KR102636490B1 - 미립자의 제조 방법 및 미립자의 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
양호한 입도 분포가 얻어지도록 미립자를 제조하는 것이 가능한 미립자의 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다. 미립자 제조용의 원료를 변조 유도 열 플라즈마 불꽃중에 간헐적으로 공급하고, 원료를 증발시켜서 기상 상태의 혼합물로 하고, 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 제조하는 미립자의 제조 방법에 있어서, 열 플라즈마 불꽃으로서, 온도 상태가 시간변조된 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 발생시키고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 주기적으로 고온 상태와, 고온 상태보다도 온도가 낮은 저온 상태로 만들고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 고온 상태인 동안에, 원료를 캐리어 가스와 함께 공급하고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온 상태인 동안에, 원료의 공급을 정지하고, 캐리어 가스와 동일한 종류의 가스를 공급한다.
Description
본 발명은, 미립자의 제조 방법, 및 미립자의 제조 장치에 관한 것으로서, 특히, 열 플라즈마 불꽃(炎)중에 미립자 제조용의 원료를 공급해서 해당 원료를 증발시킴으로써 기상(氣相) 상태의 혼합물을 발생시키고, 해당 혼합물을 냉각해서 미립자를 제조하는 미립자의 제조 방법, 및 미립자의 제조 장치에 관한 것이다.
현재, 실리콘 미립자, 산화물 미립자, 질화물 미립자, 및 탄화물 미립자 등의 미립자는, 다방면의 분야에서 이용되고 있다. 이와 같은 미립자를 제조하는 방법의 하나로서, 기상법을 들 수 있다. 기상법에는, 각종 가스 등을 고온에서 화학반응시키는 화학적 방법과, 전자빔 또는 레이저 등의 빔을 조사해서 물질을 분해시키거나 증발시키거나 하여 미립자를 생성하는 물리적 방법이 있다.
기상법의 다른 방법으로서는, 열 플라즈마법이 있다. 열 플라즈마법은, 열 플라즈마 불꽃중에서 원재료를 순식간에 증발시킨 후, 그 증발물을 급냉 응고시켜서 미립자를 제조하는 방법이다. 열 플라즈마법에 의하면, 깨끗하며 생산성이 높고, 고온에서 열용량이 크기 때문에 고융점 재료에도 대응가능하고, 다른 기상법에 비해 복합화가 비교적 용이하다고 하는 많은 이점을 가진다. 이 때문에, 열 플라즈마법은, 미립자를 제조하는 방법으로서 적극적으로 이용되고 있다.
종래의 열 플라즈마법을 이용한 미립자의 제조 방법에서는, 원재료 물질을 분말상(粉末狀)으로 하고, 이 분말상으로 된 원재료(분말 원재료, 분체(粉體))를 캐리어 가스 등과 함께, 분산시켜서 직접 열 플라즈마 불꽃중에 투입하는 것에 의해 미립자를 제조하고 있다. 이와 같은 열 플라즈마법을 이용한 미립자의 제조 방법에 대해서는, 지금까지 몇개의 개량예가 보고되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1(특히, 특허문헌 1의 특허청구범위, 명세서의 단락 0061 및 도 5 등을 참조)에 기재된 기술에서는, 미립자 제조용 원료를 분산시키고 열 플라즈마 불꽃중에 공급해서 증발시켜서 기상 상태의 혼합물로 하고, 해당 혼합물을 냉각해서 미립자를 제조할 때에, 열 플라즈마 불꽃을 발생 및 유지시키기 위한 코일 전류를 진폭변조시키고, 원료가 증발한 직후의 증기를 플라즈마 수축에 의한 급격한 온도 변화로 급냉한다. 이것에 의해, 생성되는 미립자의 입자 성장을 억제하여, 보다 미세한 미립자를 얻는 것이 가능해진다.
특허문헌 2(특히, 특허문헌 2의 단락 0024 등을 참조)에 기재된 기술에서는, 기상법에 의해 미립자를 제조할 때에, 원료를 열 플라즈마 불꽃에 간헐적으로 공급한다. 이것에 의해, 증기 내에서의 입자의 접합 성장을 억제하는 것이 가능해진다.
그런데, 미립자를 제조할 때에는, 얻어지는 미립자의 사이즈(입도(粒度))가 고르게 되어(일치되어) 있는 것, 바꾸어 말하면, 입도의 분포폭이 좁아지는 것이 바람직하다. 따라서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 기술의 이점을 살리면서, 입도의 분포폭이 보다 좁아지도록(다시 말해, 입도의 편차가 작아지도록) 미립자를 제조하는 방법이 요구되고 있다.
그래서, 본 발명은, 상기한 사정을 감안해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 열 플라즈마법을 이용하여 미립자를 제조할 때에, 양호한 입도 분포가 얻어지도록 미립자를 제조하는 것이 가능한 미립자의 제조 방법, 및 이 제조 방법을 실시하는데 있어서 호적하게 이용할 수 있는 미립자의 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 미립자 제조용의 원료를 열 플라즈마 불꽃중에 간헐적으로 공급하고, 상기 원료를 증발시켜서 기상 상태의 혼합물로 하고, 상기 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 제조하는 미립자의 제조 방법으로서, 상기 열 플라즈마 불꽃으로서, 온도 상태가 시간변조된 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 발생시키고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 주기적으로 고온 상태와, 상기 고온 상태보다도 온도가 낮은 저온 상태로 만들고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 고온 상태인 동안에, 상기 원료를 캐리어 가스와 함께 공급하고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에, 상기 원료의 공급을 정지해서, 상기 캐리어 가스와 동일한 종류의 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또, 상기한 미립자의 제조 방법에 있어서, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛(光)을 분광 분석하고, 분광 분석의 결과에 따른 타이밍에서 상기 원료를 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃중에 공급하는 것이 바람직하다.
또, 상기한 미립자의 제조 방법에 있어서, 상기 원료를 입자상(粒子狀)으로 분산시킨 상태에서, 상기 원료를 간헐적으로 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃중에 공급하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은, 미립자의 제조 장치로서, 미립자 제조용의 원료를 열 플라즈마 불꽃중에 간헐적으로 공급하는 원료 공급부와, 내부에 상기 열 플라즈마 불꽃이 발생하고, 상기 원료 공급부에 의해 공급되는 상기 원료를 상기 열 플라즈마 불꽃으로 증발시켜서 기상 상태의 혼합물로 하는 플라즈마 토치와, 상기 플라즈마 토치의 내부에 상기 열 플라즈마 불꽃을 발생시키는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 토치의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부를 가지고, 상기 플라즈마 발생부는, 상기 열 플라즈마 불꽃으로서, 온도 상태가 시간변조된 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 발생시키고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 주기적으로 고온 상태와, 상기 고온 상태보다도 온도가 낮은 저온 상태로 만들고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 고온 상태인 동안에, 상기 원료가, 캐리어 가스와 함께, 상기 원료 공급부에 의해 상기 플라즈마 토치의 내부에 공급되고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에, 상기 원료 공급부에 의한 상기 원료의 공급이 정지되고, 상기 캐리어 가스와 동일한 종류의 상기 가스가, 상기 가스 공급부에 의해 상기 플라즈마 토치의 내부에 공급되는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 장치를 제공하는 것이다.
또, 상기한 미립자의 제조 장치에 있어서, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛을 분광 분석하는 분광 분석부와, 상기 분광 분석부에 의한 분광 분석의 결과에 기초하여, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 고온 상태인 동안에 상기 원료를 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃에 공급하고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에 상기 원료의 공급을 정지하도록 상기 원료 공급부를 제어하는 제어부를 가지는 것이 바람직하다.
또, 상기한 미립자의 제조 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 분광 분석의 결과에 기초하여, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에 상기 가스를 공급하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 것이 바람직하다.
또, 상기한 미립자의 제조 장치에 있어서, 상기 원료 공급부는, 상기 원료를 입자상으로 분산시킨 상태에서, 상기 원료를 간헐적으로 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃중에 공급하는 것이 바람직하다.
또, 상기한 미립자의 제조 장치에 있어서, 상기 플라즈마 토치의 하단부(下端部)에는, 상기 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 생성함과 동시에, 상기 미립자를 포집(捕集)하기 위한 챔버가 접속되어 있고, 상기 가스 공급부는, 상기 플라즈마 토치의 내부에서 상기 가스가 상기 플라즈마 토치의 하단으로 향하도록 상기 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 미립자의 제조 방법 및 제조 장치에 의하면, 양호한 입도 분포가 얻어지도록 미립자를 제조하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관계된 미립자의 제조 장치를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 1실시형태에 관계된 미립자의 제조 장치의 원료 공급 기구를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 1실시형태에 관계된 미립자의 제조 장치의 플라즈마 토치를 도시하는 모식적인 부분 단면도이다.
도 4는 펄스변조시의 코일 전류의 시간 변화에 대한 설명도이다.
도 5는 본 발명의 1실시형태에 관계된 미립자의 제조 장치의 제1 밸브 및 제2 밸브를 도시하는 모식적인 정면도이다.
도 6은 코일 전류에 대한 변조 신호, 제1 밸브 신호, 제2 밸브 신호, 원료 공급량, 및 압출(押出) 가스의 공급량의 각각에 대해서, 주기적 변화를 도시하는 타이밍차트이다.
도 7a는 코일에 있어서의 인가 전압, 코일 전류 및 코일 공급 전력의 각각의 주기적 변동을 도시하는 도면이다.
도 7b는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛의 분광 분석의 결과로서, ArI 유래(由來)의 방사 강도의 주기적 변동을 도시하는 도면이다.
도 7c는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛의 분광 분석의 결과로서, Hα 유래의 방사 강도의 주기적 변동을 도시하는 도면이다.
도 8은 원료 공급부의 다른 예를 도시하는 모식도이다.
도 9a는 실시예에 있어서 상류 챔버에서 포집된 미립자의 SEM 화상을 도시하는 (사진 대용) 도면이다.
도 9b는 실시예에 있어서 하류 챔버에서 포집된 미립자의 SEM 화상을 도시하는 (사진 대용) 도면이다.
도 9c는 실시예에 있어서 필터에서 회수된 미립자의 SEM 화상을 도시하는 (사진 대용) 도면이다.
도 10a는 실시예에 있어서 상류 챔버에서 포집된 미립자의 입경(粒徑) 도수(度數) 분포를 도시하는 도면이다.
도 10b는 실시예에 있어서 하류 챔버에서 포집된 미립자의 입경 도수 분포를 도시하는 도면이다.
도 10c는 실시예에 있어서 필터에서 회수된 미립자의 입경 도수 분포를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 1실시형태에 관계된 미립자의 제조 장치의 원료 공급 기구를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 1실시형태에 관계된 미립자의 제조 장치의 플라즈마 토치를 도시하는 모식적인 부분 단면도이다.
도 4는 펄스변조시의 코일 전류의 시간 변화에 대한 설명도이다.
도 5는 본 발명의 1실시형태에 관계된 미립자의 제조 장치의 제1 밸브 및 제2 밸브를 도시하는 모식적인 정면도이다.
도 6은 코일 전류에 대한 변조 신호, 제1 밸브 신호, 제2 밸브 신호, 원료 공급량, 및 압출(押出) 가스의 공급량의 각각에 대해서, 주기적 변화를 도시하는 타이밍차트이다.
