(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路に影響を及す電磁ノイズを低減するノイズ低減体において、
互いに独立して励起し、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えた複数のクラスター型セルよりなり、
前記複数のクラスター型セルのそれぞれは、
自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコンでコーティングされた複数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が房状に結合していることを特徴とするノイズ低減体。
【請求項２】
前記クラスター型セルの直径は、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載されたノイズ低減体。
【請求項３】
前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の直径は、３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載されたノイズ低減体。
【請求項４】
前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の活性化エネルギーレベルは、０．３ｅＶ以上０．７ｅＶ以下であることを特徴とする請求項３に記載されたノイズ低減体。
【請求項５】
互いに独立して励起し、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えた複数のクラスター型セルよりなり、前記クラスター型セルのそれぞれが、自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコンでコーティングされた結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が複数房状に結合していると共に、電気回路に影響を及す電磁ノイズを低減するノイズ低減体の製造方法において、
前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子と、アモルファスシリコンの粉末とが混入された純水に、一対の電極を介して直流電圧を印加することによって、前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子を前記アモルファスシリコンでコーティングする第１のステップと、
前記アモルファスシリコンでコーティングされた前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が混入された純水に、一対の電極を介してパルス電圧を印加することによって、前記ノイズ低減体を生成する第２のステップと
を有することを特徴とするノイズ低減体の製造方法。
【請求項６】
前記クラスター型セルの直径は、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載されたノイズ低減体の製造方法。
【請求項７】
前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の直径は、３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載されたノイズ低減体の製造方法。
【請求項８】
前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の活性化エネルギーレベルは、０．３ｅＶ以上０．７ｅＶ以下であることを特徴とする請求項７に記載されたノイズ低減体の製造方法。
【請求項９】
電子機器において、
電気回路の一部を構成すると共に、電磁ノイズを発生し、または、電磁ノイズの影響を受ける回路要素と、
前記回路要素に接触して、または、前記回路要素の近傍に設けられ、前記電磁ノイズを低減するノイズ低減体とを有し、
前記ノイズ低減体は、互いに独立して励起し、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えた複数のクラスター型セルよりなり、
前記複数のクラスター型セルのそれぞれは、自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコンでコーティングされた複数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が房状に結合していることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
前記クラスター型セルの直径は、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載された電子機器。
【請求項１１】
前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の直径は、３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載された電子機器。
【請求項１２】
