CN104204281A - 多元系的纳米粒子膜形成装置及使用该装置的纳米粒子膜形成方法 - Google Patents

多元系的纳米粒子膜形成装置及使用该装置的纳米粒子膜形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明的多元系的纳米粒子膜形成装置(1)具有：生成室(2)，其配设有多个金属材料(4a～4c)，由纳米粒子(8a～8c)生成多元系的纳米粒子(9)；成膜室(3)，其配设有基板(7)；粒子化单元(11a～11c)，其对应于多个金属材料(4a～4c)的各个而配设于生成室(2)内，粒子化单元(11a～11c)具有覆盖金属材料(4a～4c)的容器(12a～12c)、配设于容器(12a～12c)内的加热器(15a～15c)、设于容器(12a～12c)的用于使纳米粒子(8a～8c)流出的流出口(13a～13c)、设于容器(12a～12c)的用于导入冷却气体的导入口(14a～14c)。

Description

多元系的纳米粒子膜形成装置及使用该装置的纳米粒子膜形成方法
技术领域
本发明涉及多元系的纳米粒子膜形成装置及使用该装置的纳米粒子膜形成方法。
背景技术
在专利文献1中记载有超微粒子膜形成方法及超微粒子膜形成装置。该装置由材料产生蒸气原子，使其与惰性气体一同在搬运管中移动而在基板上形成超微粒子膜。对这样的粒子膜形成装置及方法以一般的表现换言之，将腔室上下设置而利用细管使其连通。而且，对上部腔室抽真空而使冷却气体流向下部腔室。蒸发后的金属被冷却，并且由于压力差而向上部腔室移动。而且，以粒子状态被捕捉到上部腔室的基板上。冷却气体例如为氦气或氩气，通过在其中流动而防止粒子在移动中的凝集及粒子成长。
但是，在欲使用专利文献1记载的装置使多个金属材料蒸发并作为多元系的金属纳米粒子在基板上成膜的情况下，由于蒸发压力及粒子的质量根据金属材料的种类而不同，故而各金属粒子相对于基板的集积率及集积量不同。例如在将Mg和Ni的材料在下部腔室中排列并在相同条件下使其蒸发的情况下，由于Mg的蒸发压力高，故而稍加热即蒸发，而Ni几乎不蒸发，故而几乎作为Mg的粒子而在基板上成膜。另外，由于金属材料的热影响波及其他金属材料，故而不能在高融点的金属材料的旁边配置低融点的金属材料等，对金属材料的设置位置也有制约。以上，为了得到所希望的多元系的金属纳米粒子，温度控制困难，粒子径及粒子量的调整也困难。
专利文献1：(日本)特开2000－297361号公报
发明内容
本发明是考虑上述现有技术而设立的，其目的在于提供一种多元系的纳米粒子膜形成装置及使用该装置的纳米粒子膜形成方法，不论多个金属材料的每一个的蒸发压力如何，都能够不受到相互的热影响而在每个金属材料上产生适当的粒子径及粒子量的纳米粒子，能够在基板上形成多元系的纳米粒子膜。
为了实现上述目的，本发明的多元系的纳米粒子膜形成装置具有：生成室，其配设有多个金属材料，由所述金属材料各个的纳米粒子生成多元系的纳米粒子；成膜室，其为了形成所述多元系的纳米粒子膜而配设有基板；连通管，其将所述生成室和所述成膜室连接；排气单元，其对所述成膜室进行排气；冷却气体导入单元，其将冷却气体导入所述生成室；粒子化单元，其对应于所述多个金属材料的每一个而配设在所述生成室内，所述粒子化单元具有覆盖所述金属材料的容器、配设在该容器内的加热器、设于所述容器的用于使所述纳米粒子流出的流出口、设于所述容器的用于导入所述冷却气体的导入口。
优选的是，对于所述金属材料的每一个而言，所述容器内的容量及从所述流出口到所述连通管的距离分别不同。
另外，本发明的多元系的纳米粒子膜形成方法，使用多元系的纳米粒子膜形成装置进行成膜，其具有：纳米粒子生成工序，在每个所述粒子化单元由所述金属材料生成纳米粒子；合金化工序，在所述生成室内使多个所述纳米粒子结合而生成多元系的纳米粒子；成膜工序，使所述多元系的纳米粒子通过所述连通管并在所述成膜室内的所述基板上进行成膜。
优选的是，在所述纳米粒子生成工序中，所述加热器的加热温度及导入所述容器内的所述冷却气体的导入量以对配置于所述粒子化单元内的所述金属材料的每个而言都不同的方式进行调整。
根据本发明，由于对配设于生成室的金属材料的每一个设有独立的粒子化单元，故而能够使各金属材料以适于各个材料的每个的条件蒸发而得到纳米粒子。因此，不论多个金属材料每个的不同的蒸发压力如何，都能够不受到相互的热影响而在每个金属材料上生成适当的粒子径及粒子量的纳米粒子，能够在基板上形成多元系的纳米粒子膜。
另外，若对每个金属材料设置最佳的容器内的容量，能够适合于各金属材料的蒸发压力而使其蒸发。另外，若针对每个金属材料，将从流出口到连通管的距离设为最佳的距离，能够调整基于各金属材料的质量导致的速度的不同。
另外，由于在纳米粒子生成工序中，在每个粒子化单元使金属材料蒸发而生成各自的纳米粒子，故而各金属材料不受相互的热影响，另外，不论重量及蒸发压力如何不同，都能够以适于各自的金属材料的条件产生纳米粒子。
另外，在每个粒子化单元也分别设置加热器，以使加热器的加热温度不同的方式进行调整，故而能够以适于各金属材料的温度进行加热。另外，由于以对每个粒子化单元而言使冷却气体的导入量不同的方式进行调整，故而能够进行适于各金属材料的冷却。
附图说明
图1是本发明的纳米粒子膜形成装置的概略图。
标记说明
1：纳米粒子膜形成装置
2：生成室
3：成膜室
4a～4c：金属材料
5：排气单元
6：连通管
7：基板
8a～8c：纳米粒子
9：多元系的纳米粒子
10：冷却气体导入单元
11a～11c：粒子化单元
12a～12c：容器