도 7a는 코일에 있어서의 인가 전압, 코일 전류 및 코일 공급 전력의 각각의 주기적 변동을 도시하는 도면이다.
도 7b는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛의 분광 분석의 결과로서, ArI 유래(由來)의 방사 강도의 주기적 변동을 도시하는 도면이다.
도 7c는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛의 분광 분석의 결과로서, Hα 유래의 방사 강도의 주기적 변동을 도시하는 도면이다.
도 8은 원료 공급부의 다른 예를 도시하는 모식도이다.
도 9a는 실시예에 있어서 상류 챔버에서 포집된 미립자의 SEM 화상을 도시하는 (사진 대용) 도면이다.
도 9b는 실시예에 있어서 하류 챔버에서 포집된 미립자의 SEM 화상을 도시하는 (사진 대용) 도면이다.
도 9c는 실시예에 있어서 필터에서 회수된 미립자의 SEM 화상을 도시하는 (사진 대용) 도면이다.
도 10a는 실시예에 있어서 상류 챔버에서 포집된 미립자의 입경(粒徑) 도수(度數) 분포를 도시하는 도면이다.
도 10b는 실시예에 있어서 하류 챔버에서 포집된 미립자의 입경 도수 분포를 도시하는 도면이다.
도 10c는 실시예에 있어서 필터에서 회수된 미립자의 입경 도수 분포를 도시하는 도면이다.
이하에, 본 발명의 1실시형태(본 실시형태)에 관계된 미립자의 제조 방법 및 미립자 제조 장치에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
또한, 이하에 설명하는 실시형태는, 본 발명의 호적한 1실시형태이지만, 어디까지나 1예에 불과하며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명은, 그 취지를 일탈하는 일 없이, 변경, 개량될 수 있음과 동시에, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다.
우선, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태에 관계된 미립자 제조 장치(이하, 제조 장치(10)이라고 한다)에 대해서 개략 구성을 설명한다. 도 1은, 제조 장치(10)의 구성을 도시하는 모식도이다.
제조 장치(10)는, 예를 들면, 분상(粉狀)의 원료를 이용하여 나노사이즈의 미립자를 제조하는 장치이다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 제조 장치(10)는, 미립자 제조용의 원료로서의 실리콘 분체(粉體)(이하, Si 분체라고 한다)를 이용하여, 미립자로서의 실리콘 나노입자(이하, Si 나노입자라고 한다)를 제조한다.
제조 장치(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 원료 공급 기구(12), 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14), 캐리어 가스 공급원(15), 플라즈마 토치(16), 챔버(18), 회수부(20), 간헐 공급부(22), 플라즈마 분광 분석부(28), DSP(Digital Signal Processor)(30), 가스 도입부(32), 및 압출 가스 공급부(35)를 가진다.
원료 공급 기구(12) 및 간헐 공급부(22)는, 본 발명의 원료 공급부를 구성하고 있고, 플라즈마 토치(16) 내에서 발생하는 열 플라즈마 불꽃에 Si 분체를 간헐적으로 공급한다. 본 실시형태에서는, 원료 공급부를 구성하는 원료 공급 기구(12) 및 간헐 공급부(22)가 협력작동(cooperate)함으로써, 원료인 Si 분체가 입자상으로 분산한 상태에서 간헐적으로 열 플라즈마 불꽃에 공급된다. 그리고, 열 플라즈마 불꽃중에 공급된 Si 분체는, 증발해서 기상 상태의 혼합물로 된다. 그 후, 혼합물이 냉각(엄밀하게는, 급냉)됨으로써 Si 나노입자가 제조된다.
고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)는, 본 발명의 플라즈마 발생부에 상당하고, 플라즈마 토치(16) 내부에서 열 플라즈마 불꽃을 발생시킨다. 특히, 본 실시형태에서는, 열 플라즈마 불꽃으로서, 그의 온도 상태가 시간변조된 고주파 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(변조 유도 열 플라즈마 불꽃에 상당한다.)이 발생하게 되어 있다. 변조 유도 열 플라즈마 불꽃은, 소정 시간 간격으로 주기적으로 고온 상태와, 고온 상태보다도 온도가 낮은 저온 상태로 된다. 또한, 이하에서는, 온도 상태가 시간변조되어 있지 않은 열 플라즈마 불꽃을 단지 「열 플라즈마 불꽃」이라고 부르기로 하고, 온도 상태가 시간변조되어 주기적으로 고온 상태와 저온 상태로 되는 열 플라즈마 불꽃을 「변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)」이라고 부르기로 한다.
챔버(18)는, 플라즈마 토치(16)의 하단부에 접속된 조(槽)이고, 플라즈마 토치(16) 내를 하강하는 혼합물을 냉각(엄밀하게는, 급냉)해서 Si 나노입자를 생성함과 동시에, 생성된 Si 나노입자를 포집한다. 챔버(18)의 더욱더 하류측에는, 회수부(20)가 배치되어 있다. 회수부(20) 내부에는, 필터(20a)가 수용되어 있다. 챔버(18)를 통과해서 회수부(20) 내부에 진입한 Si 나노입자는, 필터(20a)에 포착되어 회수부(20)에 회수된다.
플라즈마 분광 분석부(28)는, 본 발명의 분광 분석부에 상당하고, 플라즈마 토치(16) 내의 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 발하는 빛을 분광 분석하는 것이다. 보다 엄밀하게 설명하면, 플라즈마 분광 분석부(28)는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)으로부터의 방사광 중, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100) 발생용으로 공급되는 가스에서 유래하는 파장의 빛을 분광 분석한다. 또한, 본 실시형태에서는, 열 플라즈마 불꽃 발생용의 가스(구체적으로는, 시스 가스(sheath gas))가 Ar 가스 및 수소 가스이다. 따라서, 본 실시형태에 있어서, 플라즈마 분광 분석부(28)는, 아르곤 원자, 및 수소 원자의 발광 스펙트럼의 하나인 ArI 및 Hα에서 유래하는 파장의 빛을 분광 분석하게 된다.
DSP(30)는, 본 발명의 제어부에 상당하고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태에 따라 원료 공급(피드)의 유무가 전환되도록 간헐 공급부(22)를 제어한다. 또, DSP(30)는, 분광 분석의 결과에 기초하여, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태에 따라, 후술하는 압출 가스의 공급 유무가 전환되도록 압출 가스 공급부(35)를 제어한다.
가스 도입부(32)는, 열 플라즈마 불꽃 발생용의 가스로서 시스 가스를 플라즈마 토치(16) 내에 공급하는 것이다. 본 실시형태에 있어서, 시스 가스는, 플라즈마 토치(16)의 내벽을 따라 공급되게 되어 있고, 이것에 의해, 플라즈마 토치(16)의 내벽에서의 Si 분체 및 Si 나노입자의 부착이 억제된다.
또한, 시스 가스로서는, Ar(아르곤) 가스, 질소 가스, 수소 가스 혹은 산소 가스 등이 단독으로, 또는 이들을 적당히 조합해서 이용되지만, 본 실시형태에서는, Ar 가스 및 수소 가스의 혼합 가스를 시스 가스로서 이용하기로 한다.
압출 가스 공급부(35)는, 본 발명의 가스 공급부에 상당하고, 원료 공급이 정지하고 있는 동안에 플라즈마 토치(16)의 내부에 압출 가스를 공급하는 것이다. 압출 가스란, 가스의 1예이고, 플라즈마 토치(16) 내에 있어서 기상 상태의 혼합물을 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 형성 위치로부터 압출하기 위해서 이용된다. 본 실시형태에 있어서, 압출 가스는, 플라즈마 토치(16)의 내부에서 플라즈마 토치(16)의 하단을 향해서 공급된다. 다시 말해, 플라즈마 토치(16) 내에 압출 가스가 공급됨으로써, 기상 상태의 혼합물은, 플라즈마 토치(16) 내에서 아래쪽을 향해서 이동하게 된다.
또한, 압출 가스로서는, 예를 들면, Ar 가스, 질소 가스, 수소 가스 혹은 산소 가스 등이 단독으로, 또는 이들을 적당히(適宜) 조합해서 이용된다.
다음에, 제조 장치(10)의 각 부의 각각에 대해서, 도 2∼도 5를 참조하면서 설명한다. 도 2는, 원료 공급 기구(12)의 구성을 도시하는 모식적인 단면도이다. 도 3은, 플라즈마 토치(16)를 도시하는 모식적인 부분 단면도이다. 도 4는, 펄스변조시의 코일 전류의 시간 변화에 대한 설명도이다. 도 5는, 후술하는 제1 밸브(34a) 및 제2 밸브(34b)를 도시하는 모식적인 정면도이다.
(원료 공급 기구(12))
원료 공급 기구(12)는, 간헐 공급부(22)와 협력작동해서, 플라즈마 토치(16)의 내부에서 발생하는 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)중에 Si 분체를 캐리어 가스와 함께 공급한다. 원료 공급 기구(12)는, 도 2에 도시하는 반송관(82)을 구비하고 있다. 반송관(82)은, 플라즈마 토치(16)의 상부에 마련된 제1 밸브(34a)가 가지는 2개의 유입 포트(Pg, Ph) 중, 한쪽의 유입 포트(Pg)에 접속되어 있다.
예를 들면, 미립자 제조용의 원료에 분체(이하, 분체 원료(44)라고도 한다.)를 이용한 경우, 플라즈마 토치(16) 내의 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)중에 분체 원료(44)가 공급될 때에는, 분체 원료(44)가 분산되어 있을 필요가 있다. 이 때문에, 분체 원료(44)는, 캐리어 가스에 분산시켜서 공급된다. 이 경우, 원료 공급 기구(12)는, 분체 원료(44)를 분산 상태로 유지하면서, 정량적으로 플라즈마 토치(16) 내부의 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)중에 공급한다. 이와 같은 기능을 가지는 원료 공급 기구(12)로서는, 예를 들면, 본 출원인의 출원에 관계된 일본특허공보 특허 제3217415호에 개시되어 있는 분체 분산 장치와 같은 장치가 이용가능하다.
원료 공급 기구(12)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 주로, 분체 원료를 저장하는 저장조(42)와, 분체 원료를 정량 반송하는 스크루 피더(screw feeder)(60)와, 스크루 피더(60)로 반송된 분체 원료가 최종적으로 살포되기 전에, 이것을 일차 입자의 상태로 분산시키는 분산부(70)로 구성되어 있다.
저장조(42)의 내부에는, 저장된 분체 원료(44)의 응집을 방지하기 위해서, 교반축(46)과, 이 교반축(46)에 접속된 교반 날개(羽根)(48)가 마련되어 있다. 교반축(46)은, 오일 씰(oil seal)(50a)과 베어링(軸受)(52a)에 의해서, 저장조(42) 내에서 회전가능하게 배설(配設)되어 있다. 또, 저장조(42)의 외부에 있는 교반축(46)의 단부(端部)는, 모터(54a)에 접속되어 있고, 도시하지 않는 제어 장치에 의해서 그의 회전이 제어된다.
