(57)【要約】【課題】放電電圧を低下させることなく基板表面のチャージアップを抑制することができる触媒材料の製造方法及び真空アーク蒸着装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態では、円筒状の絶縁部材２３と、上記絶縁部材の外周部に配置された触媒活性を有する金属でなる蒸着材料２１と、上記絶縁部材の外周部に配置されたトリガ電極２２と、上記トリガ電極の周囲に同心的に配置された筒状のアノード電極２４とを有するアーク蒸着源が用いられる。そして、表面にカーボン系材料層Ｃが形成された基板Ｗが準備される。上記蒸着材料の微粒子は、減圧雰囲気下で、上記アーク蒸着源における上記蒸着材料と上記筒状電極との間の放電制御によって生成されて、上記カーボン系材料層の表面に付着させられる。上記アーク蒸着源における上記放電制御に同期して、電子供給源４０から上記減圧雰囲気に電子が供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の絶縁部材と、前記絶縁部材の外周部に配置された触媒活性を有する金属でなる蒸着材料と、前記絶縁部材の外周部に配置されたトリガ電極と、前記トリガ電極の周囲に同心的に配置された筒状電極とを有するアーク蒸着源を用いた触媒材料の製造方法であって、
表面にカーボン系材料層が形成された基板を準備し、
減圧雰囲気下で、前記アーク蒸着源における前記蒸着材料と前記筒状電極との間の放電制御によって生成させた前記蒸着材料の微粒子を、前記カーボン系材料層の表面に付着させ、
前記アーク蒸着源における前記放電制御に同期して、電子供給源から前記減圧雰囲気に電子を供給する
触媒材料の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒材料の製造方法であって、
前記電子供給源からの電子の供給は、前記アーク蒸着源における前記トリガ電極と前記蒸着材料へのトリガ電圧の発信に同期させられる
触媒材料の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の触媒材料の製造方法であって、
前記カーボン系材料層は、グラファイトナノファイバー層またはカーボンナノチューブ層であり、
前記蒸着材料は、白金またはその合金である
触媒材料の製造方法。
【請求項４】
真空槽と、
円筒状の絶縁部材と、前記絶縁部材の外周部に配置された触媒活性を有する金属でなる蒸着材料と、前記絶縁部材の外周部に配置されたトリガ電極と、前記トリガ電極の周囲に同心的に配置された筒状電極とを有する、前記真空槽の内部に設置されたアーク蒸着源と、
前記アーク蒸着源に対向するように前記真空槽の内部に設置された基板支持面と、
前記真空槽の内部に電子を供給する電子供給源と、
前記アーク蒸着源における前記蒸着材料と前記筒状電極との間の放電制御に同期して、前記電子供給源から電子を放出させる制御ユニットと
を具備する真空アーク蒸着装置。
【請求項５】
請求項４に記載の真空アーク蒸着装置であって、
前記アーク蒸着源は、
前記蒸着材料と前記トリガ電極との間に接続された第１の直流電源と、前記蒸着材料と前記筒状電極との間に接続された第２の直流電源と、前記第２の直流電源に対して並列的に接続されたコンデンサユニットとを含む電源ユニットを有し、
前記制御ユニットは、前記電源ユニットと前記電子供給源とを同期して駆動させる
真空アーク蒸着装置。
【請求項６】
請求項５に記載の真空アーク蒸着装置であって、
前記電子供給源は、熱陰極源または冷陰極源である
真空アーク蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒金属の微粒子をカーボン系材料に担持させてなる触媒材料の製造方法及び真空アーク蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブの下地膜（触媒層）や燃料電池の触媒金属として例えばコバルトナノ粒子が、また、固体高分子型燃料電池やメタノール燃料電池などのナノ粒子触媒として例えば白金ナノ粒子が、それぞれ注目されている。近年、同軸型真空アーク蒸着源を用いてコバルトナノ粒子や白金ナノ粒子からなる触媒層を担持体表面に形成する試みがなされている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、筒状のアノード電極と、上記アノード電極の内部に配置された柱状の蒸着材料と、上記蒸着材料の周囲に配置された筒状の絶縁部材と、上記絶縁部材の周囲に配置された筒状のトリガ電極とを有する同軸型真空アークプラズマ蒸着源が開示されている。この同軸型真空アークプラズマ蒸着源においては、上記トリガ電極と上記蒸着材料の間で発生させたトリガ放電によって、上記アノード電極と上記蒸着材料との間にアーク放電を誘起させ、上記蒸着材料から放出された微小粒子を上記アノード電極の開放口から放出させる。放出された蒸着材料の微小粒子は、基板上に堆積して微粒子層を形成する。