13a～13c：流出口
14a～14c：导入口
15a～15c：加热器
具体实施方式
如图1所示，本发明的纳米粒子膜形成装置1具有生成室2和成膜室3。在生成室2中配设有多个金属材料(在附图中为三个金属材料4a～4c)。生成室2用于生成结合了这些金属材料4a～4c的纳米粒子8a～8c的多元系的纳米粒子(合金纳米粒子)9。该金属材料4a～4c能够使用例如由镁、镍或其合金构成的金属线。在生成室2中安装有冷却气体导入单元10，从该冷却气体导入单元10导入冷却气体。
在成膜室3中安装有排气单元(在附图中为真空风扇)5，通过该排气单元5将成膜室3抽真空(箭头标记D方向)。生成室2经由连通管6与成膜室3连接。作为连通管6，能够使用例如1/8管。因此，在生成室2与成膜室3之间产生压力差，由于该压力差而在生成室2中生成的多元系的纳米粒子9快速地通过连通管6而流入成膜室3。在成膜室3配设有基板7，多元系的纳米粒子9在该基板7上成膜。
在生成室2中对应于金属材料4a～4c的各个而配设有粒子化单元11a～11c。该粒子化单元11a～11c分别具有将对应的金属材料4a～4c覆盖的容器12a～12c。各容器12a～12c具有使纳米粒子8a～8c流出的流出口13a～13c和导入冷却气体的导入口14a～14c，仅使该流出口13a～13c及导入口14a～14c开口。在附图中，容器12a～12c为大致圆锥台形状，将上面作为流出口13a～13c，将下面作为导入口14a～14c。另外，在各容器12a～12c分别配设有加热器15a～15c。各金属材料4a～4c分别通过对应的加热器15a～15c被加热，从而蒸发而生成纳米粒子8a～8c。作为加热器15a～15c，能够使用坩埚或等离子体发生装置等。
这样，在纳米粒子膜形成装置1中，对配设于生成室2的金属材料4a～4c的每一个而设有独立的粒子化单元11a～11c，故而以适于各自的材料4a～4c的条件使各金属材料4a～4c蒸发而可得到纳米粒子8a～8c。因此，不论多个金属材料4a～4c每一个的不同的蒸发压力如何，都能够不受到相互的热影响而在每个金属材料4a～4c上产生适当的粒子径及粒子量的纳米粒子8a～8c，能够在基板7上形成多元系的纳米粒子9的膜。
另外，通过使容器12a～12c的容量为对每个金属材料4a～4c最佳的容量，能够以适于每个金属材料4a～4c的蒸发压力使其蒸发。如上所述，在附图中，容器12a～12c为大致圆锥台形状，直径及长度方向的长度对各个容器12a～12c的每一个而不同。以覆盖蒸发压力高的金属材料的容器的容量变大的方式进行设定。另外，若将流出口13a～13c到连通管6的距离A～C设为对每个金属材料4a～4c最佳的距离，则能够调整各金属材料4a～4c的质量导致的移动速度的不同。若能够调整移动速度，则具有容易调整形成多元系的纳米粒子9时的组成比的优点。
以下，对使用以上说明那样的纳米粒子膜形成装置1的纳米粒子膜形成方法进行说明。
首先，进行纳米粒子生成工序。该工序在生成室2，更详细地，在各粒子化单元11a～11c内进行。在此，以粒子化单元11a为例进行说明，但在粒子化单元11b及11c中也是同样的。在容器12a内配设由金属线构成的金属材料4a。而且，驱动冷却气体导入单元10而将冷却气体(含有氦气或氩气的冷却气体)从导入口14a导入容器12a内，并且通过加热器15a加热金属材料4a。通过使金属材料4a蒸发而得到纳米粒子8a。这样，由于在气相环境中生成纳米粒子8a，故而即使在金属材料4a例如为镁等容易氧化的金属的情况下，也能够防止不需要的氧化。生成的纳米粒子8a从容器12a的流出口13a流出。
在该纳米粒子生成工序中，由于如上所述地使用对每个金属材料4a～4c设置的粒子化单元11a～11c，故而能够以对每个金属材料4a～4c最佳的条件生成纳米粒子。即，如上所述，通过使容器12a～12c的容量和从流出口13a～13c到连通管6的距离A～C最佳，能够生成各金属材料4a～4c的纳米粒子。另外，由于在粒子化单元11a～11c上分别设有加热器15a～15c，故而能够调整相对于各金属材料4a～4c的加热温度，故而能够以适于各金属材料4a～4c的温度进行加热。另外，通过改变导入各容器12a～12c的冷却气体的导入量，能够进行适于各金属材料4a～4c的冷却。冷却气体的导入量的调整如下的进行，即，针对每个容器12a～12c而使例如导入口14a～14c的开口面积(开口率)不同，或者设置从冷却气体导入单元10通向容器12a～12c的导入管(未图示)并在此设置流量调节阀(未图示)。在附图中，以箭头标记的大小来表示冷却气体的导入量的大小，箭头标记E表示的导入容器12b的导入量最大，接着，箭头标记F表示的是向容器12a导入的导入量，箭头标记G表示的向容器12C导入的导入量最小。
接着，进行合金化工序。该工序在生成室2进行。具体地，在粒子化单元11a～11c生成的纳米粒子8a～8c在从各自的容器12a～12c的流出口13a～13c流出时相互结合。由此，生成多元系的纳米粒子9。这样合金化的多元系的纳米粒子9为结合有微细的纳米粒子的纳米同轴或纳米芯壳构造。
接着，进行成膜工序。在合金化工序形成的多元系的纳米粒子9由于成膜室3与生成室2之间的压力差而通过连通管6流入成膜室3。而且，多元系的纳米粒子9在配设于成膜室3内的基板7上成膜。在基板7上充分形成多元系的纳米粒子9的成膜后，将基板7更换而进行新的成膜工序。基板7交换时的基板7的移动装置既可以一边利用辊卷绕一边将基板7送出，也可以使用辊输送机等搬运装置进行移动。也能够利用这样的移动装置进行移动的基板7上进行成膜。

