기하는 초고진공배기계(412)와, 퇴적실(103)내에 있어서의 캐리어가스의 차동배기를 행하는 퇴적실가스배기계(413)와 퇴적실(103)에 있어서 초미립자와 퇴적기판(405)사이의 전자수수(授受)를 측정하는 미소전류계(414)와, 투명매질생성실(104)에서 이송되는 투명매질이 분출되는 투명매질퇴적용 노즐(415)을 구비하여 이루어진다.

초미립자 퇴적용 노즐(401)에서는 초미립자 생성실(101)에서 생성된 초미립자가 초미립자 분급실(102)에서 단일입경으로 분급된 후, 분급완료한 초미립자를 함유하는 캐리어가스가 유입하여 분출된다. 초미립자 퇴적용노즐(401)에는 그 초미립자 퇴적용 노즐을 일정온도로 유지하는 가열히터(402)와, 가열히터(402)의 동작을 제어하는 제어장치(403)가 접속되어 있다. 레이저 조사계(430)는 엑시머레이저광(408)이 집광렌즈(406)로 집광되고, 레이저광 도입창(407)을 통하여 퇴적실(103)내로 도입된다. 타겟홀더(409)는 엑시머레이저광(408)에 의해 여기되는 타겟(411)이 고정됨과 동시에, 이 타겟(411)의 정(定)회전구동(가령 8rpm)을 행한다.

이 실시형태에 있어서 타겟(411)은 가령 투명매질타겟(411; 가령 In 203소결체, 순도 99.99%, 직경 50mm, 두께 3mm)으로 이루어진다. 그리고, 타겟(411)은, 타겟홀더(409)상에 있어서, 엑시머레이저광(408)의 조사를 받아 여기된 어브레이션플룸(410)의 성장방향이 퇴적기판(405)을 향하도록 퇴적기판(405)과 평행하게 배치된다. 퇴적기판(405)에는 타겟(411)이 엑시머레이저광(408)의 조사를 받아 생성된 초미립자 및 투명매질 생성실(104)에서 이송된 투명매질이 퇴적된다. 초고진공 배기계(412)는 퇴적실(103)을 양자도트 기능구조체 제작전에 1×10^-9Torr 보다도 낮은 초고진공으로 배기되는 터보분자펌프를 중심으로 구성된다. 퇴적실가스배기계(413)는 초미립자 생성실(101)이 일정압력(가령 4.0Torr)으로 유지되도록 캐리어가스의 차동배기를 행하는 헬리컬펌프를 중심으로 구성된다. 미소전류계(414)는 퇴적실(103)에 있어서 분급된 충전상태의 초미립자가 퇴적기판(405)에 퇴적될 때에 행해지는 전자 수수를 전류로서 측정한다.

또, 투명매질 생성실(104)의 기본적 구성은 도 8과 같이 투명매질생성실(104)내에 분위기 희가스(417)를 도입하는 가스도입계(413)과, 집광렌즈(418) 및 레이저광 도입창(419)에 의해 구성되는 레이저조사계(432)와 타겟홀더(421) 및 여기에 배치된 투명매질 타겟(422)과, 투명매질수용 파이프(424)와 엑시머레이저광(420)에 의해 여기된 어브레이션플룸(423)등을 현장관찰하는데 사용되는 한쌍의 관찰용창(425,426)을 구비하여 구성된다.

가스도입계(431)는 투명매질생성실(104)내에 매스 플로우 컨트롤러(416)를 통하여 일정량 유량(Q_T)(0.5[l/min])으로 분위기 희가스(417; 가령 순도 99.9999%의 He)를 도입한다. 타겟홀더(421)는 엑시머레이저광(420)에 의해 여기되는 타겟(422)이 고정됨과 동시에, 이 타겟(422)의 정회전구동(가령 8rpm)을 행한다. 이 실시형태에 있어서, 타겟(422)은 가령 투명매질타겟(가령 In 203 소결체, 순도 99,99%, 직경 50mm, 두께 3mm)으로 구성된다. 그리고, 투명매질타겟(422)은 타겟홀더(421)상에 있어서, 엑시머레이저광(408)의 조사를 받아 여기된 어브레이션플룸(410)의 성장방향이 퇴적기판(405)을 향하도록 퇴적기판(405)과 평행하게 배치된다. 투명매질 수용파이프(424)는 엑시머레이저광(420)에 의해 여기된 어브레이션플룸(423)의 성장방향을 향하여 배치된다.

도 9는 본 실시형태에 있어서의 양자도트형 기능구조체 구성을 나타내는 단면도이다. 도 9와 같이 단일입경·균일구조의 고순도 초미립자(501)가 투명매질(502)중에 균질하게 분산된 단면구조를 갖는 양자도트 기능구조체의 작제(作製)에 관하여 도 6에서 도 11을 사용하여 설명한다. 우선, 양자도트 기능구조체의 작제프로세서에 대미지·오염 등의 영향을 배제하기 위하여 도 7의 밸브(310)를 닫고, 초미립자 생성실(101)을 터보분자 펌프를 주체로 한 도 6의 초고진공배기계(212)에 의해 1×10^-9Torr 보다 낮은 초고진공으로 배기한 후, 초고진공 배기계(212)를 폐쇄한다.

동시에, 초미립자 분급실(102), 퇴적실(103), 투명매질 생성실(104)을 터보분자펌프를 주체로 한 도 8의 초고진공배기계(412)에 의해 1×10^-9Torr 보다 낮은 초고진공으로 배기후, 초고진공 배기계(412)를 폐쇄한다.