【０００４】
したがって、基板上にカーボン系材料層を形成した後、このカーボン系材料層の表面に上記蒸着源を用いて白金微粒子を堆積させることによって、触媒材料を製造することが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７９９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の同軸型真空アークプラズマ蒸着源を用いてカーボン系材料層の表面に白金微粒子を付着させようとすると、微粒子のもつ電荷（正電荷）によって基板表面がチャージアップする場合がある。その帯電量が大きくなり過ぎると、微粒子間、微粒子と基板間、あるいは、微粒子とこれを支持するステージの間で放電（アーキング）が発生し易くなる。上記アーキングが起こると、基板表面に放電痕が発生したり、微粒子が基板表面から飛散したりするなどして、触媒材料を適正に製造することが不可能となる。
【０００７】
この問題を防止するために、蒸着源の放電電圧を低減させて生成微粒子の帯電量を低下させることが考えられる。しかし、蒸着源の放電電圧の大きさは、生成される微粒子の粒子径に大きく関係する。したがって、放電電圧を変更することは、触媒金属の粒子径の変更を伴うため、好ましくない。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、放電電圧を低下させることなく基板表面のチャージアップを抑制することができる触媒材料の製造方法及び真空アーク蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態に係る触媒材料の製造方法は、円筒状の絶縁部材と、上記絶縁部材の外周部に配置された触媒活性を有する金属でなる蒸着材料と、上記絶縁部材の外周部に配置されたトリガ電極と、上記トリガ電極の周囲に同心的に配置された筒状電極とを有するアーク蒸着源が用いられる。
そして、上記触媒材料の製造方法は、表面にカーボン系材料層が形成された基板を準備することを含む。上記蒸着材料の微粒子は、減圧雰囲気下で、上記アーク蒸着源における上記蒸着材料と上記筒状電極との間の放電制御によって生成されて、上記カーボン系材料層の表面に付着させられる。上記アーク蒸着源における上記放電制御に同期して、電子供給源から上記減圧雰囲気に電子が供給される。
【００１０】
本発明の他の形態に係る真空アーク蒸着装置は、真空槽と、アーク蒸着源と、基板支持面と、電子供給源と、制御ユニットとを具備する。
上記アーク蒸着源は、円筒状の絶縁部材と、上記絶縁部材の外周部に配置された触媒活性を有する金属でなる蒸着材料と、上記絶縁部材の外周部に配置されたトリガ電極と、上記トリガ電極の周囲に同心的に配置された筒状電極とを有する。上記アーク蒸着源は、上記真空槽の内部に設置される。
上記基板支持面は、上記アーク蒸着源に対向するように上記真空槽の内部に設置される。上記電子供給源は、上記真空槽の内部に電子を供給する。上記制御ユニットは、上記アーク蒸着源における上記蒸着材料と上記筒状電極との間の放電制御に同期して、上記電子供給源から電子を放出させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施の形態に係る触媒材料の製造方法は、円筒状の絶縁部材と、上記絶縁部材の外周部に配置された触媒活性を有する金属でなる蒸着材料と、上記絶縁部材の外周部に配置されたトリガ電極と、上記トリガ電極の周囲に同心的に配置された筒状電極とを有するアーク蒸着源が用いられる。
そして、上記触媒材料の製造方法は、表面にカーボン系材料層が形成された基板を準備することを含む。上記蒸着材料の微粒子は、減圧雰囲気下で、上記アーク蒸着源における上記蒸着材料と上記筒状電極との間の放電制御によって生成されて、上記カーボン系材料層の表面に付着させられる。上記アーク蒸着源における上記放電制御に同期して、電子供給源から上記減圧雰囲気に電子が供給される。
