JPH03224661A - 薄膜の製造方法 - Google Patents

薄膜の製造方法

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JPH03224661A
JPH03224661A JP2017714A JP1771490A JPH03224661A JP H03224661 A JPH03224661 A JP H03224661A JP 2017714 A JP2017714 A JP 2017714A JP 1771490 A JP1771490 A JP 1771490A JP H03224661 A JPH03224661 A JP H03224661A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は薄膜の製造方法に関し、詳しくは光照射を行う
だけで、各種物質の薄膜を基板上の所定の位置に正確か
つ自在に形成することのできる方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
各種の薄膜を製造するにあたっては、蒸着法、スパッタ
リング法、プラズマCVD法等により行われているが、
これらの方法は大規模な装置が必要な上、真空系を必要
とするため、生産性。
経済性が低いという欠点がある。また、キャスト法や浸
漬法は、有機溶媒を必要とし、工程管理が難しく、しか
も得られる薄膜の均一性や部平滑性に問題がある。さら
に、所謂ミセル電解法は、大気中での製膜が可能であり
、またすぐれた性状の薄膜が得られるものの、バターニ
ングするためにはITO電極等をエツチングすることが
必要であり、なお−層の簡略化が望まれている。
上記の如き1N膜をバターニングする方法としては、フ
ォトリソグラフィ法により、形成されたパターンレジス
トを用いてエツチングする方法が主ン蚕を占めている。
しかしながら、このフォトリソグラフィ法は、工程が多
く煩雑であって生産性が悪く、しかも装置価格が高いな
ど実用性に欠けるものであった。
そこで本発明者らは、上記従来法の欠点を解消し、簡単
な工程で製膜とバターニングを同時に行うことのできる
方法を開発すべく鋭意研究を重ねた。
〔課題を解決するための手段〕
その結果、ミセル電解法に用いる電解液に、半導体基板
または光導電体基板を挿入して、これに光照射を行うこ
とによって、目的を達成できることを見出した。
すなわち本発明は、無機物質または疎水性有機物質を水
性媒体中でHLB値10〜20の界面活性剤を用いて分
散あるいは可溶化して得られるミセル溶液あるいは分散
液に、半導体または光導電体基板を挿入し、前記ミセル
溶液あるいは分散液と前記基板との接触面に光照射を行
うことにより、該基板上に前記無機物質または疎水性有
機物質のyi膜を形成することを特徴とする薄膜の製造
方法を提供するものである。
本発明において使用される薄膜素材は、様々なものがあ
り、大きく無機物質および疎水性有機物質に分けること
ができる。ここで疎水性有機物質としては、各種のもの
があるが、例えばフタロシアニン2 フタロシアニンの
金属錯体およびこれらの誘導体、ナフタロシアニン、ナ
フタロシアニンの金属錯体およびこれらの誘導体、ポル
フィリンポルフィリンの金属錯体およびこれらの誘導体
、ペリレン2ペリレンの誘導体、キナクリドン、ビオロ
ゲン、スーダンなどの光メモリー用色素や有機色素をは
じめ1. 1°−ジヘプチル−4,4゜ビピリジニウム
ジブロマイド 1. 1’−ジドデシル−4,4°−ビ
ビリジニウムジブロマイドなどのエレクトロクロミック
材料、6−ニトロ−1゜3.3〜トリメチルスピロ−(
2°H−1゛−ベンソヒランー2.2゛−インドリン)
(通称スピロピラン)などの感光材料(フォトクロミッ
ク材料)や光センサー材料、p−アゾキシアニソールな
どの液晶表示用色素、更に「カラーケミカル事典」株式
会社シーエムシー、1988年3月28日発行の第54
2〜717頁に列挙されているエレクトロニクス用色素
、記録用色素、環境クロミズム用色素、写真用色素、エ
ネルギー用色素9バイオメディカル用色素1食品・化粧
用色素、染料1顔料特殊着色用色素のうちの疎水性の化
合物などがあげられる。また、7,7,8.8−テトラ
シアノキノンジメタン(T CN Q)とテトラチアフ
ルバレン(TTF)との1=1錯体などの有機導電材料
やガスセンサー材料、ペンタエリスリトールジアクリレ
