不使用磁鐵的高性能馬達（二）：帶電體的制造和帶電方法的驗證

　　在上一篇中，筆者介紹了實現高密度帶電體后即可產生高庫侖力的原理，并提出了可實現高密度帶電體的物體。本文將具體介紹一下高密度帶電體的制造方法。

有多種方法可實現帶電

　　上一篇談到，作為以氧化物絕緣體覆蓋的球體帶電體，Si具有有效性。球狀Si已在球面半導體電路及太陽能電池領域實用化。太陽能電池目前使用的是球徑為1mm的球狀Si。球狀Si的制造裝置一般通過使Si從坩堝自由下落來生產球狀Si，減小坩堝滴孔部分的孔徑的話，便可制造出粒徑較小的球狀Si；增加滴孔的數量的話，還可提高生產效率。在下落途中通過等離子體使Si球帶電，并施加電場的話，便有望按照粒徑來進行分類。

　　作為實現帶電的方法，通常會首先想到電子束照射法，這是專門用于帶負電的方法。向金屬或半導體氧化后形成的球體照射電子束即可。要增加帶電量，就必須提高加速電壓。而這時必定會發生充電現象（Charge Up），在排斥力的影響下，荷電量存在極限。

圖1：電子束照射法的原理圖。球體帶負電。

　　第二個是離子注入法，這是專門用于帶正電的方法。在半導體領域，離子注入法是一項已知的技術。要想對注入的離子種類進行優化，還需要通過實驗來確認?；旧鲜亲⑷胝x子。P離子注入的話，注入的是5價正離子。離子注入也會發生充電現象。電子束照射裝置對防止帶電體內部的充電現象不起作用。

　　在半導體制造工序中，在離子狀態下也會發生充電現象。這就是要想使離子嵌入Si結晶排列，還需要使之活性化的理由。本文以雜質濃度為基準進行的演算顯示，離子集中存在于表面附近。這一狀態下的離子運動狀況只能通過實驗來查明。

　　第三個是摻入雜質進行熔融后照射電子束的方法。首先摻入雜質對硅進行熔融，制造球狀硅，并對表面進行氧化。然后直接在內部保持電中和的狀態下照射電子束。這樣便可注入電子直至最外層電子達到8個，從而使雜質擁有滿足價數的離子價。

　　通過上述方法雖然可實現帶電，但帶電量存在極限。在照射電子束的方法中，帶電量可通過對電子進行加速的電場的高低來控制。帶電量會在電子無法突破球內電子群所具庫侖斥力的地方終結。而離子注入法在注入后無需活性化即可直接以離子狀態固定。進行RTA處理的話內部的離子分布可實現均勻化，但其效果不得而知。雖然這種方法也會發生充電現象，但離子較重，因此容易獲得所希望的濃度。

通過推算庫侖力導入最佳方案

　　下面來具體推算一下帶電體具有何種程度的庫侖力。假設在雜質濃度為1016/cm³的情況下，全部進行了離子化。為了便于計算，以直徑為10μm的Si球為對象。使該Si球帶電后，涂布在帶電板上。涂布面積為1cm²，面間距離設定為1mm。

　　●硅中的雜質(電荷)數量

　　直徑為10μm的硅球的體積……523.6μm³

　　直徑10μm中的雜數數量(＝電荷數量)……5.236×10⁶個