【００１２】
上記触媒材料の製造方法においては、アーク蒸着源における放電制御に同期して、電子供給源から基板上に電子が供給される。したがって、正に帯電した触媒金属微粒子による基板表面のチャージアップが電気供給源からの電子の供給によって中和される。これにより、基板表面のチャージアップを抑制して、カーボン系材料層を担持体とする触媒材料を適正に製造することが可能となる。
【００１３】
典型的には、アーク蒸着源の放電はパルス的に発生される。電子供給源から供給される電子は、アーク蒸着源における１回のアーク放電によって生成される金属微粒子群が有する電荷量を打ち消すのに十分な量とすることができる。アーク蒸着源の放電ごとに同量の電子を供給することで、金属微粒子の帯電電荷を効率よく消失させることが可能となる。
【００１４】
上記電子供給源からの電子の供給は、上記アーク蒸着源における上記トリガ電極と上記蒸着材料へのトリガ電圧の発信に同期させることができる。
これにより、電子供給源からの電子の供給制御が容易となるとともに、アーク蒸着源の放電制御系と電子供給源の制御系とのユニット化を図ることが可能となる。
【００１５】
上記カーボン系材料層は、グラファイトナノファイバー層またはカーボンナノチューブ層とすることができ、上記蒸着材料は、白金またはその合金とすることができる。
これにより、カーボン系材料に白金系触媒金属微粒子が担持された触媒材料を適正に製造することが可能となる。
【００１６】
本発明の他の実施の形態に係る真空アーク蒸着装置は、真空槽と、アーク蒸着源と、基板支持面と、電子供給源と、制御ユニットとを具備する。
上記アーク蒸着源は、円筒状の絶縁部材と、上記絶縁部材の外周部に配置された触媒活性を有する金属でなる蒸着材料と、上記絶縁部材の外周部に配置されたトリガ電極と、上記トリガ電極の周囲に同心的に配置された筒状電極とを有する。上記アーク蒸着源は、上記真空槽の内部に設置される。
上記基板支持面は、上記アーク蒸着源に対向するように上記真空槽の内部に設置される。上記電子供給源は、上記真空槽の内部に電子を供給する。上記制御ユニットは、上記アーク蒸着源における上記蒸着材料と上記筒状電極との間の放電制御に同期して、上記電子供給源から電子を放出させる。
【００１７】
上記真空アーク蒸着装置においては、上記アーク蒸着源における上記蒸着材料と上記筒状電極との間の放電制御に同期して、上記電子供給源から電子を放出させる制御ユニットを備えている。これにより、基板表面のチャージアップを抑制して、カーボン系材料層を担持体とする触媒材料を適正に製造することが可能となる。
【００１８】
上記アーク蒸着源は、第１の直流電源と、第２の直流電源と、コンデンサユニットとを含む電源ユニットを有する構成とすることができる。上記第１の直流電源は、上記蒸着材料と上記トリガ電極との間に接続される。上記第２の直流電源は、上記蒸着材料と上記筒状電極との間に接続される。上記コンデンサユニットは、上記第２の直流電源に対して並列的に接続される。そして、上記制御ユニットは、上記電源ユニットと上記電子供給源とを同期して駆動させる構成とすることができる。
これにより、電子供給源からの供給電子によって、第２の直流電源の電源電圧やコンデンサユニットの容量を低減させることなく、基板表面のチャージアップを抑制できる。また、アーク蒸着源の放電制御系と電子供給源の制御系とをユニット化して、真空アーク蒸着装置の構成の簡素化を図ることができる。
【００１９】
上記電子供給源の構成は特に限定されず、例えば、熱陰極源または冷陰極源とすることができる。
これにより、電子供給源の構成を簡素化でき、かつ、電子供給量を容易に制御することが可能となる。なお、プラズマ発生源と、発生したプラズマから電子を引き出すための引出し電極とによって、上記電子供給源を構成することも可能である。
【００２０】
以下、本発明の各実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による真空アーク蒸着装置１の概略構成図である。この真空アーク蒸着装置１は、真空槽１０と、この真空槽１０内に設置された同軸型真空アーク蒸着源（以下単に「アーク蒸着源」という。）１３とを有している。