前記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の活性化エネルギーレベルは、０．３ｅＶ以上０．７ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１１に記載された電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ノイズを低減するノイズ低減体、その製造方法、および、これを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナノダイヤモンド粒子は、磁気ディスクのガラス基板研磨等における研磨材として広く使用されているが、近年、ナノダイヤモンド半導体が有する自発電荷に着目した応用例が注目されている。例えば、特許文献１は、自発電荷を有する活性化エネルギーレベル０．８−２．０ｅＶを持つ結晶系ナノダイヤモンド半導体を太陽電池保護膜として使用する技術が開示されている。この太陽電池保護膜は、粒子サイズ３−８ｎｍのナノダイヤモンド半導体粒子の光散乱効果により光吸収能を増し、自発電荷により太陽電池表面の汚れ付着を防止して出力の経年劣化を防止すると共に、４００ｎｍ以下の紫外線波長帯域を０．５−２．０μｍの波長帯域に変換して光電気変換効率を向上させる。【０００３】
また、特許文献２には、ナノダイヤモンド半導体粒子を繊維中に分散させた機能性繊維が開示されている。具体的には、室温付近で荷電粒子を発生させる活性化エネルギーレベルが０．１−１．０ｅＶであるナノダイヤモンド半導体粒子を用いることで、生体赤外線及び荷電粒子放射能の大きな繊維を作成する。半導体粒子は、繊維高分子結晶の間隙に浸透して擬似的に直列接続され、体温程度の加熱での励起で発生した粒子間の電位が積算されることによって、大きな起電力を発生し、生体効果を発揮する。【０００４】
さらに、特許文献３には、紫外線吸収能および紫外線から赤外線に波長を変換する光エネルギー変換能を有するナノダイヤモンド半導体粒子を用いた有機機能性材料が開示されている。有機機能性材料は、０．２−１．０ｅＶの活性化エネルギーレベルを有するナノダイヤモンド半導体粒子を０．０００５ｗｔ％以上含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２０３９８５号公報
【特許文献２】特開２０１１−０７４５５３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１０６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明者らは、以前から結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子に関する研究を行っているが、この研究過程において、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子を主体とした特定の構造が、電気回路に影響を及す電磁ノイズを低減する作用を有することを発見した。【０００７】
そこで、本発明の目的は、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子を用いた新規なノイズ低減体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決すべく、第１の発明は、電気回路に影響を及す電磁ノイズを低減するノイズ低減体を提供する。このノイズ低減体は、互いに独立して励起し、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えた複数のクラスター型セルによって構成されている。それぞれのクラスター型セルは、自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコンでコーティングされた複数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が房状に結合している。【０００９】
第２の発明は、互いに独立して励起し、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えた複数のクラスター型セルよりなり、クラスター型セルのそれぞれが、自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコンでコーティングされた結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が複数房状に結合していると共に、電気回路に影響を及す電磁ノイズを低減するノイズ低減体の製造方法を提供する。この製造方法では、第１のステップとして、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子と、アモルファスシリコンの粉末とが混入された純水に、一対の電極を介して直流電圧を印加することによって、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子をアモルファスシリコンでコーティングする。第２のステップとして、アモルファスシリコンでコーティングされた結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が混入された純水に、一対の電極を介してパルス電圧を印加することによって、ノイズ低減体を生成する。【００１０】
第３の発明は、回路要素と、ノイズ低減体とを有する電子機器を提供する。回路要素は、電気回路の一部を構成すると共に、電磁ノイズを発生し、または、電磁ノイズの影響を受ける。ノイズ低減体は、回路要素に接触して、または、回路要素の近傍に設けられ、電磁ノイズを低減する。このノイズ低減体は、互いに独立して励起し、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えた複数のクラスター型セルによって構成されている。それぞれのクラスター型セルは、自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコンでコーティングされた複数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子が房状に結合している。【００１１】