저장조(42)의 하부에는, 스크루 피더(60)가 마련되고, 분체 원료(44)의 정량적인 반송을 가능하게 한다. 스크루 피더(60)는, 스크루(62)와, 스크루(62)의 축(64)과, 케이싱(66)과, 스크루(62)의 회전 동력원인 모터(54b)를 포함해서 구성되어 있다. 스크루(62) 및 축(64)은, 저장조(42) 내의 하부를 가로질러서 마련되어 있다. 축(64)은, 오일 씰(50b)과 베어링(52b)에 의해서 저장조(42) 내에서 회전가능하게 배설되어 있다.
또, 저장조(42) 외부에 있는 축(64)의 단부는, 모터(54b)에 접속되어 있다. 모터(54b)의 회전은, 도시하지 않는 제어 장치에 의해서 제어된다. 또한, 저장조(42)의 하부의 개구부와 분산부(70)를 접속하고, 스크루(62)를 감싸는 통모양(筒狀) 통로인 케이싱(66)이 마련된다. 케이싱(66)은, 분산부(70)의 내부 도중까지 연장하여 마련(延設)되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 분산부(70)는, 케이싱(66)의 일부에 외삽 고정된 외관(外管)(72)과, 축(64)의 선단부에 심어 마련(植設)된 회전 브러시(76)를 가지고, 스크루 피더(60)에 의해서 정량 반송된 분체 원료(44)를 일차 분산시킬 수가 있다.
외관(72)의 외삽 고정된 단부와 반대 단부는, 그의 형상이 원뿔대(圓錐台) 형상이고, 그의 내부에도 원뿔대 형상의 공간인 분체 분산실(74)을 가진다. 또, 그의 단부에는 분산부(70)에서 분산된 분체 원료(44)를 반송하는 반송관(82)이 접속되어 있다. 반송관(82)은, 전술한 바와 같이 제1 밸브(34a)가 가지는 한쪽의 유입 포트(Pg)에 접속되어 있다.
외관(72)의 측면에는 기체 공급구(78)가 마련되어 있다. 또, 케이싱(66)의 외벽과 외관(72)의 내벽에 의해서 마련되는 공간은, 공급된 기체가 통과하는 기체 통로(80)로서의 기능을 가진다.
회전 브러시(76)는, 나일론 등의 비교적 유연한 재질, 혹은 강선 등의 경질인 재질로 이루어지는 침상(針狀) 부재로 이루어진다. 회전 브러시(76)는, 케이싱(66)의 선단부 근방의 내부로부터 분체 분산실(74)의 내부까지, 축(64)의 지름 바깥쪽으로 연장돌출(延出)하여 밀집해서 심어 마련되는 것에 의해서 형성되어 있다.
분산부(70)에서는, 분산 및 반송용의 기체(캐리어 가스)가, 캐리어 가스 공급원(15)으로부터 기체 공급구(78) 및 기체 통로(80)를 통해 회전 브러시(76)의 지름방향 외측으로부터 회전 브러시(76)에 분출된다. 이것에 의해, 원료 공급 기구(12)에 의해 정량적으로 반송되는 분체 원료(44)가, 회전 브러시(76)의 침상 부재 사이를 통과함으로써 일차 입자에 분산된다. 또한, 캐리어 가스로서는, 예를 들면, 아르곤(Ar) 가스, 질소 가스 혹은 수소 가스 등이 단독으로, 또는 이들을 적당히 조합해서 이용되지만, 본 실시형태에서는 Ar 가스를 캐리어 가스로서 이용하기로 한다.
반송관(82)은, 간헐 공급부(22)를 거쳐 원료 공급 기구(12)와 플라즈마 토치(16) 사이를 연락하도록 연장하여 마련하고 있다. 구체적으로 설명하면, 반송관(82)의 일단은, 외관(72)과 접속되어 있고, 타단은, 제1 밸브(34a)를 거쳐 플라즈마 토치(16)에 접속되어 있다. 또, 반송관(82)은, 그의 관지름(管徑)의 10배 이상의 관길이(管長)를 가지고, 적어도 도중에 분산 분체를 포함하는 기류가 유속 20m/sec 이상으로 되는 관지름 부분을 마련하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 분산부(70)에서 일차 입자 상태로 분산된 분체 원료(44)의 응집을 방지하고, 그 분산 상태를 유지한 채, 분체 원료(44)를 공급할 수가 있다. 분체 원료(44)는, 제1 밸브(34a) 및 수냉(水冷) 프로브(24)를 경유하여 플라즈마 토치(16) 내부에 캐리어 가스와 함께 공급(살포)된다.
여기서, 미립자 제조용의 원료로서 사용하는 분체 원료(44)는, 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)중에서 증발시키는 것이 가능한 것이고, 그의 입경이 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.
(플라즈마 토치(16))
플라즈마 토치(16)는, 그의 내부에 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)을 발생시키고, 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)중에 간헐적으로 공급되는 원료를, 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)으로 증발시켜서 기상 상태의 혼합물로 하는 것이다.
플라즈마 토치(16)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 석영관(16a)과, 그의 외측을 둘러싸는 고주파 발진용 코일(16b)로 구성되어 있다. 플라즈마 토치(16)의 상부에는, 수냉 프로브(24)가 삽입되는 프로브 삽입구(16c)가, 플라즈마 토치(16)의 상부의 중앙부에 마련되어 있고, 시스 가스 공급구(16d)가 그 주변부(동일 원주 상)에 형성되어 있다. 분체 원료(44)인 Si 분체는, 수냉 프로브(24)를 통해 캐리어 가스와 함께 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
시스 가스 공급구(16d)는, 예를 들면, 도시하지 않는 배관에 의해 가스 도입부(32)와 접속되어 있다. 가스 도입부(32)는, 시스 가스 공급구(16d)를 거쳐 플라즈마 토치(16) 내에 시스 가스를 공급하는 것이다.
플라즈마 토치(16) 내에 시스 가스가 존재하는 상태에서, 고주파 발진용 코일(16b)에, 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)에 의해 진폭변조된 고주파 전류가 인가되면, 플라즈마 토치(16)의 내부에 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 발생한다. 또, 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)에 의해, 고주파 발진용 코일(16b)에 단지 고주파 전류가 인가되면, 플라즈마 토치(16)의 내부에 열 플라즈마 불꽃이 발생한다.
또, 플라즈마 토치(16)의 석영관(16a)의 외측은, 동심원모양으로 형성된 석영관(16e)으로 둘러싸여 있고, 석영관(16a와 16e) 사이에 냉각수(16f)를 순환시켜서 석영관(16a)을 수냉하고, 플라즈마 토치(16) 내에서 발생한 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)에 의해 석영관(16a)이 과도하게 고온으로 되는 것을 방지하고 있다.
플라즈마 토치(16)에서는, 예를 들면, 내경 75㎜, 길이 330㎜의 석영관(16a)이 이용되고 있다. 또, 고주파 발진용 코일(16b)로서는, 외경 130㎜, 코일 도체지름 14㎜φ, 코일길이 155㎜의 8턴(turn)의 코일이 이용되고 있다. 수냉 프로브(24)는, 그의 선단이, 예를 들면, 고주파 발진용 코일(16b)의 4, 5턴째의 사이에 있다.
또한, 155㎜인 고주파 발진용 코일(16b)의 코일길이는, 일반적인 것에 비해 약 3배 정도 길다. 이와 같이 코일길이를 길게 하는 것의 이점으로서는, 축방향으로 길고 강한 전자장(電磁場)을 발생시킬 수 있기 때문에, 그것에 의해 발생하는 플라즈마도 축방향으로 길어지고, 토치 헤드로부터 투입되는 분체 원료(44)의 증발에 유리한 특징을 갖고 있다.
(챔버(18) 및 회수부(20))
챔버(18)는, 수냉식의 챔버이고, 플라즈마 토치(16)의 하단부에 접속되어 있다. 챔버(18)는, 분체 원료(44)가 열 플라즈마 불꽃 또는 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)으로 증발되어 이루어지는 기상 상태의 혼합물을 급냉하여, 미립자를 생성함과 동시에, 얻어진 미립자를 포집한다. 즉, 챔버(18a)는, 냉각조와 미립자 포집기를 겸하고 있다.
또, 챔버(18)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 토치(16)에 보다(더) 가까운 쪽에 있는 상류 챔버(18a)와, 플라즈마 토치(16)로부터 보다 떨어진 쪽에 있는 하류 챔버(18b)를 가진다. 상류 챔버(18a)는, 플라즈마 토치(16)와 동축 방향에 부착되어 있다. 하류 챔버(18b)는, 상류 챔버(18a)와 수직으로 마련되어 있다.
하류 챔버(18b)보다도 하류에는, 생성된 미립자를 포집하기 위한 원하는 필터(20a)를 구비하는 회수부(20)가 마련되어 있다. 제조 장치(10)에 있어서, 미립자의 회수 장소는, 필터(20a)로 하고 있다. 회수부(20)는, 필터(20a)를 구비한 회수실과, 이 회수실내 아래쪽에 마련된 관을 거쳐 접속된 진공 펌프(20b)를 구비하고 있다. 챔버(18)를 통과한 미립자는, 상술한 진공 펌프(20b)로 흡인되는 것에 의해, 회수실 내에 끌여들여지고, 필터(20a)의 표면에서 머문 상태로 회수된다.
또, 플라즈마 토치(16) 내에 있어서의 압력 분위기는, 대기압 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 대기압 이하의 분위기에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 5Torr∼750Torr로 할 수가 있다.
(고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14))
고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)을 발생시키기 위한 고주파 전류를 고주파 발진용 코일(16b)에 공급한다. 또, 본 실시형태에 관계된 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)는, 고주파 발진용 코일(16b)에의 고주파 전류를 소정 시간 간격으로 진폭변조하는 것이 가능하다. 이하, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)을 발생시키기 위해서 고주파 발진용 코일(16b)에 공급하는 고주파 전류를, 「코일 전류」라고 한다.
고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 고주파 인버터 전원(26a)과, 임피던스 정합 회로(26b)와, 펄스 신호 발생기(26c)와, FET(Field－Effect Transistor) 게이트 신호 회로(26d)를 가진다.
고주파 인버터 전원(26a)은, 기본 주파수 450㎑, 최대 전력 50㎾, 정격 전압 150V, 정격 전류 460A의 MOSFET(Metal－Oxide－Semiconductor Field－Effect Transistor) 인버터 전원이다. 통상, 진공관 전원을 이용하여 생성되는 유도 열 플라즈마에 이용되는 주파수가 수 ㎒인데 반해, 고주파 인버터 전원(26a)에는 주파수 f=450㎑인 것을 이용하고 있다.
고주파 인버터 전원(26a)을 구성하는 MOSFET 인버터 전원은, 전력 변환 효율이 90%이고, 종래의 진공관형 전원의 효율 30∼60%와 비교해서 높고, 에너지 효율이 낮다고 하는 ICP(유도 결합 플라즈마)의 결점을 극복하는 것이다. 또, 이 MOSFET 인버터 전원은 전류의 진폭을 변조할 수 있는 기능을 가지고 있다. 즉, MOSFET 인버터 전원은, 코일 전류를 진폭변조할 수 있다.