다음에, 도 6의 매스 플로우 컨트롤러(201)를 사용하여 초미립자 생성실(101)에 질량유량(Qa; 여기서는 0.5[1/min])으로 캐리어가스(202; 고순도 희가스, 가령 순도 99.9999%의 He)를 도입한다.

다음에, 도 7의 밸브(310), 밸브(311)를 열고, 헬리컬펌프를 중심으로 구성된 도 8의 퇴적실가스 배기계(413)를 초미립자 생성실(101)압력을 기준으로 제어하여 차동배기를 행함으로써 초미립자생성실(101)을 일정압력(P1; 가령 10Torr)으로 유지한다.

여기서, 도 6의 집광된 펄스레이저광(205)에 의해 반도체타겟(207)표면을 여기하고, 어브레이션반응을 일으켜 반도체타겟(207)표면에 형성된 자연산화막 및 타겟표면에 부착된 금속·탄소화합물 등의 불순물을 완전히 제거하고, 그후, 도 8의 퇴적실배기계(413)를 퇴적한다. 이 시점에서는 펄스레이저광(205)의 발진은 정지되어 있다.

상기와 같이, 반도체타겟(207)의 표면에 형성된 자연산화막을 제거함으로써 반도체 초미립자에 혼입될 가능성이 있는 반도체 초미립자에 있어서의 분순물인 산화물 및 타겟표면에 부착되어 있는 금속·탄소화합물 등의 영향을 제거할 수 있다.

다음에, 캐리어가스(202)의 유량을 변화시켜 일정질량(Qa; 표준상태 1.0[1/min])으로 도입한다. 동시에, 도 7의 매스 플로우 컨트롤러(305)를 사용하여미분형 전기이동도 분급장치(303)에 질량유량(Qc; 표준상태 5.0[1/min])으로 시스가스(304; 고순도희가스, 가령 순도 99.9999%의 He)를 도입한다.

여기서, 헬리컬펌프를 주체로한 퇴적실 가스배기계(413)를 열고, 초미립자 생성실(101)내가 일정압력(P1; 가령 5.0Torr)으로 유지되도록 캐리어가스를 차동배기한다. 동시에, 초미립자 분급실(102)에 설치된 헬리컬펌프를 주체로 한 시스가스배기계(308)를 열고, 매스플로메이터(307)의 지시치가 5.0[1/min]이 되게 매스플로메이터(307)지시치를 기준으로 하여 시스가스배기계(308)를 제어함으로써 시스가스를 일정질량유량(Qc)으로 배기한다.

또한, 동시에 밸브(312)를 열고, 퇴적실(103)내의 압력을 기준으로 제어하는 캐리어 가스배기계(309)를 사용하여 퇴적실(103)내가 일정압력(P2; 가령 2.0Torr)으로 유지되게 캐리어가스 일부만을 차동배기한다. 이 시점에서 퇴적실 가스배기계(413)와 캐리어 가스배기계(309)로 배기되는 가스의 질량유량의 합은 1.0[1/min]이고, 초미립자 생성실은 일정압력(P1; 5.0Torr)으로 퇴적실은 일정압력(P2; 2.0Torr)으로 유지되어 있다.

상기와 같은 수단으로 가스배기를 행함으로써 초미립자 생성실(101)압력을 P1, 퇴적실 압력을 P2, 시스가스의 배기질량유량(Qc)을 정확한 값으로 제어할 수 있다.

다음에, 펄스레이저광(205)을 발진시켜 초미립자 생성실(101)에 도입한다. 이때, 초미립자 생성실(101)에서는 펄스레이저광(205)에 의해 여기되고, 어브레이션 반응에 의해 반도체 타겟(207)에서 이탈·사출된 물질은 분위기 희가스분자에운동에너지를 산일하기 때문에 공중에서의 응축·성장이 촉진되어서, 수 nm에서 수십 nm의 초미립자로 성장한다.

여기서, 상기와 같은 수단으로 초미립자 생성실을 일정압력(P1)으로 정확하게 제어·유지함으로써 반도체 초미립자가 최적의 조건하에서 응집·성장할 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 실시형태에 있어서의 충전실(301)의 단면구성도이다. 이 충전실(301)은 자외선을 발생하여 조사하는 진공자외광원(351)과, 진공자외광원(351)에서 발사된 진공자외광(352)을 집광하여 충전실(301)을 향하여 조사하는 광학계(353)를 구비하고 잇다. 초미립자 생성실(101)에서 생성된 고순도반도체 초미립자는 초미립자 수용파이프(209)를 통하여 일정질량 유량(Qa)의 캐리어가스와 함께 도 10과 같은 구성의 충전실(301)로 이송된다. 충전실(301)에 이송된 고순도 반도체 초미립자는 진공자외광원(351)에서 발하고, 광학계(353)에서 형성된 진공자외광(352)에 의해 단극으로 충전된다.

충전실(301)에서 단극으로 충전된 고순도 반도체 초미립자는 90도 별로 4등배열된 초미립자 유입관 초미립자 유입관(302)을 통하여 미분형 전기이동도 분급장치(303)에 유입한다. 이중원통형 미분형 전기이동도 분급장치(303)에 유입된 고순도 반도체 초미립자는 직류전원(306; 가령 전압 2.5V)에 의해 형성된 내외원통간의정전계에 의해 소망하는 단일입경(가령 입경 3.7mm)으로 분급된다.

