不使用磁铁的高性能马达（二）：带电体的制造和带电方法的验证

作者：时间：2010-10-06来源：网络收藏

　　在上一篇中，笔者介绍了实现高密度带电体后即可产生高库仑力的原理，并提出了可实现高密度带电体的物体。本文将具体介绍一下高密度带电体的制造方法。

有多种方法可实现带电

　　上一篇谈到，作为以氧化物绝缘体覆盖的球体带电体，Si具有有效性。球状Si已在球面半导体电路及太阳能电池领域实用化。太阳能电池目前使用的是球径为1mm的球状Si。球状Si的制造装置一般通过使Si从坩埚自由下落来生产球状Si，减小坩埚滴孔部分的孔径的话，便可制造出粒径较小的球状Si；增加滴孔的数量的话，还可提高生产效率。在下落途中通过等离子体使Si球带电，并施加电场的话，便有望按照粒径来进行分类。

　　作为实现带电的方法，通常会首先想到电子束照射法，这是专门用于带负电的方法。向金属或半导体氧化后形成的球体照射电子束即可。要增加带电量，就必须提高加速电压。而这时必定会发生充电现象（Charge Up），在排斥力的影响下，荷电量存在极限。

图1：电子束照射法的原理图。球体带负电。

　　第二个是离子注入法，这是专门用于带正电的方法。在半导体领域，离子注入法是一项已知的技术。要想对注入的离子种类进行优化，还需要通过实验来确认。基本上是注入正离子。P离子注入的话，注入的是5价正离子。离子注入也会发生充电现象。电子束照射装置对防止带电体内部的充电现象不起作用。

　　在半导体制造工序中，在离子状态下也会发生充电现象。这就是要想使离子嵌入Si结晶排列，还需要使之活性化的理由。本文以杂质浓度为基准进行的演算显示，离子集中存在于表面附近。这一状态下的离子运动状况只能通过实验来查明。

　　第三个是掺入杂质进行熔融后照射电子束的方法。首先掺入杂质对硅进行熔融，制造球状硅，并对表面进行氧化。然后直接在内部保持电中和的状态下照射电子束。这样便可注入电子直至最外层电子达到8个，从而使杂质拥有满足价数的离子价。

　　通过上述方法虽然可实现带电，但带电量存在极限。在照射电子束的方法中，带电量可通过对电子进行加速的电场的高低来控制。带电量会在电子无法突破球内电子群所具库仑斥力的地方终结。而离子注入法在注入后无需活性化即可直接以离子状态固定。进行RTA处理的话内部的离子分布可实现均匀化，但其效果不得而知。虽然这种方法也会发生充电现象，但离子较重，因此容易获得所希望的浓度。

通过推算库仑力导入最佳方案

　　下面来具体推算一下带电体具有何种程度的库仑力。假设在杂质浓度为1016/cm³的情况下，全部进行了离子化。为了便于计算，以直径为10μm的Si球为对象。使该Si球带电后，涂布在带电板上。涂布面积为1cm²，面间距离设定为1mm。