고주파 인버터 전원(26a)은, 예를 들면, 도시하지 않은(不圖示) 정류 회로 및 MOSFET 인버터 회로에 의해서 구성되어 있다. 고주파 인버터 전원(26a)에 있어서, 정류 회로는, 예를 들면, 입력 전원으로서 삼상(三相) 교류를 이용하는 것이고, 삼상 전파(全波) 정류 회로에 의해 교류-직류 변환을 행한 후, IGBT(절연 게이트 바이폴러 트랜지스터)를 이용한 DC－DC 컨버터에 의해, 그의 출력 전압값을 변화시킨다.
MOSFET 인버터 회로는, 정류 회로에 접속되어 있고, 정류 회로에서 얻어진 직류를 교류로 변환하는 것이다. 이것에 의해, 인버터 출력, 즉, 코일 전류가 진폭변조(AM 변조)된다.
고주파 인버터 전원(26a)의 출력측에는, 임피던스 정합 회로(26b)가 접속되어 있다. 임피던스 정합 회로(26b)는, 도시하지 않은 콘덴서 및 공진 코일로 이루어지는 직렬 공진 회로에 의해 구성되어 있고, 플라즈마 부하를 포함한 부하 임피던스의 공진 주파수가 고주파 인버터 전원(26a)의 구동 주파수 영역 내로 되도록 임피던스 매칭을 행하는 것이다.
펄스 신호 발생기(26c)는, 고주파 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 유지하는 코일 전류의 진폭에 구형파(矩形波) 변조를 가하기 위한 펄스 제어 신호를 발생시키는 것이다.
FET 게이트 신호 회로(26d)는, 펄스 신호 발생기(26c)에서 발생된 펄스 제어 신호에 기초하는 변조 신호를, 고주파 인버터 전원(26a)의 MOSFET 인버터 회로의 MOSFET의 게이트에 공급하는 것이다. 이것에 의해, 펄스 신호 발생기(26c)에 의한 펄스 제어 신호로 코일 전류를 진폭변조해서 진폭을 상대적으로 크게 하거나, 또는 작게 해서, 예를 들면, 도 4에 도시하는 구형파(102)와 같이, 코일 전류를 펄스변조할 수가 있다. 그리고, 코일 전류를 펄스변조함으로써, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)을, 소정 시간 간격으로 주기적으로 고온 상태와 저온 상태로 전환하는 것이 가능해진다.
또한, 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)가 고주파 발진용 코일(16b)에 단지 고주파 전류를 공급한 경우에는, 열 플라즈마 불꽃을 발생시킬 수가 있다.
여기서, 도 4에 도시하는 구형파(102)에 있어서, 코일 전류에 대해서 전류 진폭이 높은 값(高値)을 HCL로 하고, 낮은 값(低値)을 LCL로 한다. 또, 변조 일주기 중에서, HCL을 취하는 시간을 온시간으로 정의하고, 또, LCL을 취하는 시간을 오프시간으로 정의한다. 또한, 변조 일주기에 있어서의 온시간의 비율(온시간/(온시간+오프시간)×100(%))을 듀티비(DF)로 한다. 또, 코일의 전류 진폭의 비(LCL/HCL×100(%))를 전류 변조율(SCL)로 정의한다.
덧붙여서, 상술한 온시간, 오프시간, 및 1사이클은, 어느것이나(모두) 밀리초로부터 수초 오더인 것이 바람직하다.
또, 펄스 제어 신호를 이용하여 코일 전류를 진폭변조할 때에는, 미리 정해져 있는 파형, 예를 들면, 구형파를 이용하여 진폭변조하는 것이 바람직하다. 또한, 구형파에 한정되는 것은 아니고, 삼각파, 톱파, 역톱니파, 또는 정현파 등을 포함하는 곡선을 포함하는 반복파로 이루어지는 파형을 이용할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
(간헐 공급부(22))
간헐 공급부(22)는, 원료 공급 기구(12)로부터 보내져 오는 분체 원료(44)를, 플라즈마 토치(16) 내에 간헐적으로 공급한다. 간헐 공급부(22)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 트리거 회로(22a)와 제1 밸브(34a)를 가진다. 트리거 회로(22a)는, 펄스 신호 발생기(26c)에 접속되어 있고, 펄스 신호 발생기(26c)로부터 입력된 펄스 제어 신호에 기초하여 TTL(Transistor－Transistor Logic) 레벨의 신호(이하, 제1 밸브 신호)를 발생하는 것이다.
제1 밸브(34a)는, 예를 들면, 솔레노이드 밸브(전자 밸브(電磁弁))에 의해서 구성되어 있다. 제1 밸브(34a)의 전장부(電裝部)(솔레노이드부)는, 트리거 회로(22a)에 접속되어 있고, 트리거 회로(22a)로부터 보내져 오는 제1 밸브 신호의 전압값에 기초하여 밸브 본체 내의 개통로(開通路)를 전환한다.
제1 밸브(34a)의 본체부는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 2개의 유입 포트(Pg, Ph)와, 1개의 유출 포트(Pi)를 가진다. 한쪽의 유입 포트(Pg)에는, 반송관(82)의 단부가 접속되어 있다. 또다른 한쪽의 유입 포트(Ph)에는, 제2 밸브(34b)를 거쳐 압출 가스 공급부(35)가 접속되어 있다. 유출 포트(Pi)는, 수냉 프로브(24)의 상류측 단부에 접속되어 있다.
제1 밸브(34a)에서는, 2개의 유입 포트(Pg, Ph) 중의 어느 한쪽만이 유출 포트(Pi)와 통하게 되어 있다. 유입 포트(Pg)가 유출 포트(Pi)와 통하면, 제1 밸브(34a) 내에서 원료측의 공급로가 개통한다. 이 결과, 반송관(82)을 통해 보내져 오는 분체 원료(44)가, 캐리어 가스와 함께 유출 포트(Pi)로부터 유출해서 플라즈마 토치(16) 내부에 공급된다.
한편, 유입 포트(Ph)가 유출 포트(Pi)와 통하면, 제1 밸브(34a) 내에서 원료측의 공급로가 폐색한다(막힌다). 이 결과, 플라즈마 토치(16) 내로의 분체 원료(44)의 공급이 정지된다. 이상과 같이 유출 포트(Pi)와 통하는 유입 포트(Pg, Ph)가 전환됨으로써, 분체 원료(44)가 간헐적으로 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
또, 유입 포트(Ph)가 유출 포트(Pi)와 통해 있을 때, 즉, 분체 원료(44)의 공급이 정지되는 동안에는, 제1 밸브(34a) 내에서 압출 가스측의 공급로가 개통한다. 이 결과, 압출 가스 공급부(35)로부터 보내져 오는 압출 가스가 유출 포트(Pi)로부터 유출하여, 플라즈마 토치(16) 내부에 공급된다.
제1 밸브(34a) 내에 있어서, 2개의 유입 포트(Pg, Ph) 중의 어느쪽을 유출 포트(Pi)와 통하게 할지는, 트리거 회로(22a)로부터 입력된 제1 밸브 신호의 전압값(전압 레벨)에 따라 정해진다. 또, 유출 포트(Pi)와 통하는 유입 포트는, 소정의 시간 간격으로 전환된다. 구체적으로 설명하면, 제1 밸브 신호의 전압값이 하이레벨로 되면, 반송관(82)이 접속되어 있는 측의 유입 포트(Pg)가 유출 포트(Pi)와 통한다. 이것에 의해, 원료측의 공급로가 개통하고, 압출 가스측의 공급로가 폐색한다. 이 결과, 분체 원료(44)가 캐리어 가스와 함께 플라즈마 토치(16) 내에 공급되도록 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 고온 상태인 동안에, 분체 원료(44)가 플라즈마 토치(16) 내에 공급되도록 제1 밸브 신호가 생성된다.
다른 한편, 제1 밸브 신호의 전압값이 로우레벨로 되면, 그 시점부터 약간 지연되어(늦게), 반송관(82)이 접속되어 있는 측과는 반대측의 유입 포트(Ph)가 유출 포트(Pi)와 통한다. 이것에 의해, 원료측의 공급로가 폐색하고, 압출 가스측의 공급로가 개통한다. 이 결과, 분체 원료(44)의 공급이 정지하는 반면에, 압출 가스가 플라즈마 토치(16) 내에 공급되도록 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태인 동안에, 분체 원료(44)의 공급이 정지되어 압출 가스가 플라즈마 토치(16) 내에 공급되도록 제1 밸브 신호가 생성된다.
(압출 가스 공급부(35))
압출 가스 공급부(35)는, 플라즈마 토치(16) 내로의 분체 원료(44)의 공급이 정지하고 있는 동안에, 압출 가스를 플라즈마 토치(16)의 내부에 공급한다. 또한, 본 실시형태에 관계된 압출 가스 공급부(35)는, 압출 가스 공급원(35c)으로부터 압출 가스를 공급하게 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 캐리어 가스와 동일한 종류의 가스, 즉 Ar 가스를 압출 가스로서 공급한다.
또, 본 실시형태에서는, 압출 가스 공급원(35c)과 캐리어 가스 공급원(15)이 따로 따로 마련되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 캐리어 가스 및 압출 가스를 공통의 공급원으로부터 공급해도 좋다.
압출 가스 공급부(35)는, 압출 가스 공급원(35c)과, 전술한 제1 밸브(34a)와, 도 1 및 도 5에 도시하는 트리거 회로(35a) 및 제2 밸브(34b)에 의해서 구성되어 있다. 트리거 회로(35a)는, 펄스 신호 발생기(26c)에 접속되어 있고, 펄스 신호 발생기(26c)로부터 입력된 펄스 제어 신호에 기초하여 TTL 레벨의 신호(이하, 제2 밸브 신호)를 발생하는 것이다.
제2 밸브(34b)는, 예를 들면, 솔레노이드 밸브(전자 밸브)에 의해서 구성되어 있다. 제2 밸브(34b)의 전장부(솔레노이드부)는, 트리거 회로(35a)에 접속되어 있고, 트리거 회로(35a)로부터 보내져 오는 제2 밸브 신호의 전압값에 기초하여 밸브 본체 내의 개통로를 전환한다.
제2 밸브(34b)의 본체부는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 1개의 유입 포트(Pm)와, 2개의 유출 포트(Pn, Po)를 가진다. 유입 포트(Pm)는, 배관 또는 튜브를 거쳐 압출 가스 공급원(35c)에 접속되어 있다. 2개의 유출 포트(Pn, Po) 중의 한쪽의 유출 포트(Pn)는, 배관 또는 튜브를 거쳐 제1 밸브(34a)의 유입 포트(Ph)에 접속되어 있다. 또다른 한쪽의 유출 포트(Po)에는 퍼지 라인(35b)이 접속되어 있다.
제2 밸브(34b) 내에서는, 2개의 유출 포트(Pn, Po) 중의 어느 한쪽만이 유입 포트(Pm)와 통하게 되어 있다. 유입 포트(Pm)가 유출 포트(Pn)와 통하면, 압출 가스 공급원(35c)으로부터 보내져 오는 압출 가스로서의 Ar 가스가 유출 포트(Pn)로부터 유출하고, 제1 밸브(34a)를 경유하여 플라즈마 토치(16) 내부에 공급된다. 한편, 유입 포트(Pm)가 유출 포트(Po)와 통하면, 압출 가스 공급원(35c)으로부터 보내져 오는 Ar 가스는, 유출 포트(Po)로부터 유출한 후에 퍼지 라인(35b)를 통해 퍼지 탱크(도시하지 않음)에 방출된다.