여기서, 상기와 같은 수단으로 도입되는 캐리어가스·시스가스의 질량유량과, 배기되는 캐리어가스·시스가스의 질량유량이 각각 대등해지도록 제어해줌으로써 미분형 전기이동도 분급장치(303)에 있어서의 분급장밀도를 이론상의 값에 접근시킬 수 있다.

다음에, 초미립자 분급장치(303)로 분급된 고순도 반도체 초미립자는 퇴적실(103)내에 캐리어가스와 함께 초미립자 퇴적용 노즐(401)을 통하여 이송되고, 퇴적기판(405)상에 포집·퇴적된다. 또한, 초미립자 퇴적용 노즐(401)을 가열히터의 제어장치(403)로 일정온도(가령 섭씨 150도)가 되도록 제어된 가열히터(402)를 사용하여 온도제어함으로써 열영동 효과를 이용하여 초미립자의 노즐관내에의 침착을 방지함으로써 퇴적효율이 향상된다.

이때, 투명매질타겟(411)은 엑시머레이저광(408)에 의해 여기되고, 어브레이션 반응에 의해 사출된 투명매질은 퇴적기판(405)상에 고순도반도체 초미립자가 포집·퇴적됨과 동시에, 퇴적기판(405)상에 포집·퇴적된다.

여기서, 상기와 같은 수단으로 퇴적실을 일정압력(P2; 2.OTorr)으로 제어·유지함으로써 투명매질을 최적조건하에서 퇴적할 수 있다.

또한, 캐리어가스(202)일부만을 터보분자 펌프를 중심으로 한 펌프를 사용하여 배기하는, 퇴적실 압력(P2)에 기초하여 제어되는 캐리어가스 배기계(309)를 사용함으로써 P2의 압력을 임의의 값으로 유지할 수 있기 때문에 P1과 P2의 압력차를 캐리어가스 배기계(309)를 사용하지 않을 경우(P1: 5.0Torr, P2: 4.0Torr, 압력차 1.0Torr)보다 크게(P1: 5.0Torr, P2: 2.0Torr, 압력차 3.0Torr)할 수있고, 압력차에 의한 초미립자 이송을 효율적으로 행할 수 있다.

상기와 같이 분급된 고순도 반도체 초미립자와 투명매질의 포집·퇴적을 동시에 행함으로써 도 9와 같은 단일입경·균일 구조의 고순도 초미립자(501)가 투명매질(502)중에 균질로 분산한 단면구조를 갖는 양자도트형 기능구조체를 제작할 수 있다.

또, 여기서는 퇴적실(103)내에서 고순도 반도체 초미립자와 투명매질의 포집·퇴적을 동시에 행하였으나, 우선, 초미립자 퇴적용 노즐(401)에서 고순도 반도체 초미립자 퇴적을 행하고, 일정량의 고순도 반도체 초미립자 퇴적후, 퇴적기판상에의 투명매질 퇴적을 행함으로써 초미립자와 투명매질의 층상구조를 형성할 수도 있다.

상기의 양자도트 기능구조체 제작수순에 있어서는 퇴적실(103)내의 투명매질타겟(411)을 엑시머레이저광(408)으로 레이저어브레이션함으로써 투명매질의 퇴적을 행하고 있다. 그러나, 이 수순과는 달리, 투명매질 생성실(104)내에 매스 플로우 컨트롤러(416)를 통하여 일정질량 유량(QT; 0.5 1/min)으로 분위기 희가스(417; 순도 99.9999%의 He)를 도입하여 다음 스텝에서 집광렌즈(418)로 집광되어 레이저광 도입창(419)을 통하여 투명매질 생성실(104)에 도입되는 엑시머레이저광(420; ArF엑시머레이저, 파장 193mm)에 의해 투명매질타겟(422)을 여기하고, 또한 그 다음 스텝에서 엑시머레이저광(420)에 의해 여기된 어브레이션플룸(423)의 파장방향으로 배치된 투명매질수용 파이프(424)에서 수용된 투명매질을 퇴적실(103)내의 투명매질 퇴적용 노즐(415)에서 분출하여 퇴적기판(405)상에 퇴적할 수도 있다. 이와 같이, 퇴적실(103)내에서 투명매질의 레이저어브레이션을 행하지 않음으로써 산화분위기에 반응하기 쉬운 반도체 초미립자 퇴적시의 산화를 억제할 수가 있다.

도 11은 본 실시형태에 있어서의 퇴적실(103)내에서 사용되는 홀더(404) 및 퇴적기판(405)의 다른 예를 나타내는 구성도이다. 도 11과 같이 홀더(404)및 퇴적기판(405)은 초미립자 퇴적용 노즐(401), 투명매질타겟(411), 투명매질 퇴적용 노즐(415)각각에 대하여 평행 또는 직교하도록 퇴적기판(405)중심을 축으로하여 회전가능하게 되어 있다. 또, 퇴적기판(405)에 직류전원(703)이 접속되고, 소정 전압을 인가할 수 있게 되어 있다.

