JPWO2017135136A1 - 支持体上に単原子が分散した構造体、支持体上に単原子が分散した構造体を製造する方法およびスパッタ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]スパッタリングが可能な原子を吸着可能なアンカーサイトが形成された支持体と、前記アンカーサイトに吸着されて、前記支持体上に単原子で分散した、前記スパッタリングが可能な原子と、を含む、支持体上に単原子が分散した構造体。
[2]前記支持体は、ナノグラフェンからなる1または複数の層がグラフェン上に島状に積層した積層体であり、前記アンカーサイトは、グラフェン上またはナノグラフェンからなる層の表面のうち、その上に形成された前記ナノグラフェンからなる層の端部と接する領域である、[1]に記載の構造体。
[3]前記支持体は、活性炭である、[1]または[2]に記載の構造体。
[4]前記原子の90%以上が単原子で分散した分散体である、[1]〜[3]のいずれかに記載の構造体。
[5]前記スパッタリングが可能な原子は、遷移金属の原子である、[1]〜[4]のいずれかに記載の構造体。
[6]前記スパッタリングが可能な原子は、白金(Pt)、金(Au)、イリジウム(Ir)またはルテニウム(Ru)である、[1]〜[5]のいずれかに記載の構造体。
[7]スパッタリングが可能な原子を含むターゲットと、スパッタリングが可能な原子を吸着可能なアンカーサイトが形成された支持体と、が配置され、かつ、スパッタガスが導入されたチャンバー内で、予め求められた、少なくとも前記スパッタリングが可能な原子の一部を単原子で前記支持体上に分散させることが可能なスパッタリング条件で、前記ターゲットと前記支持体との間に電圧を印加して、ターゲットをスパッタする工程を含む、支持体上に単原子が分散した構造体を製造する方法。
[8]前記支持体は、ナノグラフェンからなる1または複数の層がグラフェン上に島状に積層した支持体であり、前記アンカーサイトは、グラフェン上またはナノグラフェンからなる層の表面のうち、その上に形成された前記ナノグラフェンからなる層の端部と接する領域である、[7]に記載の方法。
[9]前記支持体は、活性炭である、[7]または[8]に記載の方法。
[10]前記電圧は、150V以下である、[7]〜[9]のいずれかに記載の方法。
[11]前記電圧は、1.5秒以下印加される、[7]〜[10]のいずれかに記載の方法。
[12]前記スパッタガスは、70体積%以上の窒素(N2)を含むガスである、[7]〜[11]のいずれかに記載の方法。
[13]前記ターゲットは、遷移金属を含む、[7]〜[12]のいずれかに記載の方法。
[14]前記ターゲットは、白金(Pt)、金(Au)、イリジウム(Ir)またはルテニウム(Ru)である、[7]〜[13]のいずれかに記載の方法。
[15]さらに、前記ターゲットをスパッタする工程の前に、送り出しローラに巻かれた銅箔を順次送り出す工程と、化学気相蒸着法(CVD)によって前記銅箔上にグラフェンを成膜して前記支持体とする工程とを含む、[7]〜[14]のいずれかに記載の方法。
[16]密閉可能なチャンバーと、前記チャンバー内に設けられた、スパッタリングが可能な原子を含むターゲットが配置されるターゲット配置部と、前記チャンバー内に設けられた、スパッタリングが可能な原子を吸着可能なアンカーサイトが形成された支持体が配置される支持体配置部と、前記チャンバー内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記ターゲットと前記支持体との間に電圧を印加する、電圧印加部と、前記スパッタガス導入部および電圧印加部を制御して、予め求められた、少なくとも前記スパッタリングが可能な原子の一部を単原子で前記支持体上に分散させることが可能なスパッタリング条件で、前記ターゲットと前記支持体との間に電圧を印加させる、制御部と、を備えるスパッタ装置。
上記ターゲットは、製造しようとする分散体を構成する原子を表面近傍に含む、スパッタリング用のターゲットであればよい。なお、表面近傍とは、電圧の印加によってスパッタガスによってスパッタされ得る、ターゲットの表面から厚み方向に規定された三次元の領域を意味する。
支持体には、上記スパッタされた原子を吸着可能なアンカーサイトが形成されている。アンカーサイトは、単原子を共有結合によらずに吸着可能なサイトである。アンカーサイトは、ファンデルワールス力などの静電的な相互作用によって原子を吸着できる。
上述した支持体上に単原子が分散した構造体は、図6に例示するスパッタ装置600で製造することができる。
(支持体)
1cm角の銅箔を1晩以上酢酸に浸漬させて銅箔表面の自然酸化膜を除去し、自然酸化膜が除去された銅箔を純水で複数回リンスした後CVD装置内へ導入した。グラフェンの成長は60kPa、1000℃で行い、炭素源としてアルゴン希釈のメタンガスを使用した。装置内の圧力は電子制御コントローラで設定値から0.1%以下の誤差で制御し、グラフェン成長後はヒーターコイルから銅箔を遠ざけ、サンプルを急冷した。
スパッタリングターゲットとして、直径57mm、厚さ0.2mmの円柱状をしたPtターゲットを用意した。このPtターゲットの純度は99.99%だった。
雰囲気ガス: 大気
圧力: 4.5Pa
温度: 常温
(電流の条件)
電圧: 100V
電流: 10mA
スパッタリングターゲットとして、直径57mm、厚さ0.2mmの円柱状をしたAuターゲットを用意した。このAuターゲットの純度は99.99%だった。
雰囲気ガス: 大気
圧力: 5.0Pa
温度: 常温
(電流の条件)
電圧: 200V
電流: 10mA
スパッタリングターゲットとして、直径57mm、厚さ0.2mmの円柱状をしたIrターゲットを用意した。このIrターゲットの純度は99.99%だった。
