[发明专利]复合结构物的制造方法、除杂处理设备、成膜设备、复合结构物和原料粉末

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过采用气溶胶沉积法来制造复合结构物的方法，其中所述的气溶胶沉积法是通过向基底喷射原料粉末从而使原料粉末沉积在基底上的方法，本发明还涉及在复合结构物的制造方法中使用的除杂处理设备和成膜设备。此外，本发明还涉及采用复合结构物制造方法制成的复合结构物，以及在复合结构物的制造方法中使用的原料粉末。

背景技术

近年来，在微电机械系统(MEMS)领域中，一直盛行对通过成膜技术制造含有功能性材料(例如电子陶瓷)的诸如介电材料、压电材料、磁性材料、热电材料和半导体材料之类的元件的研究，其中所述功能性材料是通过对其施加电压而产生预定功能的。

例如，为了能够在喷墨打印机中进行高清晰度和高品质的打印，必须使喷墨头的喷墨嘴小型化并高度一体化。因此，还必须使驱动各个喷墨嘴用的压电传动装置同样小型化和高度一体化。在这种情况下，能够形成薄层而不是大块材料、并且能够形成精细图案的成膜技术是有利的。

近来，作为一种成膜技术，已知为用于形成陶瓷膜、金属膜等的技术的气溶胶沉积法(在下文中称为“AD法”)受到了关注。AD法是这样一种成膜方法：将原料形成的粉末(原料粉末)分散于气体中  (气溶胶化)并通过喷嘴将其喷向基底，从而使原料沉积在基底上。此处，气溶胶是指悬浮于气体中的固体微粒或液体微粒。AD法也可以称作“喷射沉积法”或者“气体沉积法”。

作为相关技术，日本专利申请公开JP-P2002-235181A(第2页)公开了一种复合结构物的制造方法，该方法包括：在对脆性材料微粒施加内部应变的步骤之后，使施有内部应变的脆性材料微粒与基底材料表面高速碰撞，以便通过碰撞的冲击使脆性材料微粒变形或者破碎，从而通过由脆性材料微粒变形或破碎而产生的新形成的活性表面将微粒重新结合在一起，由此在脆性材料和基底材料的界面部位形成了由多晶脆性材料构成的锚接部分(其中该锚接部分的一部分嵌入基底材料的表面内)，接着在该锚接部分上形成了由多晶脆性材料构成的结构物。

如专利文献JP-P2002-235181A所描述的，根据AD法，由于存在锚接部分，使得基底与该基底上形成的结构物牢固紧密地接触。另外，在碰撞时所产生的新形成的活性表面上使微粒结合的成膜机理被称作机械化学反应。因为根据AD法能够形成致密且牢固的膜，所以期望施加有多种功能性膜的装置的性能能够得到改善。

另外，日本专利申请公开JP-P2005-36255A(第1、6、8和11页)公开了一种复合结构物的制造方法，该方法包括以下步骤：在减压气氛中对脆性材料微粒进行能量照射(例如等离子体照射或者微波照射)，然后将经能量照射的脆性材料微粒用气体分散而形成的气溶胶通过喷嘴喷向基底材料，从而使得气溶胶与基底表面碰撞而使微粒破碎和变形，并由于该碰撞冲击使微粒结合在基底上，由此在基底材料上形成了由上述微粒的构成材料形成的结构物。

在专利文献JP-P2005-36255A(第11页)中，为了使与基底等碰撞后的微粒牢固地结合，可通过在气溶胶化之前对微粒进行等离子体等能量照射，以除去附着在微粒表面上的含有物理吸附水或化学吸附水(与微粒表面的羟基等形成氢键结合的水分子)的杂质和有机物，来使微粒表面活化。结果还可以防止杂质混合物进入到所形成的结构物中。另外，专利文献JP-P2005-36255A(第6页和第8页)还公开了为了提高结构物的形成速度而使得在杂质被除去后便通过使用水蒸气发生装置在微粒表面上形成化学吸附层。

顺便提及，当根据AD法来制造诸如PZT(锆钛酸铅)之类的压电材料时，因为压电材料原本不具有充分的电性质，所以必须在成膜后对压电材料进行热处理(后退火)。其原因在于压电材料表现为其晶体粒径越大，压电性质越好，而热处理会促使晶粒生长。晶体粒径和压电性能的关系在Kikuchi等人的“Photostrictive Characteristics ofFine-Grained PLZT Ceramics Derived from Mechanically AlloyedPowder”(日本陶瓷学会杂志，2004年第112卷第10期第572-576页)中有所描述。

然而，当在预定的温度(一般是比成膜温度更高的温度)下对根据AD法形成的膜(即AD膜)进行热处理时，尽管存在锚接部分，但有时膜还是会与基底分离。或者，在热处理时有时候会发生所谓的“隆起”现象，该“隆起”是由于膜发生部分膨胀而造成的。