이같은 구성으로 함으로써 가령 번갈아 퇴적할때에 초미립자 퇴적중은 초미립자 퇴적방향(451)으로 직교하도록 퇴적기판(405)의 각도를 도 11중의 수평에서 45도 반시계방향(도 11의 화살표 S1방향)으로 회전시킨다. 한편, 투명매질 퇴적시에는 초미립자의 퇴적방향(451) 및 투명매질의 퇴적방향(452)의 쌍방에 대하여 45도가 되는 즉, 투명매질타겟(411)과 평행이 되도록, 퇴적기판(405)을 도 11중의 수평으로 함으로써 초미립자 및 투명매질의 퇴적효율을 향상하고, 퇴적물 분포를 균질화할 수 있다.

덧붙여, 퇴적기판(405)에 직류전원(453)을 사용하여 바이어스전압(가령 100V)을 인가하고 액체질소탱크(454)에 액체질소를 도입하여 퇴적기판(405)을 냉각(가령 섭씨100도)함으로써 초미립자 퇴적효율을 향상할 수도 있다.

여기서, 고순도 반도체 초미립자 포집·퇴적과 동시에 미소전류계(414)에 의해 분급된 충전상태의 초미립자가 기판상에 포집·퇴적될 때에 행해지는 전자 수수를 전류로서 측정하고, 초미립자 퇴적량의 확인·제어를 행할 수있다.

상기와 같이 미립자를 생성하는 미립자 생성실과, 미립자 생성실에서 생성된미립자에서 소망하는 입경의 미립자를 가스내에서 분급하는 미립자 분급실과, 미립자를 이송하는 가스를 배기하는 가스배기수단과, 투명매질을 생성하는 투명매질 생성수단과, 미립자 분급실에서 분급된 미립자를 기판상에 포집함과 동시에, 투명매질 생성수단에서 생성된 투명매질을 기판상에 포집하고, 분급된 미립자와 투명매질을 기판상에 퇴적하는 퇴적실을 구비한 양자도트형 기능구조체 제작장치를 실현할 수 있다. 그리고, 이같은 양자도트형 기능구조체 제작장치를 사용함으로써 단일입경·균일구조를 갖는 nm레벨의 고순도 초미립자를 오염·대미지를 경감한 상태로 효율적으로 제작하고, 퇴전기판상에 퇴적함과 동시에, 초미립자를 안정된 투명매질중에 균질로 분급한 구조인 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 사용하는 광기능소자를 제작할 수 있다.

실시형태 2

다음에, 본 발명의 실시형태 2로서, 상기 실시형태 1에 관한 양자도트형 기능구조체 제작에 조립가능한, 개량된 원반형 초미립자 분급장치에 대하여 설명한다. 실시형태 1은, 분급장치로서 이중원통구조를 갖는 미분형 전기이동도 분급장치(303)가 사용되고 있었다. 본 실시형태에 관한 분급장치는 이와는 다른 타입의 분급장치이고, 게다가 개량된 원반형 초미립자 분급장치이다.

도 12는 본 실시형태 2에 관한 원반형 초미립자 분급장치의 구성을 개략적으로 표시한 단면도이다. 이 원반형 초미립자 분급장치는 n+1개(단 n은 1이상의 정수)의 디스크가 동축에 평행하게 배치된 구조로 되어 있다. 제 1 디스크(601)와 제 2 디스크(602)간의 공간을 제 1 분급영역(613)으로 하고, 제 2 디스크(602)와 제 3디스크(603)간의 공간을 제 2 분급영역(614)으로 하고, 동일하게 하여 제 n 디스크(604)와 제 n+1 디스크(605)간의 공간을 제 n 분급영역(615)으로 한다. 제 1 디스크(601)는 캐리어가스와 초미립자를 상기 원반형 초미립자 분급장치에 도입하기 위한 고리형상도입슬릿(606)을 반경(r1)위치에 구비하고, 제 2 디스크(602)는 반경(r1)보다 작은 반경(r2)위치에 제 1 환형 슬릿(607)을 구비하고, 제 3 디스크(603)는 반경(r2) 보다 작은 반경(r3)위치에 제 2 고리형상 슬릿(608)을 구비하고, 동일하게 하여 제 n+1 디스크(605)는 반경(rn) 보다 작은 반경(rn+1)위치에 제 n 고리형상 슬릿(610)을 구비한다.

또, 제 1 디스크(601), 제 2 디스크(602), …, 제 n 디스크(605)는 제 1 분급영역(613), 제 2 분급영역(614), …, 제 n 분급영역(615)에 디스크 주위에서 각각 유입하는 제 1 시스가스(617), 제 2 시스가스(618), …, 제 n 시스가스(619)를 배기하기 위한 시스가스배기구(611)를 구비한다. 제 n+1 디스크(605) 하부에는 캐리어가스와 분급된 초미립자를 배기하기 위한 캐리어가스 배기구(612)를 구비한다. 제 2 디스크(602)에 있어서, 반경(r2)이상의 제 1 고리형상 슬릿(607)보다 외주부분은 상하 방향으로 3부분으로 분할되어 있다. 상기 3분할 부분 상부는 제 1 직류전압전원(602)에 의해 정 또는 부의 직류전압을 인가할 수 있고, 하부는 접지되어 있다. 또, 중간부분은 상부와 하부를 절연하기 위한 절연체(616)로 구성되어 있다. 동일하게 하여 제 n+1 디스크(605)에 있어서, 반경(rn+1) 이상의, 제 n 고리형상슬릿(610)보다 외주부분은 상하방향으로 3부분으로 분할되어 있고, 상기 3분할 부분 상부는 제 n 직류전압전원(622)에 의해 정 또는 부의 직류전압을 인가할 수 있고,하부는 접지되어 있다. 또 중간 부분은 상부와 하부를 절연하기 위한 절연체(616)로 구성되어 있다. 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 상기 제 2 디스크(602)에서 제 n+1 디스크(605)까지의 각 디스크의 3분할 부분 이외의 구성부분은 모두 접지되어 있다.

