高気圧非平衡反応性プラズマ制御による新規の球穀構造ナノシリコン物質探索

利用反气旋非平衡反应等离子体控制寻找新型晶粒结构纳米硅材料

• 批准号: 15654079
• 负责人: 畠山 力三
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15654079/
• 关键词: ナノシリコン; 新規球殻構造物質; 異種原子内包; 非平衡反応性; プラズマ制御; 異種金属原子内包; 高気圧

1.平成16年度までは,容量結合支援誘導結合型高周波放電による高気圧反応性プラズマ発生装置を用いて,高気圧プラズマでヘキサメチルジシロキサンHMDSOを使用した球殻構造ナノスケールシリコン(Si)物質(Siフラーレン)形成実験を行ってきたが,HMDSO中の酸素,炭素が不純物として残留し,Siフラーレン形成が困難となる問題が発生したため,平成17年度は新しいSiフラーレン形成方法として,電子銃を利用したSiプラズマの生成を試み,それを用いた新規原子内包Siフラーレンの形成実験を行った.2.直径14cmのステンレス製真空容器内部に電子銃を設置し,熱電子をSi固体に照射することでSiプラズマを生成する.Siプラズマは電子銃からの電子電流によって制御可能である.3.本研究ではSiクラスターに内包させる物質として,ガス原子と金属原子を対象とした.ガス原子としてはアルゴン(Ar)を用い,装置中心に設置したヘリカルアンテナに高周波(13.56MHz)電力供給し誘導結合プラズマを生成することで,Siクラスターに作用させた.一方,金属原子としてはタングステン(W)を用い,ヘリカルアンテナ上部に設置したWグリッドへの負バイアス印加によるスパッタ効果を利用して,W原子をSiクラスターへ作用させた.4.Arガスを導入せずにSiプラズマのみを用いて基板へ堆積した物質の質量分析を行ったところ,質量数が28の整数倍である純粋なSiクラスターの形成が確認された.5.Arガスを導入した場合には,純粋なSiクラスターに加えて,質量数が28の整数倍から高質量側に12だけシフトした物質が質量数300〜600の範囲で検出された.この質量スペクトルのシフトは,質量数が12,40,68,96のいずれかの物質がSiクラスターに作用したためと考えられる.Arガス圧力の増加によりシフト成分が検出され,ヘリウムやクリプトンなど他の希ガスを用いた場合には質量数がシフトした物質は検出されなかったことから,Ar(質量数40)がSiクラスターに作用した結果であると考えている.6.Arガスを導入して形成したSiクラスターの組成分析を行った結果,Ar成分の含有を示すスペクトルピークが検出され,この化学結合状態を解析することによって,自由空間中のArには見られないエネルギーの変化(ケミカルシフト)が観測された.これは純粋なSiクラスターが球殻構造を形成し,その中心部にAr原子を内包することで,Ar原子が周囲のSi原子から影響を受けるためと説明できる.以上の結果から,電子銃を利用したSiプラズマ中にArガスを導入しArプラズマを作用させることで,Ar原子内包Siフラーレンを形成できることが明らかとなった.7.Si-W混合クラスター形成実験を行ったところクラスター内にWの存在が確認された.金属内包Siフラーレン形成に向けて実験を継続して行っている.