제2 밸브(34b) 내에 있어서, 2개의 유출 포트(Pn, Po)의 어느쪽을 유입 포트(Pm)와 통하게 할지는, 트리거 회로(35a)로부터 입력된 제2 밸브 신호의 전압값(전압 레벨)에 따라 정해진다. 또, 유입 포트(Pm)와 통하는 유출 포트는, 소정의 시간 간격으로 전환된다. 구체적으로 설명하면, 제2 밸브 신호의 전압값이 하이레벨로 되면, 그 시점부터 약간 지연되어(늦게), 제1 밸브(34a)에 접속되어 있는 측의 유출 포트(Pn)가 유입 포트(Pm)와 통한다. 이것에 의해, 제1 밸브(34a)의 직전 위치까지 압출 가스가 흐른다. 이 상태에서 제1 밸브(34a) 내의 압출 가스측의 공급로가 개통하면, 압출 가스가 수냉 프로브(24)를 통해 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
또한, 압출 가스는, 플라즈마 토치(16)의 하단으로 향하도록 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
다른 한편, 제2 밸브 신호의 전압값이 로우레벨로 되면, 그 시점부터 약간 지연되어(늦게), 퍼지 라인(35b)에 접속되어 있는 쪽의 유출 포트(Po)가 유입 포트(Pm)와 통한다. 이것에 의해, 압출 가스가 퍼지 라인(35b)을 통해 퍼지 탱크에 방출되도록 된다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 플라즈마 토치(16) 내로의 압출 가스의 공급을 정지하고 있는 동안, 퍼지 라인(35b)를 통해 압출 가스를 방출해서, 압출 가스가 항상 제2 밸브(34b) 내에 존재하도록 하고 있다. 이 결과, 제2 밸브(34b)를 완전히(전부) 닫은 상태로부터 압출 가스의 공급을 재개했을 때에, 제2 밸브(34b) 내에 압출 가스가 갑자기 유입해서 밸브 내부에 충돌하는 현상(이른바 해머링 현상)을 회피하는 것이 가능해진다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 제2 밸브(34b)에 퍼지 라인(35b)이 접속되어 있지 않아도 좋다. 그 경우, 제2 밸브(34b)는, 단순한 온오프식의 개폐 밸브라도 좋다. 또, 압출 가스의 낭비를 극력(極力) 억제하는 관점에서 생각하여, 밸브 개방도(開度)를 조정하는 등 해서 퍼지 유량을 호적한 양으로 조정하는 것이 바람직하다.
(플라즈마 분광 분석부(28))
플라즈마 분광 분석부(28)는, 플라즈마 토치(16) 내의 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 발하는 빛을 분광 분석하고, 예를 들면, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 분광 강도를 측정한다. 플라즈마 분광 분석부(28)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 광학계(28a)와, 분광기(28b)와, PMT(Photomultiplier tube)(28c)를 가진다. 분광기(28b)와 PMT(28c)가 접속되어 있다. 또, PMT(28c)는, DSP(30)에 접속되어 있다.
광학계(28a)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 렌즈(29a)와, 광섬유 등의 도광부(29b)를 구비한다. 열 플라즈마 불꽃(엄밀하게는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100))의 빛이 렌즈(29a)를 거쳐 도광부(29b)에 입사된다.
분광기(28b)는, 도광부(29b)에 접속되어 있고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 방사광이 입력되면, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 방사광을 소정의 시간 간격으로 분광한다.
PMT(28c)는, 광전자 증배관을 구비하고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 방사광의 분광 스펙트럼이 소정의 시간 간격으로 입력되면, 이것을 소정의 배율로 증폭해서 DSP(30)에 출력한다.
(DSP(30))
DSP(30)는, 분체 원료(44)의 공급 타이밍에 맞추어, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태를 제어한다. 구체적으로는, DSP(30)는, 분체 원료(44)가 공급되는 동안에 고온 상태로 되고, 또한, 분체 원료(44)의 공급이 정지하는 동안에 저온 상태로 되도록, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태를 피드백 제어한다.
보다 자세하게 설명하면, 트리거 회로(22a, 35a)가, 펄스 신호 발생기(26c)로부터 입력된 펄스 제어 신호의 파형에 기초하여, 제1 밸브 신호를 생성한다. 이것에 수반하는 형태로, DSP(30)가, 펄스 신호 발생기(26c)로부터 출력되는 펄스 제어 신호와, 열 플라즈마 불꽃 발생용의 가스에서 유래하는 파장의 빛의 방사 강도와의 타이밍의 어긋남량을 산출한다. 그리고, DSP(30)는, 산출한 어긋남량에 기초하여, 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)의 고주파 인버터 전원(26a)에 마련된 MOSFET 인버터 회로의 MOSFET의 게이트에 공급되는 변조 신호의 위상, 하이레벨의 시간, 로우레벨의 시간 등이 적정하게 되는 바와 같은 제어 신호를 출력한다. 즉, 구형파(102)에 있어서의 온시간의 길이, 오프시간의 길이, 및 듀티비가 적정하게 되는 바와 같은 제어 신호를 출력한다.
이상의 순서에 의해, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태는, 분체 원료(44)가 공급되는 동안에 고온 상태로 되고, 또한, 분체 원료(44)의 공급이 정지하는 동안에 저온 상태로 되도록 피드백 제어된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 분체 원료(44)의 공급 타이밍에 맞추어 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태를 제어하기로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, DSP(30)는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태의 변조에 따라 분체 원료(44)의 공급 타이밍을 제어해도 좋다. 이 경우, DSP(30)는, 플라즈마 분광 분석부(28)의 분광 분석의 결과에 기초하여, 제1 밸브(34a) 및 제2 밸브(34b)의 각각의 개폐를 전환해서, 간헐 공급부(22) 및 압출 가스 공급부(35)를 제어하는 것도 가능하다. 다시 말해, 분광 분석의 결과에 따른 타이밍에서 분체 원료(44)를 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)에 공급해도 좋다. 보다 구체적으로 설명하면, DSP(30)는, 분광 분석의 결과에 기초하여, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 고온 상태인 동안에 분체 원료(44)가 공급되고, 또한, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태인 동안에 분체 원료(44)의 공급을 정지해서 압출 가스가 공급되도록 간헐 공급부(22) 및 압출 가스 공급부(35)를 제어해도 좋다.
또한, 분광 분석에 기초하는 제어가 실행되지 않아도 좋다. 즉, 분체 원료(44) 및 압출 가스의 각각의 공급 타이밍에 관해서, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 발광 스펙트럼에 기초하는 제어를 행하지 않아도 좋다. 예를 들면, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태를 전환하는 타이밍(즉, 코일 전류의 변조 주기에 있어서의 온시간 및 오프시간)을 미리 결정해 두고, 그 타이밍에 맞추어, 분체 원료(44) 및 압출 가스의 각각의 공급 타이밍을 타이머 제어해도 좋다.
다음에, 본 실시형태의 제조 장치(10)를 이용하여 미립자를 제조하는 방법(즉, 본 실시형태에 관계된 미립자의 제조 방법)에 대해서, 도 6 및 도 7a∼도 7c를 참조하면서 설명한다.
도 6은, 코일 전류에 대한 변조 신호, 제1 밸브 신호, 제2 밸브 신호, 원료 공급량, 및 압출 가스의 공급량의 각각에 대해서, 주기적 변화를 도시하는 타이밍차트이다. 또한, 도 6에는, 2사이클분의 차트를 도시하고 있다.
도 7a는, 고주파 발진용 코일(16b)에 있어서의 인가 전압의 RMS(Root Mean Square), 코일 전류의 RMS, 및 공급 전력의 각각의, 주기적 변동을 도시하는 도면이다.
도 7b 및 도 7c는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 발하는 빛 중, 열 플라즈마 불꽃 발생용의 가스에서 유래하는 파장의 빛의 분광 분석 결과에 대한, 주기적 변동을 도시하는 도면이다. 도 7b에는, ArI 유래의 빛의 방사 강도의 주기적 변동이 도시되어 있고, 도 7c에는, Hα 유래의 빛의 방사 강도의 주기적 변동이 도시되어 있다. 또한, 도 7b 및 도 7c의 각각에 도시한 5개의 그래프는, 플라즈마 토치(16)의 토치 중심축 상이고, 또한, 고주파 발진용 코일(16b)의 종단으로부터 아래쪽에 5㎜, 10㎜, 20㎜, 30㎜ 및 40㎜만큼 떨어진 위치에서의 방사 강도를 도시하고 있다. 또한, 도 7a∼도 7c에는, 3사이클분의 주기적 변동을 도시하고 있다.
이하에서는, 분체 원료(44)로서 Si 분체를 이용하여 Si 나노입자를 제조하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 또, 이하에서는, 1사이클의 시간이 15밀리초(㎳)로 설정되어 있고, 각 사이클의 개시 시점(0㎳ 시점)이 코일 전류의 변조 주기에 있어서의 온시간의 개시시에 설정되어 있는 것으로 한다. 다만, 1사이클의 시간, 및 각 사이클에 있어서의 온시간의 개시시에 대해서는, 임의로 설정하는 것이 가능하다.
원료 공급 기구(12)로부터 공급되는 미립자 제조용의 원료로서의 Si 분체가, 캐리어 가스 공급원(15)으로부터 공급되는 캐리어 가스로서의 Ar 가스와 함께 유입 포트(Pg)를 통해 제1 밸브(34a) 내에 들여보내진다. 이러한 상태에서 유입 포트(Pg)가 유출 포트(Pi)와 통하면, Si 분체가 입자상으로 분산한 상태에서 플라즈마 토치(16) 내에 캐리어 가스와 함께 공급된다.
또, 압출 가스 공급부(35)로부터 압송되는 압출 가스가, 유입 포트(Pm)를 통해 제2 밸브(34b) 내에 들여보내진다. 이러한 상태에서 유입 포트(Pm)가 유출 포트(Pn)와 통하고, 또한, 제1 밸브(34a)의 유입 포트(Ph)가 유출 포트(Pi)와 통하면, 압출 가스가 플라즈마 토치(16)의 하단을 향해서 흐르도록 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다. 한편, 유입 포트(Pm)가 유출 포트(Po)와 통하면, 압출 가스가 퍼지 라인(35b)을 통해 퍼지 탱크에 방출된다.
또, 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부(14)에서는, 펄스 신호 발생기(26c)로부터 펄스 제어 신호가 FET 게이트 신호 회로(26d), 간헐 공급부(22)의 트리거 회로(22a), 및 압출 가스 공급부(35)의 트리거 회로(35a)에 출력된다.
펄스 제어 신호를 수신한 FET 게이트 신호 회로(26d)는, 펄스 제어 신호에 기초하는 변조 신호할 고주파 인버터 전원(26a)을 향해서 출력한다. 본 실시형태에서는, 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 각 사이클의 0㎳(사이클 개시시)∼12㎳까지를 온시간으로 하고, 12㎳∼15㎳(사이클 종료시)까지를 오프시간으로 하는 바와 같은 변조 신호가 출력된다. 이 변조 신호가 고주파 인버터 전원(26a)의 MOSFET 인버터 회로의 MOSFET의 게이트에 공급되면, 고주파 발진용 코일(16b)에 있어서의 인가 전압, 코일 전류 및 코일 공급 전력이 도 7a에 도시하는 바와 같이 펄스변조된다.