도 12 표시의 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 이하의 표시동작으로 초미립자 분급을 행하였다. 제 1 시스가스(617), 제 2 시스가스(618), …, 제 n 시스가스(619)는 디스크주위에서 각각 제 1 분급영역(613), 제 2 분급영역(614), …, 제 n 분급영역(615)에 도입된다. 상기 도입된 각 시스가스는 각 분급영역을 층류상태로 통과한 후, 시스가스 배기구(611)에서 배기된다.

한편, 충전된 초미립자는 캐리어가스에 의해 이송되고, 제 1 디스크(601)에 구비된 고리형상도입슬릿(606)에서 원반형 초미립자 분극장치에 도입되고, 제 1 분급영역(613)으로 분출된다. 상기 제 1 분급영역(613)에는 제 1 디스크(601) 및 제 2 디스크(602)간에 제 1 직류전압전원(620)에 의해 제 1 시스가스류에 수직 방향으로 정전계가 인가되기 때문에, 고리형상도입슬릿(606)에서 분출된 충전 초미립자는 제 1 시스가스(617)에 의해 수평방향으로 이송되면서 그 충전수와 입경에 의존한 전기이동도에 따른 궤적을 그리면서 제 1 디스크(601)에서 제 2 디스크(602) 방향으로 편곡되어 있다.

상기 편곡된 충전초미립자에 있어서, 제 2 디스크(602)에 구비된 제 1 고리형상슬릿(607)에 도달한 것만이 제 1 분급영역(613)에서 분급된 충전초미립자로서 제 2 분급영역(614)으로 분출된다. 상기 제 2 분급영역(614)에는 제 2 디스크(602)및 제 3 디스크(603)간에 제 2 직류전압전원(621)에 의해 제 2 시스가스류에 수직 방향으로 정전계가 인가되기 때문에, 제 1 고리형상슬릿(607)에서 분출된 충전초미립자는 제 2 시스가스(618)에 의해 수평방향으로 이송되면서 그 충전수와 입경에 의존한 전기이동도에 따른 궤적을 그리면서 제 2 디스크(602)에서 제 3 디스크(603) 방향으로 편곡된다. 상기 편곡된 충전 초미립자에 있어서, 제 3 디스크(603)에 구비된 제 2 고리형상 슬릿(608)에 도달한 것만이 제 2 분급영역(614)에서 분급된 충전 초미립자로서 제 3 분급영역으로 분출된다.

동일하게 하여, 제 n 분급영역(615)에는 제 n 디스크(604) 및 제 n+1 디스크(605)간에 제 n 직류전압전원(622)에 의해 제 n 시스가스류에 수직방향으로 정전계가 인가되어 있기 때문에, 제 n-1 고리형상슬릿(609)에서 분출된 충전 초미립자는 제 n 시스가스(619)에 의해 수평방향으로 이송되면서 그 충전수와 입경에 의존한 전기이동도에 따른 궤적을 그리면서 제 n 디스크(604)에서 제 n+1 디스크(605) 방향으로 편곡된다. 상기 편곡된 충전초미립자에 있어서, 제 n+1 디스크(605)에 구비된 제 n 고리형상 슬릿(610)에 도달한 것만이 제 n 분급영역(615)에서 분급된 충전 초미립자로서 캐리어가스 배기구(612)에서 취출된다.

도 12의 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 분급된 초미립자의 평균입경 및 분급분해능에 관여하는 파라메타(이후 분급 파라메타라 함)에는 분급영역 상부의 고리형상 슬릿과 분급영역 하부의 고리형상슬릿의 투영거리(도 12 중의 r_n+1-r_n에 상당), 분급영역인 공간을 형성하는 2개의 디스크간 거리, 분급영역이 되는 공간을형성하는 2개의 디스크 간에 인가되는 직류전압, 캐리어가스 종류, 캐리어가스 유량, 시스가스종류, 시스가스유량, 등이 있다. 상기 분급파라메타를 제 1 분급영역(613)에서 제 n 분급영역(615)까지 똑같이 할 경우, 분급조건(분급된 초미립자의 평균입경 및 분급분해능)도 똑같게 된다. 즉, 제 1 분급영역(613)에 있어서 분급된 초미립자의 분급분해능은 그 후의 제 2 분급영역(614)에서 제 n 분급영역(615)까지 통과한 후에도 향상하는 일은 없다.

그래서, 각 분급영역의 분급파라메타를 변경가능케함으로써 각단 분급영역을 통과하는 초미립자의 분급분해능을 향상시킬수 있게 하였다. 구체적으로는 분급파라메터로서, 분급영역이 되는 공간을 형성하는 2개의 디스크간에 인가되는 직류전압, 캐리어가스 유량, 분급파라메타를 변경함으로써 초미립자의 분급분해능을 향상시키는 방법에 대해서 상세히 설명한다.

