(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の存在下、珪素に電磁波を照射して、前記気体を大気圧下でプラズマ化することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項２】
気体が、酸素、窒素、水素及び低級炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスである、請求項１記載のプラズマ発生方法。
【請求項３】
気体を、電磁波を照射している珪素と接触するように流通させて、プラズマ化した気体を得る請求項１又は２に記載のプラズマ発生方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法により得たプラズマ化した気体を、被処理物と接触させて、前記被処理物プラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
被処理物が金属アルコキシドであり、プラズマ化した気体が窒素であり、金属の窒炭化物を得る請求項４記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
金属アルコキシドがチタンアルコキシドであり、金属の窒炭化物がＴｉＮx Ｃ1-x である請求項５記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
被処理物と気体との混合ガスを、電磁波を照射している珪素と接触させて、前記被処理物を大気圧下でプラズマ処理化することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
気体が、酸素、窒素、水素及び低級炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスである、請求項７記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規なプラズマ発生方法及びこの方法を利用したプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
大気圧プラズマは、小型の装置を用いて簡便に発生させることができることから、種々の物質のプラズマ処理に有用であり、開発が進められている。
特に、特開平５−２２９５３０号に開示の方法では、希ガスの存在下、エネルギー変換体に電磁波を照射することにより大気圧プラズマが得られることから、装置の小型化が可能である。
ところが、大気圧プラズマの発生には希ガスの存在が不可欠であり、処理できる範囲や効率が限られるという問題があった。
【０００３】
そこで本発明の目的は、希ガスの存在なしにでも大気圧プラズマの発生が可能な方法を提供することにある。
さらに本発明の目的は、上記大気圧プラズマの発生方法を利用した処理方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、気体の存在下、珪素に電磁波を照射して、前記気体を大気圧下でプラズマ化することを特徴とするプラズマ発生方法に関する。さらに本発明は、上記本発明の方法により得たプラズマ化した気体を、被処理物と接触させて、前記被処理物プラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法に関する。
【０００５】
加えて本発明は、被処理物と気体との混合ガスを、電磁波を照射している珪素と接触させて、前記被処理物をプラズマ処理化することを特徴とするプラズマ処理方法に関する。以下本発明についてさらに説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、エネルギー変換体としてＳｉを用いる。
【０００７】
珪素（Ｓｉ）は、半導体分野で使用されるような高純度の珪素であっても不純物を含む珪素であっても良い。また、珪素にトーパントを導入したものであっても良い。
【０００８】
上記エネルギー変換体は、塊状のものであることができる他、ハニカム状に成型したものや、多孔性の織物、編物、不織布、フェルトなどの支持体に担持させたものであることができる。特に支持体を用いると、気体が支持体を通過する際に、エネルギー変換体からエネルギーを受け取って、気体の励起が起こりやすいので好ましい。また、このような支持体を使用すると、エネルギー変換体の反対側でプラズマが発生するため、エネルギー変換体への電磁波の照射を妨害することない。
【０００９】
本発明で用いる電磁波は、エネルギー変換体にエネルギーを与え、エネルギー変換体からエネルギーを放出させるものであればよい。そのような電磁波としては、周波数が数キロヘルツ（ＫＨｚ）〜数百ギガヘルツ（ＧＨｚ）の電磁波が使用できる。中でも周波数が１〜数十ギガヘルツ（ＧＨｚ）のマイクロ波はエネルギー変換体がエネルギーを放出するのに十分なエネルギーを持つために、特に好適に使用できる。
【００１０】