【００２２】
真空槽１０内には、基板支持面１７ａを有するステージ１７が水平に設置されている。ステージ１７は、真空槽１０の底部に気密に挿通された回転導入機構１８に接続されている。そして、ステージ１７は、モータ１９の駆動により、真空槽１０の内部において回転可能に構成されている。なお、ステージ１７は、基板Ｗを加熱するためのヒータ等を内蔵していてもよい。
【００２３】
真空槽１０には真空排気系３０が接続されており、真空槽１０の内部が例えば１０−５Ｐａ以下の真空雰囲気に排気、維持可能とされている。真空排気系３０は、可変バルブ３１、ターボ分子ポンプ３２、バルブ３３及びロータリーポンプ３４で構成されている。なお、真空槽１０は、グラウンド電位に接続（接地）されている。
【００２４】
真空槽１０の天板部には、ステージ１７の基板支持面１７ａと対向するようにアーク蒸着源１３が設置されている。アーク蒸着源１３は、カソード電極としての蒸着材料２１と、蒸着材料２１の周囲に配置された筒状のトリガ電極２２と、蒸着材料２１とトリガ電極２２の間に配置された円筒状の絶縁部材２３と、トリガ電極２２の周囲に同心的に配置された筒状のアノード電極２４（筒状電極）とを備えている。
【００２５】
蒸着材料２１は、触媒活性を有する金属材料（例えば、白金、白金合金、コバルト、コバルト合金、パラジウム、パラジウム合金など）で構成されている。本実施の形態では、蒸着材料２１は、白金又はその合金で構成されている。蒸着材料２１は柱状であり、アノード電極２４の軸心位置に配置されている。
【００２６】
トリガ電極２２は例えばステンレス鋼でなり、蒸着材料２１の外周側に絶縁部材２３を介して取り付けられている。絶縁部材２３は、大径部及び小径部を有するハット型であり、アルミナ等の硬質絶縁材料で構成されている。絶縁部材２３は、その小径部をアノード電極２４の開口部２４ａ側に向けて、蒸着材料２１とトリガ電極２２との間に取り付けられている。
【００２７】
真空槽１０の外部には、電源ユニット２５が設置されている。電源ユニット２５は、第１の直流電源としてのトリガ電源２６と、第２の直流電源としてのアーク電源２７と、コンデンサユニット２８とを備える。
【００２８】
トリガ電源２６は、蒸着材料２１とトリガ電極２２との間に接続されている。トリガ電源２６はパルストランスからなり、例えば、入力電圧が２００Ｖで、かつ、マイクロ秒オーダーのパルス電圧を約１７倍に昇圧して、３．４ｋＶ（数マイクロアンペア）で出力するように構成されている。そして、トリガ電源２６は、昇圧された電圧を、蒸着材料２１に対して正の極性でトリガ電極２２に印加するように接続されている。
【００２９】
アーク電源２７は、蒸着材料２１とアノード電極２４との間に接続されている。アーク電源２７は、例えば、４００Ｖ、数アンペアの容量の直流電源である。アーク電源２７の正極はアノード電極２４に、負極は蒸着材料２１にそれぞれ接続されている。また、アーク電源２７の正極はグラウンド電位に接続（接地）されている。
【００３０】
コンデンサユニット２８は、アーク電源２７の正極と負極との間に、アーク電源２７に対して並列的に接続されている。コンデンサユニット２８は複数のコンデンサを並列に接続してなるもので、その総容量は、例えば１８００μＦに設定されている。本実施の形態では、電源ユニット２５は、１秒の周期（１Ｈｚ）で充放電を繰り返すように構成されている。
【００３１】
本実施の形態のアーク蒸着源１３は以上のように構成される。なお、アーク蒸着源の構成は上記の例に限られず、例えば、蒸着材料、絶縁部材及びトリガ電極をアノード電極の軸方向に沿って取り付けた構成のものを採用してもよい。
【００３２】
本実施の形態の真空アーク蒸着装置１は、真空槽１０内に電子を供給する電子供給源４０をさらに備えている。本実施の形態では、電子供給源４０は、真空槽１０の内部に配置されたフィラメント４１と、真空槽１０の外部に配置されフィラメント４１に電流を供給する電源部４２とを備えている。特に本実施の形態では、電子供給源４０は、ステージ１７の周囲に複数設置されている。
【００３３】
電子供給源４０は、電源部４２からの電流供給によってフィラメント４１から熱電子が発生する熱陰極源として構成されている。これにより、電子供給源４０を比較的簡素な構成とすることができるとともに、発生電子量を容易に制御することが可能である。なお後述するように、これに代えて、電極への電圧印加によって当該電極から電子を発生させる冷陰極源で電子供給源が構成されてもよい。