이 때, 가스 도입부(32)로부터 플라즈마 토치(16) 내에, 시스 가스로서의 Ar 가스 및 수소 가스의 혼합 가스가 공급되고 있다. 이것에 의해, 플라즈마 토치(16) 내에 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 발생한다. 또, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)은, 펄스변조된 코일 전류에 의해, 소정의 시간 간격으로 주기적으로 고온 상태와 저온 상태로 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 방사광이 플라즈마 분광 분석부(28)에 의해 분광 분석된다.
분광 분석의 결과에 대해서 설명하면, 도 7b 및 도 7c에 도시하는 바와 같이, 열 플라즈마 불꽃 발생용 가스 유래의 빛(구체적으로는, ArI 유래의 빛, 및 Hα 유래의 빛)의 각각에 대해서, 방사 강도가 코일 전류의 진폭변조와 동기해서 변화하고 있다는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 코일 전류가 펄스변조되는 것에 의해, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 소정의 시간 간격으로 주기적으로 고온 상태와 저온 상태로 전환되고 있다고 할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)은, 코일 전류의 변조 주기에 있어서의 온시간(각 사이클의 0㎳∼12㎳)중에 고온 상태로 되고, 오프시간(각 사이클의 12㎳∼15㎳)중에 저온 상태로 된다.
또한, 본 실시형태에서는, Si 분체의 공급 타이밍에 맞추어 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 온도 상태가 변조되고, 구체적으로는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 고온 상태인 동안에 Si 분체가 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
여기서, Si 분체의 공급에 관해서, 제1 밸브(34a)의 개폐 타이밍을 코일 전류의 변조 주기와 관련지어서 설명한다. 트리거 회로(22a)가 제1 밸브(34a)를 향해서 출력하는 제1 밸브 신호는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 온시간의 개시 시점보다도 지연된 시점(약 9㎳ 후)에서 하이레벨로 된다. 그 어긋남량은, 온시간의 개시시부터 ArI의 방사 강도 및 Hα의 방사 강도가 극대로 될 때까지의 시간과 거의 똑같다(도 7b 및 도 7c 참조).
제1 밸브 신호를 수신한 제1 밸브(34a)는, 제1 밸브 신호에 따라서 동작하고, 전압값이 하이레벨로 된 타이밍(예를 들면, 도 6에서의 9㎳의 시점)에서, 원료 공급측의 유입 포트(Pg)가 유출 포트(Pi)와 통한다. 그 후, 약간의 타임래그가 생긴 후의 시점(예를 들면, 도 6에서는 16㎳의 시점)에서, 플라즈마 토치(16) 내의 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)에 Si 분체가 캐리어 가스와 함께 공급되기 시작하고, 그의 공급량이 서서히 증가한다.
또, 제1 밸브 신호의 전압값이 로우레벨로 된 타이밍(예를 들면, 도 6에서는 17㎳의 시점)에서, 또다른 한쪽의 유입 포트(Ph)가 유출 포트(Pi)와 통하도록 된다. 다시 말해, 제1 밸브(34a) 내에서 원료측의 공급로가 폐색한다. 그 때문에, Si 분체의 공급량이 서서히 감소하고, 잠시 지난 후의 시점(예를 들면, 도 6에서는 28㎳의 시점)에서 Si 분체의 공급이 정지한다.
여기서, 도 6에 도시하는 사이클에서는, 0㎳∼12㎳ 및 15㎳∼27㎳가 온시간, 즉, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 고온 상태에 있는 기간이고, 12㎳∼15㎳ 및 27㎳∼30㎳가 오프시간, 즉, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태에 있는 기간이다. 따라서, 상기와 같이 제1 밸브(34a)가 개폐하면, Si 분체가 캐리어 가스와 함께 간헐적으로 공급되고, 보다 자세하게는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 고온 상태에 있는 동안에 Si 분체가 공급되고, 저온 상태에 있는 동안에 Si 분체의 공급이 정지된다.
또, 본 실시형태에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태인 동안, Si 분체의 공급이 정지되는 반면에, 압출 가스가 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
여기서, 압출 가스의 공급에 관해서, 제1 밸브(34a) 및 제2 밸브(34b)의 개폐 타이밍을 코일 전류의 변조 주기와 관련지어서 설명한다. 트리거 회로(35a)가 제2 밸브(34b)를 향해서 출력하는 제2 밸브 신호는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 변조 주기의 오프시간의 개시 시점보다도 빠른 시점(약 4㎳ 전)에서 하이레벨로 된다. 그 어긋남량은, 오프시간의 개시시부터 ArI의 방사 강도 및 Hα의 방사 강도가 극소로 될 때까지의 시간과 거의 똑같다(도 7b 및 도 7c 참조).
또, 제2 밸브 신호를 수신한 제2 밸브(34b)에서는, 제2 밸브 신호에 따라서 동작하고, 제2 밸브 신호가 하이레벨로 된 타이밍(예를 들면, 도 6에서는 23㎳의 시점)에서, 제1 밸브(34a)와 접속하고 있는 쪽의 유출 포트(Pn)가 유입 포트(Pm)와 통한다. 이 때, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 밸브 신호의 전압값이 로우레벨이므로, 제1 밸브(34a) 내에서는 유입 포트(Ph)가 유출 포트(Pi)와 통해 있고, 압출 가스측의 공급로가 개통하고 있다. 이것에 의해, 압출 가스가 제1 밸브(34a) 및 제2 밸브(34b)를 통과하도록 되고, 그 시점부터 약간의 타임래그가 생긴 후의 시점(예를 들면, 도 6에서는 28.5㎳의 시점)에서, 압출 가스가 플라즈마 토치(16) 내에 공급되기 시작한다. 압출 가스는, 플라즈마 토치(16) 내에 있어서 기상 상태의 혼합물을 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)의 형성 위치로부터 압출하도록(밀어내도록) 아래쪽을 향해서 흐른다.
또, 제2 밸브 신호의 전압값이 하이레벨로부터 로우레벨로 전환되면, 그 시점(예를 들면, 도 6에서는 26㎳의 시점)에서, 제2 밸브(34b)의 유출 포트(Po)가 유입 포트(Pm)와 통하도록 된다. 이 때, 제1 밸브 신호가 하이레벨에 있고, 제1 밸브(34a) 내에서는 압출 가스측의 공급로가 폐색되어 있다. 그 때문에, 압출 가스는, 제1 밸브(34a)를 통과하지 않고, 퍼지 라인(35b)를 통해 방출되도록 된다. 또한, 퍼지 라인(35b)의 선단부에 도시하지 않은 온오프 밸브를 마련하고, 제2 밸브(34b)의 유출 포트(Po)가 유입 포트(Pm)와 통해 있는 기간중, 상기한 온오프 밸브의 개폐를 주기적으로 전환해서 압출 가스의 방출을 단속적(斷續的)으로 행해도 좋다.
이상과 같은 제1 밸브(34a) 및 제2 밸브(34b)의 동작에 의해, 어떤(임의의) 기간(예를 들면, 도 6에서는 28.5㎳∼30㎳의 사이)에 압출 가스가 플라즈마 토치(16) 내에 일시적으로 공급된다. 또, 압출 가스가 플라즈마 토치(16) 내에 공급되는 기간은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 오프시간, 즉, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태에 있는 기간에 해당한다. 다시 말해, 본 실시형태에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태에 있는 동안으로서, Si 분체의 공급이 정지하고 있는 동안에 압출 가스가 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
상기의 사이클(도 6에 도시하는 사이클)은, Si 나노입자의 제조 기간중, 반복해서 실시된다. 그리고, 각 사이클에서는, Si 분체가 캐리어 가스와 함께 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)에 간헐적으로 공급되고, 구체적으로는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 고온 상태인 동안에 Si 분체를 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)에 공급하고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태인 동안에 Si 분체의 공급을 정지한다.
변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)에 공급된 Si 분체는, 증발해서 기상 상태의 혼합물로 된다. 그 직후, 혼합물이 상류 챔버(18a)로부터 그의 하류의 하류 챔버(18b) 내에서 급냉되고, 이것에 의해, Si 나노입자가 생성된다. 생성된 Si 나노입자 중, 그의 일부가 상류 챔버(18a) 및 하류 챔버(18b)에서 포집되지만, 대부분은, 진공 펌프(20b)에서 흡인되어 회수부(20)의 필터(20a)의 표면에서 회수된다.
그리고, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 고온 상태인 동안에 Si 분체를 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)에 공급하고, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태인 동안에 Si 분체의 공급을 정지한다. 이것에 의해, Si 나노입자를 효율좋게 제조하고, 코일 공급 전력에 대한 Si 나노입자의 제조량(수량(收量))을 증가시키는 것이 가능해진다.
또한, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 저온 상태인 동안에는, 압출 가스를 플라즈마 토치(16) 내에 공급하고, 플라즈마 토치(16) 내에 존재하는 기상 상태의 혼합물을 아래쪽으로 압출한다(밀어낸다). 이것에 의해, 플라즈마 토치(16) 내에 존재하는 기상 상태의 혼합물의 체류(滯留) 및 위쪽 이동(上方移動)을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 압출 가스는, 플라즈마 토치(16)의 하단을 향해서 공급되기 때문에, 기상 상태의 혼합물을, 고온장(高溫場)인 열 플라즈마 불꽃의 형성 위치로부터 챔버(18)에 신속하게 향하게 하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 혼합물을 재빠르게 냉각(급냉)하는 것이 가능해지기 때문에, Si 증기의 결정화(結晶化) 속도가 보다 빨라지는 결과, 미세하고 또한 입도 분포폭이 좁은 Si 나노입자를 효율좋게 얻는 것이 가능해진다.
이상까지 본 발명의 미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법에 대해서 설명해 왔지만, 상술한 실시형태는, 어디까지나 1예에 불과하고, 다른 실시형태도 생각할 수 있다. 예를 들면, 상기한 실시형태에서는, 미립자 제조용의 원료로서 Si 분체를 이용하고, 플라즈마 토치(16) 내에 공급함에 있어서 Si 분체를 캐리어 가스에 의해서 분산시키는 것으로 했다. 다만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 원료가 슬러리 또는 콜로이드액의 상태로 공급되어도 좋다. 슬러리 또는 콜로이드액으로서는, 예를 들면, Si 분체를 분산매중에 분산, 또는 혼탁시킨 것을 들 수 있다. 이 경우, 원료 공급 기구(12) 대신에, 도 8에 도시하는 액상 원료 공급 장치(90)를 이용한다. 이 액상 원료 공급 장치(90)를, 배관 등을 이용하여 제1 밸브(34a)의 유입 포트(Pg)에 접속한다.
액상 원료 공급 장치(90)는, 슬러리(92)(콜로이드액)를 넣는 용기(94)와, 용기(94)중의 슬러리(92)를 교반하는 교반기(96)와, 슬러리(92)(콜로이드액)에 고압을 가해서 공급하기 위한 펌프(98)와, 슬러리(92)(콜로이드액)를 액적화(液滴化)하기 위한 분무 가스 공급원(도시하지 않음)을 가진다. 그리고, 압송(壓送)된 분무 가스에 의해 액적화된 슬러리(92)(콜로이드액)가 제1 밸브(34a)를 경유하여 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
또, 원료를 용매중에 용해시켜서 용액으로 하고, 용액 상태로 원료를 열 플라즈마 불꽃에 공급해도 좋다. 이 경우에도, 상술한 슬러리 또는 콜로이드액과 마찬가지로 해서, 액상 원료 공급 장치(90)가 이용된다. 이 경우에서도, 용액 상태의 원료가 분무 가스에 의해서 액적화되고, 그 후에 제1 밸브(34a)를 경유하여 플라즈마 토치(16) 내에 공급된다.