ここで、第１から第３の発明において、上記クラスター型セルの直径は１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、上記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の直径は３ｎｍ以上８ｎｍ以下、上記結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子の活性化エネルギーレベルは０．３ｅＶ以上０．７ｅＶ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電気回路に影響を及す電磁ノイズを有効に低減することができる。典型的には、ノイズ低減体は、電磁ノイズを発生する回路要素や電磁ノイズの影響を受ける回路要素と接触して、または、その近傍に設けられ、電磁ノイズが及す電子機器への悪影響を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ノイズ低減体の模式図
【図２】ノイズ低減体の電子顕微鏡写真
【図３】ノイズ低減体の電子顕微鏡写真の拡大図
【図４】ノイズ低減体の製造方法の説明図
【図５】第１の例に係る電子機器の要部断面図
【図６】第２の例に係る電子機器の要部断面図
【図７】第３の例に係る電子機器の要部断面図
【図８】第４の例に係る電子機器の要部断面図
【図９】第５の例に係る電子機器の要部断面図
【図１０】第６の例に係る電子機器の要部断面図
【図１１】第７の例に係る電子機器の要部断面図
【図１２】ノイズ低減体の塗布前後における出力リップルノイズの比較図
【図１３】ノイズ低減体が塗布された紙の介在前後における出力リップルノイズの比較図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本実施形態に係るノイズ低減体の模式図、図２はノイズ低減体の電子顕微鏡写真、および、図３はその拡大図である。ノイズ低減体１を構成する個々のクラスター型セル２は常温では振動しているため、常温では精細な電子顕微鏡写真を撮影することができない。そこで、電子顕微鏡による撮影は、クラスター型セル２の振動が停止する極低温環境（例えば、−６０℃）で行っている。
【００１５】
このノイズ低減体１は、互いに独立して励起する多数のクラスター型セル２によって構成されている。それぞれのクラスター型セル２は、略球形状であって、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えている。一つのクラスター型セル２は、複数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３が房状（クラスター状）に結合した構造、すなわち、クラスター構造を有しており、その直径は１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。それぞれのクラスター型セル２は、奇数個、かつ、同数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３によって形成されている。結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３は、自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコン４でコーティング（被覆）されている。
【００１６】
本実施形態では、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３として、３ｎｍ以上８ｎｍ以下の粒子径を有するものを用いる。このサイズの粒子は以下のような特徴を有している。第１に、表面炭素ＳＰ２層が薄くなるため、励起荷電粒子の発生効率が良く、配合量が少なくて済む。第２に、自発分極をもち自発電荷による性能が大きい。第３に、自発電荷の活性化エネルギーレベルが０．３ｅＶ以上０．７ｅＶ以下を有し、励起された荷電粒子が多く発生する。
【００１７】
結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３は、典型的には、衝撃圧縮法によって得ることができる。この方法は、爆発法や爆轟法などとも称され、火薬の爆発エネルギー等によって細かく粉砕することによって生成される。空気が存する環境下で火薬（炭素元素を含む。）を爆発させ、この爆発エネルギーが巨大なものである場合、ナノサイズのダイヤモンドが自ずと生成される。よって、粉砕すべき物質の塊を特段用意する必要はない。人工ダイヤモンドの合成の歴史は古く、１９５３年頃に、ソビエト連邦が、高温高圧合成（ＨＰＨＴ）と化学気相蒸着（ＣＶＤ）法とを用いた、最初の再現可能な合成方法を発表した。その後、炭素元素を含む爆薬を使用し、爆轟（デトネーション）による合成法が１９９０年代後半に開発された。よって、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３の製法、それ自体は、本願出願時の技術常識というべきものである。
【００１８】
つぎに、ノイズ低減体１の製造方法について説明する。図４に示すように、処理容器には、アノードおよびカソードよりなる一対の電極が所定の間隔を空けて配置されていると共に、エタノール等のアルコール系の液体が貯留されている。また、一対の電極を接続する配線には、直流電源、保護抵抗、電流計などが接続されている。
【００１９】