1. 16 year pp.47-53 ま で は, capacity combined with support type induction combined with high frequency discharge に よ る high 気 圧 anti 応 sex プ ラ ズ マ 発 を raw device with い て, high 気 圧 プ ラ ズ マ で ヘ キ サ メ チ ル ジ シ ロ キ サ ン HMDSO を use し た spherical shell structure ナ ノ ス ケ ー ル シ リ コ ン (Si) material (Si フ ラ ー レ ン) form be 験 を line っ て き た が , HMDSO の acid, carbon が impurity content と し し て residues, Si フ ラ ー レ ン form が difficult と な る problem が 発 raw し た た め, pp.47-53 17 year は new し い Si フ ラ ー レ ン formation method と し て, electronic spear を using し た Si プ ラ ズ マ の generated を み, そ れ を with い た package Si atoms in the new rules フ ラ ー レ ン の form be 験 を Line った.2. Diameter of 14 cm の ス テ ン レ ス system vacuum container inner に electronic spear を set し, thermionic を Si solid に irradiation す る こ と で Si プ ラ ズ マ を generated す る. Si プ ラ ズ マ は electronic spear か ら の electronic current に よ っ て suppression may で あ る. 3. This study で は Si ク ラ ス タ ー に insourcing さ せ る material と し て, ガ ス と metal atoms を like と seaborne し た. ガ ス atomic と し て は ア ル ゴ ン (Ar) を い, unit center に set し た ヘ リ カ ル ア ン テ ナ に high frequency (13.56 MHz) power supply し induction combined with プ ラ ズ マ を generated す る こ と で, Si ク ラ ス タ ー Youdaoplaceholder0 acts on させた. Side, metal atoms と し て は タ ン グ ス テ ン (W) を い, ヘ リ カ ル ア ン テ ナ upper に set し た W グ リ ッ ド へ の negative バ イ ア ス Inca に よ る ス パ ッ タ unseen fruit を using し て, W atomic を Si ク ラ ス タ ー へ role さ せ た. 4. Ar ガ ス を import せ ず に Si プ ラ ズ マ の み を with い て substrate へ accumulation し の た substances Line quality analysis を っ た と こ ろ, mass number 28 の が integer times で あ る pure 粋 な Si ク ラ ス タ ー の form が confirm さ れ た. 5. Ar ガ ス を import し た occasions に は, pure 粋 な Si ク ラ ス タ ー に plus え て, mass number 28 の が integer times か ら quality side に 12 だ け シ フ ト し た material が mass number 300 ~ 600 の van 囲 で 検 Out さ れ た. こ の quality ス ペ ク ト ル の シ フ ト は, mass number 12,40,68,96 が の い ず れ か の material が Si ク ラ ス タ ー に role し た た め と exam え ら れ る. Ar ガ ス pressure の raised plus に よ り シ フ ト composition が 検 out さ れ, ヘ リ ウ ム や ク リ プ ト ン な ど he の bush ガ ス を with い た occasions に は mass number が シ フ ト し た material は 検 out さ れ な か っ た こ と か ら, Ar (40) mass number が Si ク ラ ス タ ー に role し た results で あ る と exam え て い る. 6. Ar ガ ス を import し て form し た Si ク ラ ス タ ー の line composition analysis を っ た as a result, the Ar part の を shown す ス ペ ク ト ル ピ ー ク が 検 out さ れ, こ の を solution to the state chemical combination Analysis す る こ と に よ っ て, free space の Ar に は see ら れ な い エ ネ ル ギ ー の variations change (ケ ミ カ ル シ フ ト) が 観 measuring さ れ た. こ れ は pure 粋 な Si ク ラ ス タ ー が spherical shell structure form し を, そ の に Ar atoms to the center を insourcing す る こ と で and Ar atoms が weeks 囲 の Si atoms か ら を by け る た め と illustrate で き る. の above results か ら, electronic spear を using し た Si プ ラ ズ マ に in Ar ガ ス を import し Ar プ ラ ズ マ を role さ せ る こ と で, package Si atoms in Ar フ ラ ー レ ン を form で き る こ と が Ming ら か と な っ た. 7. Si - W mixed ク ラ ス タ ー form be 験 を line っ た と こ ろ ク ラ ス タ ー に W の exist within が confirm さ れ た. Metal-encamed Siフラ フラ レ レ に forms に to けて experiment を継続 て て って って る る.

项目成果

Creation of Novel Structured Nanotubes Based on Plasma Technology

基于等离子体技术的新型结构纳米管的制备

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of the Vacuum Society of Japan 48
• 作者: Sarashina;I.;Endo;K.et al.;H.Takaya;R.Hatakeyama;R.Hatakeyama
• 通讯作者: R.Hatakeyama

Investigation of Fullerenes and Carbon Nanotubes Based on Plasma Science

基于等离子体科学的富勒烯和碳纳米管研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of Plasma Science Symposium 2005 and the 22nd Symposium on Plasma Processing S7-1
• 作者: Sarashina;I.;Endo;K.et al.;H.Takaya;R.Hatakeyama;R.Hatakeyama;T.Izumida;W.Oohara;畠山 力三;R.Hatakeyama
• 通讯作者: R.Hatakeyama

T.Hirata: "Magnetron-Type Radio-Frequency Plasma Control Yielding Vertically Well-Aligned Carbon Nanotube Growth"Applied Physics Letters. 83・6. 1119-1121 (2003)

T. Hirata：“磁控管型射频等离子体控制产生垂直排列的碳纳米管生长”应用物理快报83・6（2003）。

Measurements of Electronic Transport Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes Encapsulating Alkali-Metals and C_<60> Fullerenes via Plasma Ion Irradiation

通过等离子体离子辐照测量封装碱金属和 C_<60> 富勒烯的单壁碳纳米管的电子传输特性

• 发表时间: 2005
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 44・4A
• 作者: Sarashina;I.;Endo;K.et al.;H.Takaya;R.Hatakeyama;R.Hatakeyama;T.Izumida
• 通讯作者: T.Izumida

Material Incorporation Inside Single-Walled Carbon Nanotubes Using Plasma-Ion Irradiation Method

使用等离子体离子辐照方法将材料掺入单壁碳纳米管内部

• 发表时间: 2004
• 期刊: IEEE Transactions on Nanotechnology 3・3
• 作者: Sarashina;I.;Endo;K.et al.;H.Takaya;R.Hatakeyama;R.Hatakeyama;T.Izumida;W.Oohara;畠山 力三;R.Hatakeyama;R.Hatakeyama
• 通讯作者: R.Hatakeyama