【００３４】
真空アーク蒸着装置１は、各電子供給源４０の電源部４２を共通に制御する制御ユニット５０をさらに備えている。制御ユニット５０は、真空槽１０の外部に設置されており、各々の電子供給源４０の駆動を制御して、真空槽１０の内部に所定量の電子を供給する。
【００３５】
制御ユニット５０は、各電子供給源４０から同時に電子を発生させるように各電子供給源４０を駆動するように構成されているが、これに限らず、各電子供給源４０を個別に駆動して任意の電子供給源のみから電子を発生させるように構成されてもよい。なお、制御ユニット５０による電子供給源４０の駆動制御には、例えば、電源部４２とフィラメント４１との間のスイッチング制御が採用されている。
【００３６】
また、制御ユニット５０は、電子供給源４０だけでなく、アーク蒸着源１３の電源ユニット２５をも制御可能に構成されている。すなわち本実施の形態において、制御ユニット５０は、アーク蒸着源１３における蒸着材料２１とアノード電極２４との間の放電制御に同期して、電子供給源４０から電子を放出させるように構成されている。具体的には、アーク蒸着源１３においてアーク電源が発生している間（例えば２００〜５００マイクロ秒）、電子供給源４０から電子が放出されるように構成されている。
【００３７】
後述するように、アーク蒸着源１３は、トリガ電源２６の電源電圧をトリガ電極２２と蒸着材料２１との間に印加することで、両者の間にトリガ放電を発生させる。このトリガ放電に誘起されるように、蒸着材料２１とアノード電極２４との間にアーク放電が発生する。アーク放電が発生すると、蒸着材料２１の微粒子が生成され、アーク蒸着源１３に対向配置されたステージ１７上の基板Ｗに向けて当該微粒子が照射される。生成された蒸着材料２１の微粒子は、正に帯電したイオンであるため、蒸着プロセス中に基板Ｗの表面がチャージアップする場合がある。
【００３８】
そこで本実施の形態では、電子供給源４０から真空槽１０の内部に電子を供給して、蒸着材料２１の微粒子の有する電荷に起因して発生する基板Ｗのチャージアップを抑制するようにしている。
【００３９】
以下、本実施の形態の真空アーク蒸着装置１の動作について説明する。
【００４０】
まず、ステージ１７の基板支持面１７ａに基板Ｗを載置する。本実施の形態では、基板Ｗは、５０ｍｍ×５０ｍｍのＳｉ基板を用いた。基板Ｗの表面には、カーボン系材料層Ｃが形成されている。カーボン系材料層Ｃは、グラファイトナノファイバー層またはカーボンナノチューブ層で形成されている。これらのカーボン系材料は、基板Ｗの表面に、カーボン粉を均一にスプレーで塗布する、あるいは、化学的気相成長（ＣＶＤ）法で成膜するなどの方法を採用することができる。
【００４１】
次に、真空排気系３０を作動させて、真空槽１０の内部を所定の真空度（例えば１０−５Ｐａ程度）に排気する。
【００４２】
続いて、蒸着プロセスが開始される。まず、蒸着材料２１とトリガ電極２２との間にトリガ電源２７の電源電圧を印加し、絶縁部材２３の表面を介して沿面放電（トリガ放電）を発生させる。トリガ放電が発生すると、蒸着材料２１とアノード電極２４との間の絶縁耐圧が低下して、蒸着材料２１とアノード電極２４との間にアーク放電が誘起される。アーク放電が誘起されると、コンデンサユニット２７が放電されて、蒸着材料２１とアノード電極２４との間にアーク電流が流れる。このアーク電流によって蒸着材料２１の表面は加熱され、溶融し、蒸発して、白金又はその合金のプラズマが形成される。
【００４３】
アーク電流の大きさと発生時間は、アーク電源２７の電圧、コンデンサユニット２８の容量、配線の種類及びその長さなどによってほぼ定量的に決定される。本実施の形態では、上述した条件下において、アーク電流の大きさは２０００〜５０００アンペア、発生時間は２００〜５５０マイクロ秒である。
【００４４】
アーク放電の形成により、円筒状のアノード電極２４の内部には軸方向に沿って電磁力が発生する。この電磁力は、真空槽１０の内部、すなわちステージ１７上の基板Ｗに向けて、蒸着材料２１から放出された正イオンの飛行方向を偏向させるローレンツ力あるいはクーロン力からなる。したがって、蒸着材料２１から放出された荷電粒子は、その電荷質量比（電荷／質量）の大きさに応じて、基板Ｗに向けて飛行するものと、それ以外のものに選別される。