まず、処理容器内に貯留された高純度の純水（チラー）に、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子と、アモルファスシリコンの粉末とを混入する。そして、これらが混入された液体に、一対の電極を介して直流電圧を印加する。これにより、図１に示したように、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３の周囲がアモルファスシリコン４でコーティングされる。アモルファスシリコン４のコーティング処理を行う理由は、クラスター型セル２内において、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３相互で電子が通過する機能を付与すること、換言すれば、ホール移相層を形成するためである。
【００２０】
つぎに、アモルファスシリコン４でコーティングされた結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３が混入された純水に、一対の電極を介してパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加対象となる混入水は、図４の工程で処理された水をそのまま用いてもよいし、乾燥工程を経て粉末化されたコーティング済の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３を純水に再度混入することによって生成してもよい。パルス電圧の印加によって、図１に示したように、奇数個、かつ、同数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３が結合してグループ化される（スラスター化）。これにより、互いに独立して励起し、かつ、静電容量を有し、半導体としての特性を備えたノイズ低減体１が生成される。
【００２１】
以下に例示するように、ノイズ低減体１は、電気回路に影響を及す電磁ノイズを低減する用途で広く用いることができる。ノイズ低減体１は、電気回路を備える電子機器において、電磁ノイズを発生する回路要素（ノイズ発生源）、および、電磁ノイズの影響を受ける回路要素の少なくとも一方に接触または近接して設けられる。前者の例としては、ループアンテナやスイッチング回路などが挙げられる。一般に、高周波電流が流れる回路では、配線のインダクタンスなどによってノイズとなる不要電磁波（電磁ノイズ）が発生する。また、後者の例としては、ＩＣチップなどが挙げられる。なお、以下の例では、前者および後者が存在する構造を示しているが、どちらか一方のみが存在する構造であってもよい。
【００２２】
図５は、第１の例に係る電子機器の要部断面図である。この電子機器５Ａは、基板６上に実装された電気回路を備えている。具体的には、プリント基板６上には、少なくとも一層の導電層７が所定のパターンで形成されており、その上部には、所定のパターンを有する表面絶縁層８ａが形成されている。この表面絶縁層８ａは部分的に除去されており、これによって露出した導電層７には、電磁ノイズを発生する回路要素９ａと、電磁ノイズの影響を受ける９ｂとが接続されている。
【００２３】
表面絶縁層８ａには、上述したノイズ低減体１が含まれている。このような構成は、ノイズ低減体１を混合した絶縁性の塗布剤を塗布することで得られる他、絶縁性の塗布剤を塗布して表面絶縁層８ａを形成した後、その表面に、ノイズ低減体１をシリコン系オイルに分散させた液状剤を更に塗布することでも得られる。後者の場合、塗布した液状剤を事後的に拭き取ったとしても、ミクロ的に見れば、表面絶縁層８ａの微小な凹凸に侵入したノイズ低減体１が残存するため、表面絶縁層８ａ中にノイズ低減体１が含まれている状態が損なわれることはない。
【００２４】
この構成では、デバイス９ａ，９ｂの下方近傍にノイズ低減体１が存在する。デバイス９ａの下方近傍に存在するノイズ低減体１は、デバイス９ａにて発生した電磁ノイズが、デバイス９ｂなどの他の回路要素に及す影響を低減する。また、デバイス９ｂの下方近傍に存在するノイズ低減体１は、デバイス９ａなどの他の回路要素にて発生した電磁ノイズがデバイス９ｂに及す影響を低減する。これにより、電磁ノイズの影響を受け難い電子機器５Ａを実現できる。
【００２５】
図６は、第２の例に係る電子機器の要部断面図である。この電子機器５Ｂでは、複数の導電層７が積層されており、上下の導電層７の間にはノイズ低減体１が含まれた層間絶縁膜８ｂが介在している。このような構成は、層間絶縁膜８ｂとして、ノイズ低減体１を混合した絶縁性の塗布剤を塗布することで得ることができる。それ以外の点は図５と同様なので、同一の符号を付してここでの説明を省略する（以下の図７〜１１も同様。）。この構成では、デバイス９ａ，９ｂの下方近傍にノイズ低減体１を設けることによって、電磁ノイズの影響を受け難い電子機器５Ｂを実現できる。
【００２６】
図７は、第３の例に係る電子機器の要部断面図である。この電子機器５Ｃでは、導電層７および表面絶縁層８ａが形成された基板８に回路要素９ａ，９ｂが実装されていると共に、ノイズ低減体１をシリコン系オイルに分散させた液状剤が、その表面全体に塗布されている。ノイズ低減体１は、デバイス９ａ，９ｂに接触して、または、これらの近傍に存在する。これにより、電磁ノイズの影響を受け難い電子機器５Ｃを実現できる。
【００２７】
図８は、第４の例に係る電子機器の要部断面図である。この電子機器５Ｄでは、導電層７および表面絶縁層８ａが形成された基板８に回路要素９ａ，９ｂが実装されていると共に、ノイズ低減体１をシリコン系オイルに分散させた液状剤が、回路要素９ａ，９ｂの接点（端子）に部分的に塗布されている。これらの接点は、外部に露出しており、外部に電磁ノイズを放射し易く、または、外部の電磁ノイズが入射し易い。よって、これらの接点にノイズ低減体１を部分的に存在させるだけでも、電磁ノイズの影響を受け難い電子機器５Ｄを実現できる。
【００２８】