雰囲気ガス: He
圧力: 5.0Pa
温度: 常温
(電流の条件)
電圧: 200V
電流: 10mA
スパッタリングターゲットとして、直径57mm、厚さ0.2mmの円柱状をしたRuターゲットを用意した。このRuターゲットの純度は99.99%だった。
雰囲気ガス: He
圧力: 5.0Pa
温度: 常温
(電流の条件)
電圧: 200V
電流: 10mA
スパッタリング時のチャンバー内部の雰囲気ガスをHeに変更した以外は実施例1と同様にして、スパッタリングを行った。チャンバー内部の雰囲気ガスを大気にして、実施例1と同様にして、再度、スパッタリングを行った。
本出願は、2016年2月1日出願の日本国出願番号2016−016872号および2016年9月9日出願の日本国出願番号2016−176829号に基づく優先権を主張する出願であり、当該出願の明細書、特許請求の範囲および図面に記載された内容は本出願に援用される。
510 送り出しローラ
520 化学気相蒸着(CVD)部
530 巻き取り部
540 単原子スパッタ部
550 転写部
600 スパッタ装置
610 チャンバー
620 ターゲット配置部
630 支持体配置部
640 スパッタガス導入部
650 電圧印加部
660 制御部
Claims (16)
- スパッタリングが可能な原子を吸着可能なアンカーサイトが形成された支持体と、
前記アンカーサイトに吸着されて、前記支持体上に単原子で分散した、前記スパッタリングが可能な原子と、を含む、
支持体上に単原子が分散した構造体。 - 前記支持体は、ナノグラフェンからなる1または複数の層がグラフェン上に島状に積層した積層体であり、
前記アンカーサイトは、グラフェン上またはナノグラフェンからなる層の表面のうち、その上に形成された前記ナノグラフェンからなる層の端部と接する領域である、
請求項1に記載の構造体。 - 前記支持体は、活性炭である、請求項1または2に記載の構造体。
- 前記原子の90%以上が単原子で分散した分散体である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記スパッタリングが可能な原子は、遷移金属の原子である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記スパッタリングが可能な原子は、白金(Pt)、金(Au)、イリジウム(Ir)またはルテニウム(Ru)である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の構造体。
- スパッタリングが可能な原子を含むターゲットと、スパッタリングが可能な原子を吸着可能なアンカーサイトが形成された支持体と、が配置され、かつ、スパッタガスが導入されたチャンバー内で、
予め求められた、少なくとも前記スパッタリングが可能な原子の一部を単原子で前記支持体上に分散させることが可能なスパッタリング条件で、前記ターゲットと前記支持体との間に電圧を印加して、ターゲットをスパッタする工程を含む、支持体上に単原子が分散した構造体を製造する方法。 - 前記支持体は、ナノグラフェンからなる1または複数の層がグラフェン上に島状に積層した支持体であり、
前記アンカーサイトは、グラフェン上またはナノグラフェンからなる層の表面のうち、その上に形成された前記ナノグラフェンからなる層の端部と接する領域である、
請求項7に記載の方法。 - 前記支持体は、活性炭である、請求項7または8に記載の方法。
- 前記電圧は、150V以下である、請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記電圧は、1.5秒以下印加される、請求項7〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記スパッタガスは、70体積%以上の窒素(N2)を含むガスである、請求項7〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ターゲットは、遷移金属を含む、請求項7〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ターゲットは、白金(Pt)、金(Au)、イリジウム(Ir)またはルテニウム(Ru)である、請求項7〜13のいずれか1項に記載の方法。
- さらに、前記ターゲットをスパッタする工程の前に、
送り出しローラに巻かれた銅箔を順次送り出す工程と、
化学気相蒸着法(CVD)によって前記銅箔上にグラフェンを成膜して前記支持体とする工程とを含む、
請求項7〜14のいずれか1項に記載の方法。 - 密閉可能なチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられた、スパッタリングが可能な原子を含むターゲットが配置されるターゲット配置部と、
前記チャンバー内に設けられた、スパッタリングが可能な原子を吸着可能なアンカーサイトが形成された支持体が配置される支持体配置部と、
前記チャンバー内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、
前記ターゲットと前記支持体との間に電圧を印加する、電圧印加部と、
前記スパッタガス導入部および電圧印加部を制御して、予め求められた、少なくとも前記スパッタリングが可能な原子の一部を単原子で前記支持体上に分散させることが可能なスパッタリング条件で、前記ターゲットと前記支持体との間に電圧を印加させる、制御部と、
を備えるスパッタ装置。
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