도 13에 각 분급영역에 있어서 분급된 초미립자의 입자수와 입경에 관한 모식도를 나타낸다. 도 13a와 같이, 가령 제 1 분급영역(613)에 있어서 분급된 초미립자는, 엄밀하게는 단일입경이 아니고 평균입경(d_p1)을 중심으로 하여 그 주위에 몇개의 분산(△d_p1)을 갖는다. 분급된 초미립자의 평균입경은 분급영역에 인가되는 직류전압에 의존하기 때문에 제 2 분급영역(614)에 인가되는 직류전압을 제 1 분급영역(613)에 인가되는 직류전압보다 약간 정 또는 부로 변화시킴으로써 제 2 분급영역(614)으로 분급되는 초미립자의 평균입경(d_p2)을 d_p1보다 약간 변화시킬수 있다. 따라서, 제 2 분급영역으로 분급되는 초미립자에 있어서, d_p1보다 큰 입경측 분산이나 혹은 작은 입경측 분산의 어느 한쪽을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 13b와 같이, 제 3 분급영역에 인가되는 직류전압을 제 2 분급영역(614)으로 변화시킨 직류전압의 극성과는 반대 전극으로 약간 변화함으로써 제 2 분급영역으로 감소시킨 쪽 분산과는 반대의 입경측 분산을 감소시킬수 있다. 결과적으로 1단의 분급영역 만으로 구성되는 원반형 초미립자 분급장치보다 분급분해능을 향상시킬 수 있게 되었다.

또, 제 3 분급영역보다 더 후단의 분급영역에 있어서, 제 2 및 제 3 분급영역과 동일하게 전단의 분급영역에서 약간 인가전압을 비키는 것을 반복하여 더욱 분급분해능을 향상시킬 수도 있다.

상기와 같이 충전한 초미립자는 디스크에 수직으로 상부디스크에서 하부디스크를 향하는 방향에는 입경에 의존한 속도(즉 전기이동도)로 이동한다. 동시에, 디스크에 평행으로 디스크 중심을 향한 방향에는 시스가스에 의해 일정한 이송속도로 이동한다. 결과적으로 상부디스크의 고리형상슬릿에서 분급영역으로 분출된 입경분포를 갖는 초미립자는 하부디스크에 도달하기 까지 디스크에 평행으로 디스크 중심을 향하는 방향으로 입경분산한다. 이 입경분산한 초미립자 일부만이 하부디스크의 고리형상슬릿으로부터 분급된 초미립자로서 취출된다. 따라서, 초미립자의 분급분해능을 향상시키기 위하여는 상기 디스크에 평행하고 디스크 중심을 향하는 방향의 입경분산을 크게 하면 된다. 즉, 시스가스유량을 크게 하고 초미립자 이송속도를 크게 하면 된다.

그래서, 도 12의 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 각 분급영역 별로 시스가스 유량을 변경가능케 하고, 분급분해능을 변경가능케 하였다. 또한, 제 1 시스가스 유량보다 제 2 시스가스유량을, 제 2 시스가스유량보다 제 3 시스가스유량을, …, 제 1 시스가스유량보다 제 n 시스가스유량을 크게함으로써 서서히 분급분해능을 향상시킬 수 있게 하였다. 결과적으로, 1단의 분급영역만으로 구성되는 원반형 초미립자 분급장치 보다 분급분해능을 향상시킬수 있게 되었다.

입경이 nm레벨의 초미립자는 그 이송과정에 있어서 브라운 운동에 의한 확산이 무시할 수 없게 된다. 도 12의 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 상부디스크의 고리형상 슬릿에서 분급영역으로 유입한 충전 초미립자는 개개가 갖는 전기 이동도에 따라 하부디스크에 도달하기까지 상기 브라운 운동에 의한 확산의 영향을 받는다. 이 브라운 운동에 의해 초미립자는 시스가스의 흐름방향(즉 디스크 주위에서 중심을 향하는 방향)과, 그 반대방향(즉 디스크 중심에서 주위를 향하는 방향)으로 전혀 랜덤하게 (즉 입경에 전혀 의존하지 않고)확산한다. 따라서, 분급영역내에서의 브라운 확산은 초미립자의 분급분해능을 저하시키게 된다.

일반적으로 가스중 초미립자의 브라운 확산에 있어서의 확산계수는 가스점도 증가와 함께 감소한다. 또, 가스원자·분자의 충돌직경 증가와 함께 감소한다. 또, 가스원자·분자의 충돌직경 증가와 함께 감소한다. 따라서, 분급영역을 흐르는 시스가스로서, 가스점도가 높은 것, 또는 충돌직경에 큰 것을 선택함으로써 초미립자의 분급분해능을 향상시킬수 있다.

그래서, 도 12의 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 제 1 분급영역(613)에는 He가스를 제 1 시스가스(617)로 사용하고, 제 2 분급영역(614)에는 Ar가스를 제2 시스가스(618)로 사용하였다. 여기서, He가스의 가스점도는 19.6×10^-6Pa·s, 가스원자충돌직경은 2.15×10^-10m이고, Ar가스의 가스점도는 22.3×10^-6Pa·s, 가스원자 충돌직경은 3.58×10-¹⁰m이다(단, 가스점도는 입력 1atm, 온도 20℃의 경우). 이에 따라, 제 1 분급 영역(613) 보다 제 2 분급영역(614) 쪽이 초미립자의 브라운 확산의 영향을 억제할 수 있고, 결과적으로, 1단의 분급영역만으로 구성되는 원반형 초미립자 분급장치 보다 분급분해능을 향상시킬 수 있었다.