또, 상기의 실시형태에서는, 제1 밸브(34a)의 응답 속도 등의 영향에 의해, 도 6에 도시하는 바와 같이 변조 유도 열 플라즈마 불꽃(100)이 변조하는 타이밍에 대해서, 분체 원료(44)의 공급 정지의 타이밍이 불가피적으로(불가피하게) 어긋나는 것을 전제로 해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 상기 2개의 타이밍이 완전 동기(완전 일치)하는 경우에도, 상술한 미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법은, 당연히 유효하다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, Si 분체로 Si 나노입자를 제조하는 경우를 예로서 들었지만, 다른 원소의 입자를 미립자 제조용의 원료로서 이용하고, 그 산화물, 금속, 질화물, 혹은 탄화물 등의 미립자 제조를 행하는 것도 가능하다.
예를 들면, 원료로서는, 열 플라즈마 불꽃에 의해 증발시켜지는 것이면, 그 종류를 불문하지만, 바람직하게는, 이하의 것이 좋다. 즉, 원자 번호 3∼6, 11∼15, 19∼34, 37∼52, 55∼60, 62∼79 및 81∼83의 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 단체(單體) 산화물, 복합 산화물, 복산화물, 산화물 고용체(固溶體), 금속, 합금, 수산화물, 탄산 화합물, 할로겐화물, 황화물, 질화물, 탄화물, 수소화물, 금속염 또는 금속 유기 화합물을 적당히 선택하면 좋다.
또한, 단체 산화물이란 산소 이외에 1종의 원소로 이루어지는 산화물을 말하고, 복합 산화물이란 복수종의 산화물로 구성되는 것을 말하고, 복산화물이란 2종 이상의 산화물로 만들어져(형성되어) 있는 고차 산화물을 말하고, 산화물 고용체란 다른 산화물이 서로 균일하게 녹은 고체를 말한다. 또, 금속이란 1종 이상의 금속 원소만으로 구성되는 것을 말하고, 합금이란 2종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말하고, 그 조직 상태로서는, 고용체, 공융 혼합물, 금속간 화합물 혹은 그들의 혼합물을 이루는 경우가 있다.
또, 수산화물이란 수산기와 1종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말하고, 탄산 화합물이란 탄산기와 1종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말하고, 할로겐화물이란 할로겐 원소와 1종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말하고, 황화물이란 유황(硫黃)과 1종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말한다. 또, 질화물이란 질소와 1종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말하고, 탄화물이란 탄소와 1종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말하고, 수소화물이란 수소와 1종 이상의 금속 원소로 구성되는 것을 말한다. 또, 금속염은 적어도 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 이온성 화합물을 말하고, 금속 유기 화합물이란 1종 이상의 금속 원소와 적어도 C, O, N 원소의 어느것인가와의 결합을 포함하는 유기 화합물을 말하고, 금속 알콕사이드나 유기 금속 착체(錯體) 등을 들 수 있다.
예를 들면, 단체 산화물로서는, 산화 티탄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(알루미나：Al2O3), 산화 은(Ag2O), 산화 철, 산화 마그네슘(MgO), 산화 망간(Mn3O4), 산화 이트륨(Y2O3), 산화 세륨, 산화 사마륨, 산화 베릴륨(BeO), 산화 바나듐(V2O5), 산화 크롬(Cr2O3), 및 산화 바륨(BaO) 등을 들 수가 있다.
또, 복합 산화물로서는, 알루민산 리튬(LiAlO2), 바나듐산 이트륨, 인산 칼슘, 지르콘산 칼슘(CaZrO3), 지르콘산 티탄납, 산화 티탄철(FeTiO3), 및 산화 티탄 코발트(CoTiO3) 등을 들 수 있고, 복산화물로서는, 주석산(錫酸) 바륨(BaSnO3), (메타)티탄산 바륨(BaTiO3), 티탄산 납(PbTiO3), 티탄산 바륨에 산화 지르코늄과 산화 칼슘이 고용한 고용체 등을 들 수가 있다.
또한, 수산화물로서는 Zr(OH)4를, 탄산 화합물로서는 CaCO3을, 할로겐화물로서는 MgF2를, 황화물으로서는 ZnS를, 질화물로서는 TiN을, 탄화물로서는 SiC를, 수소화물로서는 TiH2 등을, 각각 들 수가 있다.
실시예
이하, 본 발명의 미립자의 제조 방법의 실시예에 대해서, 구체적으로 설명한다.
본 실시예에 있어서, 미립자의 제조에는, 상술한 도 1에 도시하는 제조 장치(10)를 이용했다.
또, 본 발명과는 다른 미립자의 제조 방법에 의해서 비교 실험(비교예)을 행했다.
또한, 비교예에 이용한 제조 장치는, 압출 가스 공급부(35)를 구비하고 있지 않은 점을 제외하고, 도 1에 도시하는 제조 장치(10)와 공통된다.
또, 하기의 표 1은, 실시예와 비교예 사이에서 공통되는 실험 조건을 나타내고 있다.
＜실험 조건＞
공통의 실험 조건에 대해서 설명하면, 플라즈마 발생용의 평균 입력을 20㎾로 일정하게 하고, 시스 가스로서, Ar 가스와 수소 가스의 혼합체를 이용하는 것으로 하고, 각각의 유량을 90L/min 및 1L/min(어느것이나 표준 상태로 환산했을 때의 값이고, 이하 마찬가지)로 했다. 또한, 시스 가스로서의 Ar 가스는, 토치 내에 있어서, 액시얼(Axial) 방향 및 스월(Swirl) 방향으로 45L/min씩 공급되는 것으로 하고, 시스 가스로서의 수소 가스는, 스월 방향으로만 공급되는 것으로 했다.
또, 코일 전류에 대해서는 펄스변조하는 것으로 하고, 그 변조 주기를 15㎳로 설정하고, 일주기에 있어서의 온시간의 비율인 듀티비(DF)를 80%로 하고, 코일 전류의 진폭비인 전류 변조율(SCL)을 80%로 했다.
또, 캐리어 가스에는 Ar 가스를 이용하고, 그의 유량은 4L/min으로 했다. 플라즈마 토치내 압력은, 300Torr(≒40kPa)로 고정하고, 원료의 Si 분체로서는, 야마이시 킨조쿠(山石金屬)제의 Si 분체(No.360)를 이용하고, 간헐 공급 방식으로 공급했다. 원료의 공급 및 정지의 전환은, 제1 밸브로서의 Festo사제의 솔레노이드 밸브(MHE4－MS1H－3/2G－1－4K)에 의해 행하고, 밸브 개폐 주기를 15㎳로 설정하고, 밸브 개방(開) 시간을 8ms로 설정하고, 밸브 폐쇄(閉) 시간을 7㎳로 설정했다. 또한, 제1 밸브에서의 「밸브 개방」이란, 제1 밸브 내에 있어서의 원료의 공급로가 개통하는 것을 의미하고, 「밸브 폐쇄」란, 원료의 공급로가 폐색하는 것을 의미한다.
또, 제1 밸브에서의 밸브 개방의 타이밍에 대해서는, 코일 전류의 변조 주기에 있어서 온시간의 개시 시점에 대해서 9㎳만큼 지연시키는 것으로 했다.
또, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃으로부터 발하는 빛을, 낙 이미지 테크놀로지사(nac Image Technology Inc.)제의 고속도 비디오 카메라(MEMRECAM HX－5)를 이용하여, 프레임 레이트 1000fps, 해상도 8bit의 조건에서 촬영했다. 또한, 촬영한 빛에 대해서 분광 분석을 행했다. 구체적으로는, 플라즈마 발생용의 가스 및 원료에서 유래하는 파장의 빛, 보다 자세하게는, ArI 유래의 빛(파장 811.53㎜), Hα 유래의 빛(파장 656.28㎚), SiI 유래의 빛(파장 390.55㎚) 및 SiH 유래의 빛(파장 395.63㎚)의 각각의 방사 강도를 계측했다.
실시예 및 비교예 사이에 있어서의 실험 조건의 차이를 하기 표 2에 나타내고 있다.
본 실시예에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온 상태인 동안에 압출 가스를 공급하는 것으로 하고, 비교예에서는, 압출 가스의 공급을 행하지 않는 것으로 했다. 본 실시예에서는, 압출 가스로서 Ar 가스를 이용하고, 그의 유량을 4L/min으로 했다. 압출 가스의 공급 및 정지의 전환(엄밀하게는, 제1 밸브의 바로앞 위치까지의 압출 가스의 공급)은, 제2 밸브로서의 Festo사제의 솔레노이드 밸브(MHE2－MS1H－3/2G－M7－K)에 의해 행하고, 밸브 개폐 주기를 15㎳로 설정하고, 밸브 개방 시간을 3㎳로 설정하고, 밸브 폐쇄 시간을 12㎳로 설정했다. 또한, 제2 밸브에서의 「밸브 개방」이란, 제2 밸브 내에 있어서 압출 가스를 제1 밸브로 향하게 하는 유로가 개통하는 것을 의미하고, 「밸브 폐쇄」란, 압출 가스를 제1 밸브로 향하게 하는 유로가 폐색하는 것을 의미한다.
또, 제2 밸브에서의 밸브 개방의 타이밍에 대해서는, 코일 전류의 변조 주기에 있어서 온시간의 개시 시점에 대해서 8㎳만큼 지연시키는 것으로 했다.
또, 본 실시예에서는, 제조된 미립자에 대해서, SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여, 입경의 도수 분포 및 평균 입경을 조사했다.
＜방사 강도의 계측 결과＞
비교예에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온 상태일 때, 원료 유래의 빛(구체적으로는, SiI 유래의 빛 및 SiH 유래의 빛)의 방사 강도가, 플라즈마 토치의 상부에서 비교적 높아지고 있는 것이 관찰되었다. 이것은, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온 상태일 때에, Si 분체를 증발시켜서 얻어지는 기상 상태의 혼합물이 플라즈마 토치 내에서 체류 또는 위쪽으로 이동했기 때문이라고 생각된다. 이와 같은 현상이 생기는 것에 의해, 비교예에서는, 혼합물의 냉각이 약간 우둔화(愚鈍化)되고, 그 영향에 의해, 생성되는 Si 나노입자의 입경 및 표면적이 비교적 커졌다.
이에 반해, 본 실시예에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온 상태일 때에, 플라즈마 토치의 상부에서 원료 유래의 빛의 방사 강도가 높아지는 것은 확인되지 않았다. 이것은, 본 실시예에서는, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온 상태인 동안에 있어서 압출 가스를 플라즈마 토치 내에 도입함으로써, 플라즈마 토치 내에 있어서의 기상 상태의 혼합물의 체류 및 위쪽 이동이 억제되었기 때문이라고 생각된다.