図９は、第５の例に係る電子機器の要部断面図である。この電子機器５Ｅでは、導電層７および表面絶縁層８ａが形成された基板８に回路要素９ａ，９ｂが実装されていると共に、ノイズ低減体１をシリコン系オイルに分散させた液状剤が、接点を含めて回路要素９ａ，９ｂに部分的に塗布されている。これらの回路要素９ａ，９ｂは、外部に露出しており、外部に電磁ノイズを放射し易く、または、外部の電磁ノイズが入射し易い。よって、これらにノイズ低減体１を部分的に存在させるだけでも、電磁ノイズの影響を受け難い電子機器５Ｅを実現できる。
【００２９】
図１０は、第６の例に係る電子機器の要部断面図である。この電子機器５Ｆでは、導電層７および表面絶縁層８ａが形成された基板８に回路要素９ａ，９ｂが実装されており、その全体がノイズ低減体１を含むカバー体１０で覆われている。ノイズ低減体１は、カバー体１０を形成する材質中に混合してもよいし、カバー体１０の形成後にノイズ低減体１を含む液状剤を塗布してもよい。これにより、電磁ノイズの影響を受け難い電子機器５Ｆを実現できる。
【００３０】
図１１は、第７の例に係る電子機器の要部断面図である。この電子機器５Ｇでは、導電層７および表面絶縁層８ａが形成された基板８に回路要素９ａ，９ｂが実装されており、これらの回路要素９ａ，９ｂが電磁ノイズの影響を低減するためのシールドで覆われている。ノイズ低減体１は、シールド１１を形成する材質中に混合してもよいし、シールド１１の形成後にノイズ低減体１を含む液状剤を塗布してもよい。これにより、シールド１１のノイズ低減効果が高まり、電磁ノイズの影響を受け難い電子機器５Ｇを実現できる。
【００３１】
本実施形態によれば、電気回路に影響を及す電磁ノイズを有効に低減することができる。典型的には、ノイズ低減体１は、電磁ノイズを発生する回路要素９ａや電磁ノイズの影響を受ける回路要素９ｂと接触して、または、その近傍に設けられ、電磁ノイズが及す電子機器への悪影響を低減する。現時点では、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子を主体とした特定の構造が電磁ノイズを低減する機序については定かではないものの、以下の実験結果からノイズ低減効果を奏することが実証される。
【００３２】
第１の実験として、ノイズ低減体１の塗布の前後において、ＤＣ／ＤＣコンバータの磁界放射に関する特性（出力リップルノイズ）をループアンテナで測定した。図１２は、ノイズ低減体１の塗布前後における出力リップルノイズの比較図であり、同図（ａ）はノイズ低減体１の塗布前、同図（ｂ）はノイズ低減体１の塗布後の特性をそれぞれ示す。塗布前は１．２５２Ｖp-pなのに対して塗布後は０．４５７Ｖp-pであり、上下のピークの高低差が約１／３に低減する結果が得られた。このことから、ノイズ低減体１をＤＣ／ＤＣコンバータ（回路要素）に直接接触するように設けた場合、電磁ノイズを有効に低減できることが理解できる。
【００３３】
第２の実験として、ノイズ低減体１を塗布または含浸した紙をＤＣ／ＤＣコンバータとループアンテナとの間（隙間）に介在させる前後において、出力リップルノイズをループアンテナで測定した。図１３は、ノイズ低減体１付き紙の介在前後における出力リップルノイズの比較図であり、同図（ａ）は紙の介在前、同図（ｂ）は紙の介在後の特性をそれぞれ示す。介在前は３７１．２５ｍＶp-pなのに対して介在後は１６５．００ｍＶp-pであり、上下のピークの高低差が１／２以上低減する結果が得られた。このことから、ノイズ低減体１をＤＣ／ＤＣコンバータ（回路要素）の近傍に設けた場合でも、電磁ノイズを有効に低減できることが理解できる。
【００３４】
なお、上述した実施形態において、電子機器５Ａ〜５Ｇとしては、受動素子として機能するデバイス、能動素子として機能するデバイス、容量素子として機能するデバイスなどが挙げられ、電気回路に伴う電線や基板など材料に使用すればノイズ低減効果を発揮する。また、ノイズ低減体１は、電磁ノイズを低減する用途で、電気機器のケース、衣類などの繊維、建築材などを含めて、様々な応用製品に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ノイズ低減体
２  クラスター型セル
３  結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子
４  アモルファスシリコン
５Ａ〜５Ｇ  電子機器
６  プリント基板
７  導電層
８ａ  表面絶縁層
８ｂ  層間絶縁膜
９ａ，９ｂ  回路要素
１０  カバー体
１１  シールド
【要約】
【課題】結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子を用いた新規なノイズ低減体を提供する。
【解決手段】ノイズ低減体１は、電気回路に影響を及す電磁ノイズを低減する。このノイズ低減体１は、互いに独立して励起し、静電容量を有し、かつ、半導体としての特性を備えた複数のクラスター型セル２によって構成されている。それぞれのクラスター型セル２は、自発電荷を有し、かつ、アモルファスシリコン４でコーティングされた複数の結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３が房状に結合している。クラスター型セル２の直径は１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３の直径は３ｎｍ以上８ｎｍ以下、結晶系ナノダイヤモンド半導体粒子３の活性化エネルギーレベルは０．３ｅＶ以上０．７ｅＶ以下であることが好ましい。【図１】
0006473553.tif 000002
【図２】
0006473553.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0006473553.tif 000012
【図１２】
0006473553.tif 000013
【図１３】
0006473553.tif 000014