또, 제 3 분급영역에 제 3 시스가스로서 Kr가스(가스원자 충돌직경: 4.08×10^-10m)를, 또 제 4 분급영역에 제 4 시스가스로서 Xe가스(가스원자 충돌직경: 4.78×10^-10m)를 사용하는 등, 제 3 분급영역 이후에 더욱 가스점도가 높은 가스, 또는 충돌직경이 큰 가스를 시스가스로서 사용함으로써 초미립자의 분급분해능을 더욱 향상시킬 수도 있다.

초미립자를 이송하는 캐리어가스 유량도 초미립자의 분급분해능에 영향을 미친다. 캐리어가스는 초미립자와 함께 상부디스크의 고리형상 슬릿에서 분급영역으로 유입한다. 캐리어가스 유량이 클 경우 상부 고리형상 슬릿에서 초미립자가 분급 영역으로 유입할 때, 상부 디스크에서 하부 디스크 방향으로 큰 초속(初速)을 부여하게 된다. 상기 초속의 방향은 전기이동도에 의한 속도방향과 같다. 그 때문에, 상부 디스크에서 하부 디스크 방향에의 초미립자 이동거리에 상기 초속 크기만큼의 오차가 생기고, 이것이 분급분해능을 저하시킨다.

한편 캐리어가스 유량이 작을 경우, 브라운 확산에 의한 초미립자 끼리의 회합(會合)·응집 문제가 생긴다. 상기 응집은 초미립자의 초기 농도가 높을수록, 또 초기입경이 작을수록 시간적으로 빨리 생긴다. 어떤 방법으로 생성된 nm레벨의 초미립자를 도 12의 원방형 초미립자 분급장치까지 이송하는 과정에 있어서, 이송시간이 길면 원방형 초미립자 분급장치에 의해 분급되기 이전에 초미립자 끼리의 회합·응집에 의해 입경이 변화되어 버린다. 이를 억제하는데는 초미립자를 이송하는 캐리어가스 유량을 크게 하고, 상기 이송시간을 단축할 필요가 있다.

상기의 상반된 2가지 문제(즉, 큰 캐리어가스 유량에서의 분급장해능의 저하 및 작은 캐리어가스 유량에서의 응집 문제)를 해결하기 위하여 도 12의 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 각 분급영역 별로 유입하는 캐리어가스 유량을 다르게 하였다. 그리고, 이하의 요령으로 초미립자 분급을 행하였다. 제 1 디스크(611)의 고리형상 도입슬릿(606)으로부터 제 1 분급영역(613)으로 유입하는 캐리어가스 유량은 크게함으로써 생성된 초미립자가 원반형 초미립자 분급장치에 이송되기까지 생기는 응집의 영향을 억제하였다. 제 1 분급영역(613)에서 분급된 초미립자의 입자농도는 고리형상도입슬릿(606) 상류에서의 초미립자 농도와 비교하여 작아져 있다. 즉, 제 1 분급영역(613)에서 분급된 초미립자의 응집에 요하는 시간은 고리형상도입슬릿(606) 상류에서의 초미립자 응집에 요하는 시간과 비교하여 길어져 있다. 따라서, 제 1 고리형상슬릿(607)에서 제 2 분급영역(614)으로 유입하는 캐리어가스 유량은 제 1 분급여역(613)으로 유입하는 캐리어가스 유량보다 작게하여 분급분해능 향상을 도모하였다. 상기와 같이, 후단의 분급영역으로 감아 따라 고리형상슬릿에서 유입하는 캐리어가스 유량을 가소시킴으로써 상기 초미립자 끼리의 응집과 분급분해능 저하문제를 해결하였다.

nm레벨의 초미립자는 구성원자수가 적은 것과, 내부원자수에 대한 표면에 노출해 있는 원자수 비율이 크기 때문에 불순물 혼입에는 대단히 민감하다. 그래서, 도 12 표시의 원반형 초미립자 분급장치에 있어서, 절연체(616)를 세라믹계 물질로 구성하고, 기타 부분을 모두 금속으로 구성함으로써 초미립자 분급장치를 고진공하에서 고온 베이킹 가능케 하였다. 이에 따라 초미립자 분급장치를 청정하게 유지할 수 있게 되고, 초미립자 중에의 불순물 혼입을 억제할 수 있게 되었다.

본 발명은 도면으로 표시한 바람직한 실시예에 기초하여 설명해 왔으나, 당업자에 있어서는 본 발명을 용이하게 변경 및 개변할 수 있다는 것은 분명하며, 그같은 변경부분도 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