＜SEM 관찰 결과＞
본 실시예 및 비교예의 각 실험 조건에서 Si 나노입자의 제조 실험을 행하고, 그 결과, 챔버 및 회수부의 필터에서 회수했다. 또한, 필터에는, 니혼 필터 고교사(JAPAN FILTER TECHNOLOGY,LTD)제의 버그 필터(미크로텍스 MT－1000)를 이용했다.
여기서, Si 나노입자의 회수량, 및 공급량에 대한 회수량의 비율에 대해서는, 어느것이나 본 실시예 쪽이 비교예를 상회하고 있었다. 이것은, 본 실시예에서는, 압출 가스의 도입에 의해서 기상 상태의 혼합물의 위쪽 이동이 억제되고, 플라즈마 토치 내부에서의 Si 나노입자의 체류 시간이 감소하고, 플라즈마 토치 내에서의 입자 부착이 감소했기 때문이라고 생각된다.
또, 본 실시예에서 회수한 Si 나노입자의 SEM 화상을 도 9a∼도 9c에 도시한다. 도 9a는, 상류 챔버에서 포집된 Si 나노입자를, 도 9b는, 하류 챔버에서 포집된 Si 나노입자를, 도 9c는, 필터에서 회수된 Si 나노입자를, 각각 도시하고 있다.
도 9a∼도 9c에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 입경이 매우 작은 Si 나노입자가 다수 생성된 것을 알 수 있다. 이것은, 본 실시예에서는, 압출 가스의 도입에 의해, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온도 상태인 동안에 기상 상태의 혼합물의 체류를 억제하여, 혼합물을 효율 좋게 냉각(급냉)하는 것이 가능해졌기 때문이라고 생각된다.
＜입경 도수 분포·평균 입경＞
본 실시예에 있어서 상류 챔버, 하류 챔버 및 필터의 각각에서 얻어진 Si 나노입자의 SEM 화상을 이용하여, 200개의 입자를 무작위로 추출하고, 그의 입도 도수 분포를 조사했다. 그 결과를 도 10a∼도 10c에 도시한다. 도 10a는, 상류 챔버에서 포집된 Si 나노입자의 입경 도수 분포를, 도 10b는, 하류 챔버에서 포집된 Si 나노입자의 입경 도수 분포를, 도 10c는, 필터에서 회수된 Si 나노입자의 입경 도수 분포를, 각각 도시하고 있다. 또한, 도 10a∼도 10c의 각 도면은, 입경의 도수 및 누적 비율을 나타냄과 동시에, 평균 입경, 입경의 표준 편차 및 메디안지름의 각 값도 나타내고 있다.
도 10a∼도 10c에 도시하는 바와 같이, 실시예에서는, Si 나노입자의 입경 분포폭이 현저하게 좁아진 것을 알 수 있다. 이것은, 본 실시예에서는, 압출 가스의 도입에 의해, 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 저온도 상태인 동안에 기상 상태의 혼합물을 아래쪽으로 압출하고(밀어내고), 혼합물을 효율 좋게 냉각(급냉)하도록 되었기 때문이라고 생각된다.
이상으로부터, 본 발명의 효과는 명확하다.
10: 제조 장치
12: 원료 공급 기구
14: 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부
15: 캐리어 가스 공급원
16: 플라즈마 토치
16a, 16e: 석영관
16b: 고주파 발진용 코일
16c: 프로브 삽입구
16d: 시스 가스 공급구
16f: 냉각수
18: 챔버
18a: 상류 챔버
18b: 하류 챔버
20: 회수부
20a: 필터
22: 간헐 공급부
22a: 트리거 회로
24: 수냉 프로브
26a: 고주파 인버터 전원
26b: 임피던스 정합 회로
26c: 펄스 신호 발생기
26d: FET 게이트 신호 회로
28: 플라즈마 분광 분석부
28a: 광학계
28b: 분광기
28c: PMT
29a: 렌즈
29b: 도광부
30: DSP
32: 가스 도입부
34a: 제1 밸브
34b: 제2 밸브
35: 압출 가스 공급부
35a: 트리거 회로
35b: 퍼지 라인
35c: 압출 가스 공급원
42: 저장조
44: 분체 원료
46: 교반축
48: 교반 날개
50a, 50b: 오일 씰
52a, 52b: 베어링
54a, 54b: 모터
60: 스크루 피더
62: 스크루
64: 축
66: 케이싱
70: 분산부
72: 외관
74: 분체 분산실
76: 회전 브러시
78: 기체 공급구
80: 기체 통로
82: 반송관
90: 액상 원료 공급 장치
92: 슬러리
94: 용기
96: 교반기
98: 펌프
100: 변조 유도 열 플라즈마 불꽃
102: 구형파
Pg, Ph, Pm: 유입 포트
Pi, Pn, Po: 유출 포트
12: 원료 공급 기구
14: 고주파 변조 유도 열 플라즈마 발생부
15: 캐리어 가스 공급원
16: 플라즈마 토치
16a, 16e: 석영관
16b: 고주파 발진용 코일
16c: 프로브 삽입구
16d: 시스 가스 공급구
16f: 냉각수
18: 챔버
18a: 상류 챔버
18b: 하류 챔버
20: 회수부
20a: 필터
22: 간헐 공급부
22a: 트리거 회로
24: 수냉 프로브
26a: 고주파 인버터 전원
26b: 임피던스 정합 회로
26c: 펄스 신호 발생기
26d: FET 게이트 신호 회로
28: 플라즈마 분광 분석부
28a: 광학계
28b: 분광기
28c: PMT
29a: 렌즈
29b: 도광부
30: DSP
32: 가스 도입부
34a: 제1 밸브
34b: 제2 밸브
35: 압출 가스 공급부
35a: 트리거 회로
35b: 퍼지 라인
35c: 압출 가스 공급원
42: 저장조
44: 분체 원료
46: 교반축
48: 교반 날개
50a, 50b: 오일 씰
52a, 52b: 베어링
54a, 54b: 모터
60: 스크루 피더
62: 스크루
64: 축
66: 케이싱
70: 분산부
72: 외관
74: 분체 분산실
76: 회전 브러시
78: 기체 공급구
80: 기체 통로
82: 반송관
90: 액상 원료 공급 장치
92: 슬러리
94: 용기
96: 교반기
98: 펌프
100: 변조 유도 열 플라즈마 불꽃
102: 구형파
Pg, Ph, Pm: 유입 포트
Pi, Pn, Po: 유출 포트
Claims (11)
- 미립자 제조용의 원료를 열 플라즈마 불꽃(炎)중에 간헐적으로 공급하고, 상기 원료를 증발시켜서 기상(氣相) 상태의 혼합물로 하고, 상기 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 제조하는 미립자의 제조 방법으로서,
상기 열 플라즈마 불꽃으로서, 온도 상태가 시간변조된 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 발생시키고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 펄스 변조된 코일 전류에 의해 소정의 시간 간격으로 주기적으로 고온 상태와, 상기 고온 상태보다도 온도가 낮은 저온 상태로 만들고,
상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 고온 상태인 동안에, 상기 원료를 캐리어 가스와 함께 공급하고,
상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에, 상기 원료의 공급을 정지해서, 상기 캐리어 가스와 동일한 종류의 가스를 공급하고,
상기 가스는, 기상 상태의 상기 혼합물을 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃의 형성 위치로부터 압출하도록 하향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛(光)을 분광 분석하고, 분광 분석의 결과에 따른 타이밍에서 상기 원료를 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃중에 공급하는, 미립자의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원료를 입자상(粒子狀)으로 분산시킨 상태에서, 상기 원료를 간헐적으로 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃중에 공급하는, 미립자의 제조 방법. - 미립자의 제조 장치로서,
미립자 제조용의 원료를 열 플라즈마 불꽃중에 간헐적으로 공급하는 원료 공급부와,
내부에 상기 열 플라즈마 불꽃이 발생하고, 상기 원료 공급부에 의해 공급되는 상기 원료를 상기 열 플라즈마 불꽃에서 증발시켜서 기상 상태의 혼합물로 하는 플라즈마 토치와,
상기 플라즈마 토치의 내부에 상기 열 플라즈마 불꽃을 발생시키는 플라즈마 발생부와,
상기 플라즈마 토치의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부를 가지고,
상기 플라즈마 발생부는, 상기 열 플라즈마 불꽃으로서, 온도 상태가 시간변조된 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 발생시키고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃을 펄스 변조된 코일 전류에 의해 소정의 시간 간격으로 주기적으로 고온 상태와, 상기 고온 상태보다도 온도가 낮은 저온 상태로 만들고,
상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 고온 상태인 동안에, 상기 원료가, 캐리어 가스와 함께, 상기 원료 공급부에 의해 상기 플라즈마 토치의 내부에 공급되고,
상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에, 상기 원료 공급부에 의한 상기 원료의 공급이 정지되고, 상기 캐리어 가스와 동일한 종류의 상기 가스가, 상기 가스 공급부에 의해 상기 플라즈마 토치의 내부에 공급되고,
상기 가스는, 기상 상태의 상기 혼합물을 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃의 형성 위치로부터 압출하도록 하향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 발하는 빛을 분광 분석하는 분광 분석부와,
상기 분광 분석부에 의한 분광 분석의 결과에 기초하여, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 고온 상태인 동안에 상기 원료를 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃에 공급하고, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에 상기 원료의 공급을 정지하도록 상기 원료 공급부를 제어하는 제어부를 가지는, 미립자의 제조 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 분광 분석의 결과에 기초하여, 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃이 상기 저온 상태인 동안에 상기 가스를 공급하도록 상기 가스 공급부를 제어하는, 미립자의 제조 장치. - 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료 공급부는, 상기 원료를 입자상으로 분산시킨 상태에서, 상기 원료를 간헐적으로 상기 변조 유도 열 플라즈마 불꽃중에 공급하는, 미립자의 제조 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치의 하단부(下端部)에는, 상기 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 생성함과 동시에, 상기 미립자를 포집(捕集)하기 위한 챔버가 접속되어 있고,
상기 가스 공급부는, 상기 플라즈마 토치의 내부에서 상기 가스가 상기 플라즈마 토치의 하단으로 향하도록 상기 가스를 공급하는, 미립자의 제조 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치의 하단부에는, 상기 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 생성함과 동시에, 상기 미립자를 포집하기 위한 챔버가 접속되어 있고,
상기 가스 공급부는, 상기 플라즈마 토치의 내부에서 상기 가스가 상기 플라즈마 토치의 하단으로 향하도록 상기 가스를 공급하는, 미립자의 제조 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치의 하단부에는, 상기 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 생성함과 동시에, 상기 미립자를 포집하기 위한 챔버가 접속되어 있고,
상기 가스 공급부는, 상기 플라즈마 토치의 내부에서 상기 가스가 상기 플라즈마 토치의 하단으로 향하도록 상기 가스를 공급하는, 미립자의 제조 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치의 하단부에는, 상기 혼합물을 냉각해서 상기 미립자를 생성함과 동시에, 상기 미립자를 포집하기 위한 챔버가 접속되어 있고,
상기 가스 공급부는, 상기 플라즈마 토치의 내부에서 상기 가스가 상기 플라즈마 토치의 하단으로 향하도록 상기 가스를 공급하는, 미립자의 제조 장치.
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