【００４５】
具体的に、電荷質量比の比較的大きい微細な（例えば粒子径がナノサイズの）荷電粒子は、アノード電極２４内に発生される電磁力を受けて、アノード電極２４の開口部２４ａに向かって飛行方向が曲げられて真空槽１０内に放出される。一方、電荷質量比の比較的小さい大型粒子や中性粒子に関しては、アノード電極２４内における電磁力によってその飛行方向が曲げられることなく直進し、例えば接地されているアノード電極２４の内周面に付着する。これにより、当該大型粒子や中性粒子の真空槽１０内への放出が抑制される。
【００４６】
以上のようにして、アーク蒸着源１３からは、主として粒子径が所定以下の荷電粒子（白金（Ｐｔ）イオン）が放出される。したがって、これらの微細な荷電粒子は、蒸着源１３に対向して配置される基板Ｗの表面に形成されたカーボン系材料層Ｃに到達し、付着する。蒸着中、基板Ｗはステージ１７とともにモータ１９の駆動により回転され、蒸着源１３から放出される荷電粒子で各基板Ｗの表面に均一に当該微細粒子からなる膜あるいは層が形成される。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、蒸着材料２１及びトリガ電極２２に対するトリガ電源２６の電圧供給を、制御ユニット５０によって制御するようにしている。すなわち、制御ユニット５０は、蒸着材料２１とトリガ電極２２へのトリガ電圧の発信と同期して、各電子供給源４０のフィラメント４１を電源部４２に接続することで真空槽１０内へ熱電子を供給する。このようにアーク蒸着源１３における触媒金属の蒸発粒子の生成と電子の供給を同期させることで、基板Ｗのカーボン系材料層Ｃに蓄積される白金微粒子の有する正電荷を消失させるようにしている。
【００４８】
したがって、本実施の形態によれば、基板Ｗの表面のチャージアップを抑制して、蒸着粒子間、粒子と基板間、あるいは粒子とステージ１７間におけるアーキングを防止することが可能となる。これにより、カーボン系材料に触媒金属微粒子が担持されてなる触媒材料を、放電痕を発生させることなく、安定かつ適正に製造することが可能となる。
【００４９】
アーク蒸着源１３の放電はパルス的に発生される。電子供給源４０から供給される電子は、アーク蒸着源１３における１回のアーク放電によって生成される金属微粒子群が有する電荷量を打ち消すのに十分な量とすることができる。アーク蒸着源１３の放電ごとに同量の電子を供給することで、金属微粒子の帯電電荷を効率よく消失させることが可能となる。
【００５０】
ここで、電子供給源４０をステージ１７に関して対称な位置に２つ設置された例を説明する。ステージ１７は直径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのステンレス円盤とした。電子供給源４０は、ステージ１７から５ｃｍ離した位置に配置した。フィラメント４１として、線径０．５ｍｍ、長さ４０ｍｍのタングステンフィラメントを用いた。フィラメント４１への供給電力は、１１Ｖ×０．６Ａ（６．６Ｗ）とした。上記条件で電子供給源４０から電子を発生させた場合、アーク蒸着源１３のコンデンサ容量を１０８０μＦ、アーク電源１００Ｖ、放電回数３万回の処理で０．２ｍｇの白金微粒子をカーボン系材料層の表面に堆積させた実験を行った結果、基板表面への放電痕の発生が防止されたことが確認された。
【００５１】
また、本実施の形態において、電子供給源４０からの電子の供給は、アーク蒸着源１３におけるトリガ電極２２と蒸着材料２１との間への制御ユニット５０によるトリガ電圧の発信に同期させている。これにより、電子供給源４０からの電子の供給制御が容易となる。さらに、アーク蒸着源１３の放電制御系と電子供給源４０の制御系とのユニット化を図ることが可能となる。
【００５２】
さらに、本実施の形態によれば、アーク蒸着源１３の電源電圧を低下したりコンデンサ容量を低下させることなくして基板Ｗの表面のチャージアップを抑制することが可能である。これにより、所望の粒子サイズの触媒微粒子をアーク蒸着源１３で生成させることが可能となり、高品質の触媒材料を製造することが可能となる。
【００５３】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態による真空アーク蒸着装置２の概略構成図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