Claims (4)

1.一种多元系的纳米粒子膜形成装置，其特征在于，具有：
生成室，其配设有多个金属材料，由所述金属材料各个的纳米粒子生成多元系的纳米粒子；
成膜室，其为了形成所述多元系的纳米粒子膜而配设有基板；
连通管，其将所述生成室和所述成膜室连接；
排气单元，其对所述成膜室进行排气；
冷却气体导入单元，其将冷却气体导入所述生成室；
粒子化单元，其对应于所述多个金属材料的每一个而配设在所述生成室内，
所述粒子化单元具有覆盖所述金属材料的容器、配设在该容器内的加热器、设于所述容器的用于使所述纳米粒子流出的流出口、设于所述容器的用于导入所述冷却气体的导入口。
2.如权利要求1所述的多元系的纳米粒子膜形成装置，其特征在于，
对于所述金属材料的每一个而言，所述容器内的容量及从所述流出口到所述连通管的距离分别不同。
3.一种多元系的纳米粒子膜形成方法，使用权利要求2所述的多元系的纳米粒子膜形成装置进行成膜，其特征在于，具有：
纳米粒子生成工序，在每个所述粒子化单元由所述金属材料生成纳米粒子；
合金化工序，在所述生成室内使多个所述纳米粒子结合而生成多元系的纳米粒子；
成膜工序，使所述多元系的纳米粒子通过所述连通管并在所述成膜室内的所述基板上进行成膜。
4.如权利要求3所述的多元系的纳米粒子膜形成方法，其特征在于，
在所述纳米粒子生成工序中，所述加热器的加热温度及导入所述容器内的所述冷却气体的导入量以对配置于所述粒子化单元内的所述金属材料的每个而言都不同的方式进行调整。
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