本発明の方法では、プラズマ化する気体は、例えば、希ガス、酸素、窒素、水素、低級炭化水素等のガスであることができる。低級炭化水素とは、炭素数１〜６の飽和又は不飽和の炭化水素であって、例えば、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン等を挙げることができる。これら以外のガスの使用も可能である。但し、希ガスなしに、酸素、窒素又は水素のみでもプラズマの発生が可能である。さらに、プラズマ化したガスの用途に応じて希ガス、酸素、窒素、水素及び低級炭化水素の２種以上の混合ガスを用いることもできる。尚、希ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、ネオンなどを例示できる。また、単独でプラズマになりにくいガスを用いる場合、上記の容易にプラズマ化する希ガス、酸素、窒素、水素及び低級炭化水素等のガスと混合して用いることもできる。
これらの気体は、電磁波を照射している珪素等の金属又は両性元素と接触するように流通させることで、プラズマ化することができる。このプラズマ化は、大気圧下で行うことができる。
【００１１】
本発明のプラズマ処理方法は、上記本発明の方法により得たプラズマ化した気体を、被処理物と接触させて、前記被処理物プラズマ処理することを特徴とする。
被処理物は特に制限はない。プラズマ化した気体により物理的又は化学的反応を起こして、状態を変化させることができるものであれば良い。
例えば、被処理物が金属アルコキシドであり、プラズマ化した気体が窒素、窒素と希ガスとの混合物又は窒素と水素と希ガスとの混合物である場合、本発明のプラズマ処理方法により、金属の窒炭化物を得ることができる。尚、窒素と希ガスに水素を添加すると、窒化速度を向上させる効果がある。さらに、上記金属アルコキシドがチタンアルコキシドであれば、ＴｉＮx Ｃ1-x が得られる。
【００１２】
本発明のプラズマ処理方法の別の態様は、被処理物と気体との混合ガスを、電磁波を照射している珪素等の金属又は両性元素と接触させて、前記被処理物をプラズマ処理化することを特徴とする。
ここで、気体、電磁波、金属又は両性元素から選ばれるエネルギー変換体は、前記本発明のプラズマ発生方法で説明したものと同様である。さらに、被処理物は、気体として導入できるものであることを除き、前記プラズマ処理方法のものと同様である。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
【００１４】
実施例１
図１に示す装置を用いて、大気圧下で、本発明のプラズマ発生方法を実施した。電磁波としてマイクロ波を用い、エネルギー変換体として市販のＳｉ塊（純度９８％）および高純度Ｓｉ（純度９９．９９９９９９９９９％、トクヤマ製）２．５ｇを用いた。
図中、１はマイクロ波発生装置、２は導波路、３は石英管、４はエネルギー変換体をそれぞれ示す。尚、５は被処理物であるが本実施例では設置していない。マイクロ波の出力は３００Ｗ、ガス流量を６００ｍｌ／ｍｉｎとして、表１に示す種類のガスを上記エネルギー変換体と接触するように流通させてプラズマの発生を確認した。結果を表１に示す。
さらに、本発明の方法により発生させたアルゴンプラズマ、アルゴン（８０％）／酸素（２０％）プラズマ、アルゴン（８０％）／水素（２０％）プラズマのスペクトルをそれぞれ図２〜４に示す。
比較のため、減圧プラズマのスペクトルもそれぞれ図２〜４に併せて示す。
【００１５】
比較例１
エネルギー変換体としてペロブスカイト型複合酸化物であるＬａ0.8 Ｓｒ0.2 ＣｏＯ3 を用いた以外は実施例１と同様にしてプラズマの発生を確認した。結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
上記表１に示す結果から、エネルギー変換体としてＳｉを用いることにより、希ガスを含まない窒素ガス、酸素ガス又は水素ガスのみでも大気圧プラズマを発生させることができることが分かる。
【００１８】
実施例２
図１に示す装置を用いて、大気圧下で、本発明のプラズマ処理方法を実施した。電磁波としてマイクロ波を用い、エネルギー変換体として市販のＳｉ塊（純度９８％）２．５ｇを用い、図中、５に示す被処理物であるチタンスポンジを処理した。マイクロ波の出力は２００Ｗ、ガス流量を６００ｍｌ／ｍｉｎとして、エネルギー変換体と被処理物との間隔を１ｃｍとした。
処理ガスは、アルゴン９０％とＮ2 、Ｎ2 ／Ｈ2 ＝１／２又はＮ2 ／Ｈ2 ＝２／１の１０％の混合ガスを用いた。
処理ガスと処理時間を変化させたときのチタンの窒化率の変化を図５に示す。図５に示す結果から、いずれの処理ガスを用いても、チタンは窒化され、特に、Ｎ2 とＨ2 の混合ガスを処理ガスとしてて用いる場合に、窒化率が高くなることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のプラズマ発生方法及び処理方法に用いる装置の概略図。
【図２】  実施例１で本発明の方法により発生させたアルゴンプラズマのスペクトル及び比較のための減圧プラズマのスペクトル。
【図３】  実施例１で本発明の方法により発生させたアルゴン（８０％）／酸素（２０％）プラズマのスペクトル及び比較のための減圧プラズマのスペクトル。
【図４】  実施例１で本発明の方法により発生させたアルゴン（８０％）／水素（２０％）プラズマのスペクトル及び比較のための減圧プラズマのスペクトル。
【図５】  実施例２のチタンの窒化率の変化を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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