【００５４】
本実施の形態では、冷陰極源で構成された電子供給源４５を備えている点で、上述の第１の実施の形態と異なっている。電子供給源４５は、スピント型あるいはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型の冷陰極源であり、カソード４６と、アノード４７と、電源部４８とを有している。アノード４７はグラウンド電位に接続（接地）されている。電源部４８は、例えば３ｋＶ〜１０ｋＶの直流電源で構成されている。電子供給源４５に冷陰極源を用いることで、電子供給源４５を比較的簡素な構成とすることができるとともに、発生電子量を容易に制御することが可能である。
【００５５】
本実施の形態の真空アーク蒸着装置２は、アーク蒸着源１３における蒸着材料２１とアノード電極２４との間の放電制御に同期して、電子供給源４５から電子を放出させる制御ユニット５１を備えている。なお、制御ユニット５０による電子供給源４０の駆動制御には、例えば、電源部４８とカソード４６との間のスイッチング制御が用いられている。
【００５６】
制御ユニット５１は、蒸着材料２１とトリガ電極２２へのトリガ電圧の発信と同期して、カソード４６を電源部４８を電気的に接続することで真空槽１０内へ熱電子を供給する。具体的には、アーク蒸着源１３においてアーク電源が発生している間（例えば２００〜５００マイクロ秒）、電子供給源４５から電子が放出されるように構成されている。このようにアーク蒸着源１３における触媒金属の蒸発粒子の生成と電子の供給を同期させることで、基板Ｗのカーボン系材料層Ｃに蓄積される白金微粒子の有する正電荷を消失させるようにしている。
【００５７】
したがって、本実施の形態の真空アーク蒸着装置２によれば、基板Ｗの表面のチャージアップを抑制して、蒸着粒子間、粒子と基板間、あるいは粒子とステージ１７間におけるアーキングを防止することが可能となる。これにより、カーボン系材料に触媒金属微粒子が担持されてなる触媒材料を、放電痕を発生させることなく、安定かつ適正に製造することが可能となる。
【００５８】
特に本実施の形態によれば、電子供給源４５から電子を発生させるのに必要な電力を上述の第１の実施の形態における熱陰極源型の電子供給源４０と比較して小さくすることができる。例えば、上記構成のタングステンフィラメントに上記条件の電力を印加することで発生する電子量と同等の電子量を得るのに必要な電力は、本実施の形態では、３ｋＶ×１ｍＡ×１ｍｓ（ミリ秒）程度となる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６０】
例えば以上の実施の形態では、真空槽１０の内部に電子を供給するための電子供給源として、熱陰極源または冷陰極源を採用した例を説明したが、電子供給源の構成はこれらに限られない。例えば、プラズマ発生源と、発生したプラズマから電子を引き出すための引出し電極などにより、電子供給源を構成してもよい。
【００６１】
また、以上の実施の形態では、真空槽１０に対して単一のアーク蒸着源１３が設置された例を説明したが、これに限らず、共通の真空槽に複数のアーク蒸着源１３が設置された蒸着装置にも本発明は適用可能である。
【００６２】
さらに、アーク蒸着源２１における蒸着材料２１や、基板Ｗの表面性状は、上述した実施の形態の例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による真空アーク蒸着装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による真空アーク蒸着装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１、２  真空アーク蒸着装置
１０  真空槽
１３  アーク蒸着源
２１  蒸着材料
２２  トリガ電極
２３  絶縁部材
２４  アノード電極（筒状電極）
２５  電源ユニット
２６  トリガ電源（第１の直流電源）
２７  アーク電源（第２の直流電源）
２８  コンデンサユニット
３０  真空排気系
４０、４５  電子供給源
４１  フィラメント
４２  電源部
４６  カソード
４７  アノード
４８  電源部
５０、５１  制御ユニット
【図１】
2009285644.tif 000003
【図２】
2009285644.tif 000004