Claims

미립자를 생성하는 미립자 생성실과, 상기 미립자 생성실에서 생성된 미립자로부터 소망의 입경의 미립자를 가스 중에서 분급하는 미립자 분급실과, 상기 미립자를 이송하는 가스를 배기하는 가스배기수단과, 투명매질을 생성하는 투명매질 생성수단과, 상기 미립자 분급실에서 분급된 미립자를 기판상에 포집함과 동시에, 상기 투명매질 생성수단으로 생성된 투명매질을 상기 기판상에 포집하고, 상기 분급된 미립자와 상기 투명매질을 상기 기판상에 퇴적하는 퇴적실을 구비한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 투명매질생성수단은 퇴적실 중에 제 1 투명매질 생성수단이 배치됨과 동시에, 독립적으로 제 2 투명매질 생성실을 구비한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 미립자 생성실과, 미립자 분급실과, 퇴적실에 있어서의 미립자 이송로를 일직선상에 구성한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 미립자 생성실의 압력 및 퇴적실 압력을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 가스배기수단을 퇴적실의 압력에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 퇴적실 내에 있어서의 기판은 미립자 및 투명매질의 퇴적방향에 대하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 미립자 이송로를 일정온도로 유지가능한 온도제어기구를 구비한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽의 생성을 레이저 어브레이션을 이용하여 행하고, 생성시에 생기는 플라즈마플룸을 전하결합소자를 이용하여 관찰하는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 생성되는 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽에 자외광을 조사하여 형광을 관찰하는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 간격을 두고 평행하게 배치된 2개의 동축 디스크간에 형성되는 공간을 분급영역으로 하고, 상기 분급영역에 있어서 충전 초미립자를 점성유체 중에서 정전계가 인가될 때의 충전입자의 입경에 의존한 전기이동도를 이용하여 분급하고, 상기 동축 디스크를 3개 이상 배치함으로써 상기 분급영역이 2개 이상의 다단으로 구성되는 초미립자 분급장치를 구비한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 10 항에 있어서, 다단분급영역의 각 단에 개별적으로 직류전압을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 10 항에 있어서, 다단의 분급영역을 한정하는 디스크에는 한쪽의 분급영역에서 다른쪽 분급영역으로 캐리어가스를 유입시키는 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 12 항에 있어서, 다단분급영역의 각각 마다 유입하는 캐리어가스 유량이 다른 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 12 항에 있어서, 다단분급영역의 단수 증가에 따라 각단에 유입되는 캐리어가스 유량이 감소되어 가는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 10 항에 있어서, 디스크 외주 부분에서 분급영역 중심부방향으로 시스가스가 유입되는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 15 항에 있어서, 다단분급영역의 각단마다 시스가스 종류가 달라져 있는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 15 항에 있어서, 다단분급영역의 단수 증가에 따라 각단의 시스가스의 점도 또는 충돌 직경이 증가하는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 15 항에 있어서, 다단분급영역의 각단마다 시스가스 유량이 달라져 있는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 18 항에 있어서, 다단분급영역의 단수 증가에 따라 각단에 유입되는 시스가스 유량이 증가해 가는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 10 항에 있어서, 디스크는 세라믹계 절연체와, 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항에 있어서, 동축이고 평행하게 배치되고, 사이에 초미립자를 분급하는 다단의 분급영역을 형성하는 복수의 디스크와, 캐리어가스와 초미립자를 디스크를 통하여 다음 단의 분급영역에 도입하기 위하여 상기 디스크에 형성된 슬릿과,각 디스크의 축부분에 설치되고 각 분급영역에 디스크 주위에서 각각 유입하는 시스가스를 배기하기 위한 시스가스 배기구와, 최종단의 디스크 하부에 설치되어 캐리어가스와 분급된 초미립자를 배기하기 위한 캐리어가스 배기구를 구비하고, 상기 분급영역에 있어서 충전 초미립자를 분급하는 초미립자 분급장치를 구비한 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 21 항에 있어서, 디스크의 슬릿에서 외주부분은 그 디스크의 면에 대하여 수직방향으로 3개 부분으로 분할되고, 상기 디스크의 3분할 부분 상부는 직류전압이 인가되고, 하부는 접지되고, 또한 중간부분은 상부와 하부를 절연하는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 양자 도트형 기능 구조체 제작장치.
제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한항에 기재된 양자도트형 기능구조체 제작장치를 사용하여 제작된 것을 특징으로 한 양자도트형 기능구조체.
제 23 항에 기재된 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 사용한 것을 특징으로 하는 광기능소자.
미립자를 생성하는 공정과, 상기 미립자로부터 소망의 입경의 미립자를 가스중에서 분급하는 공정과, 상기 미립자를 이송하는 가스를 상기 분급공정 후에 배기하는 공정과, 상기 분급된 미립자를 기판상에 포집함과 동시에 투명매질을 생성하는 공정과, 상기 분급된 미립자와 상기 투명매질을 상기 기판상에 동시에 퇴적하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법.
제 25 항에 있어서, 투명매질은 미립자와 투명매질을 기판에 퇴적시키는 퇴적실 중에 배치된 제 1 투명매질 생성수단과, 독립적으로 배치된 제 2 투명매질 생성수단중 어느 하나 또는 쌍방을, 동시 내지는 번갈아 사용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법.
제 25 항에 있어서, 미립자 및 투명매질은 각 생성시의 압력이 동시에 최적치가 되도록 독립적으로 제어되어 생성되는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법.
제 25 항에 있어서, 미립자를 이송하는 가스는 미립자 분급공정후에 미립자와 투명매질을 기판에 퇴적하는 퇴적실 내의 압력에 기초하여 배기되는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법.
제 25 항에 있어서, 미립자 분급공정후에 미립자 이송로를 일정온도로 유지하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법.
제 25 항에 있어서, 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽은 레이저 어브레이션을 이용하여 생성되고, 생성시에 생기는 플라즈마플룸을 충전결합소자를 이용하여 관찰하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법.
제 25 항에 있어서, 미립자 및 투명매질의 적어도 한쪽은 생성시에 자외광이 조사되고, 상기 미립자 및 상기 투명매질로부터의 형광이 관찰되는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체 제작방법.
제 25 항 내지 제 31 항중 어느 한항에 기재된 양자도트형 기능구조체 제작방법을 사용하여 제작된 것을 특징으로 하는 양자도트형 기능구조체.
제 32 항에 기재된 양자도트형 기능구조체를 활성층으로 이용한 것을 특징으로 하는 광기능소자.