ートなどの光硬化性塗料、ステアリン酸などの絶縁材料
、l−フェニルアゾ−2−ナフトールなどのジアゾタイ
プの感光材料や塗料等をあげることができる。さらには
、水に不溶性のポリマー例えばポリカーボネート、ポリ
スチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド
、ポリフェニレンサルファイド(P P S)、ポリフ
ェニレンオキサイド(P P O)、ポリアクリロニト
リル(PAN)などの汎用ポリマー、またポリフェニレ
ン。
ポリピロール ポリアニリン2ポリチオフエン。
アセチルセルロース、ポリビニルアセテート、ポリビニ
ルブチラールをはじめ、各種各様のポリマー(ポリビニ
ルピリジンなど)あるいはコポリマー(メタクリル酸メ
チルとメタクリル酸とのコポリマーなど)をあげること
ができる。
一方、無機物質としては、無機酸化物、無機硫化物など
各種のものがあるが、例えばTiO□、CCd5.Fe
O*、yzo:1−ZrOz、Zr0z、AlzOs。
CuS、ZnS、Tea、LiNbC)+、5isN4
゜5rCeOs、Wool、PLZTさらには各種の超
電導酸化物などをあげることができる。
これらの無機物質または疎水性有機物質は、その形状や
大きさ等に関しては特に制限はないが、好ましくは粒径
10μm以下の粉末が用いられる。
次に、本発明において、薄膜形成の際に用いる水性媒体
としては、水をはじめ、水とアルコールの混合液、水と
アセトンの混合液など様々な媒体をあげることができる
本発明の方法で用いる界面活性剤は、HL B(親水性
親油性バランス)値が10〜20、好ましくは12〜1
8の界面活性剤である。この界面活性剤としては、通常
の界面活性剤でもよいが、フェロセン誘導体よりなるも
のが好ましい。ここでフェロセン誘導体としては各種の
ものがあるが、大きく分けて下記の(1)〜(6)の水
種をあげることができる。
まず(1)炭素数4〜16(好ましくは8〜14)の主
鎖を有するアンモニウム型(好ましくは第四級アンモニ
ウム型)のカチオン性界面活性剤にフェロセフ’化合物
(フェロセンあるいはフェロセンに適当な置換基(アル
キル基、アセチル基など)が結合したもの)が結合した
ものがあげられる。ここで主鎖の炭素数が少ないもので
は、ミセルを形成せずまた多すぎるものでは、水に熔解
しなくなるという不都合がある。
この界面活性剤にフェロセン化合物が結合する態様は様
々であり、大別して界面活性剤の主鎖の末端に結合した
もの、主鎖の途中に直接あるいはアルキル基を介して結
合したもの、主鎖中に組み込まれたものなどの態様があ
げられる。
このようなアンモニウム型のフェロセン誘導体としては
、一般式 〔式中、R’、R”はそれぞれ水素または炭素数1〜4
(但し、後述の整数mを超えない)のアルキル基を示し
、z、  z’はそれぞれ水素または置換基(メチル基
、エチル基、メトキシ基あるいはカルボメトキシ基など
)を示し、Xはハロゲンを示す。また、m、nはm≧O
,n≧oでありかつ4≦m+n≦16を満たす整数を示
す、〕一般式 〔式中、R1,R1,X、  Z、  Z’は前記と同
じ(但し、R1,R2の炭素数は後述の整数りを超えな
い。)である。また、h、j、にはh≧0.j≧Ok≧
1でありかつ3≦h+j十に≦15を満たす整数を示し
、pはO≦p≦に−1を満たす整数を示す、〕 一般式 〔式中、R’、R”、X、Y、Z、Z’は前記と同じ(
但し、R1,RZの炭素数は後述の整数rを超えない。
)である。また、r、s、tはr≧0゜S2O,L≧1
でありかつ4≦r+s+t≦16を満たす整数を示す、
〕 あるいは 一般式 〔式中、R’、R”、X、Y、Z、Z’、r、s、tは
前記と同じである。〕 で表わされるものがあげられる。
次に、(2)他のタイプのフェロセン誘導体としては、
一般式 で表わされるエーテル型のフェロセン誘導体があげられ
る。ここで、aは2〜1Bの整数を示し、またbは2.
0〜ioo、oの実数である。aは上述の如く2〜18
の整数であるから、環員炭素原子とYとの間にエチレン
基、プロピレン基等の炭素数2〜18のアルキレン基が
介在したものとなる。
また、bは2.0〜too、oの間の整数のみならず、
これらを含む実数を意味するが、これはフェロセン誘導
体を構成するオキシエチレン基 (−CH2CH20−)の繰返し数の平均値を示すもの
である。さらに、上記一般式中のYは、酸素を示し、Z
、Z”はそれぞれ前述の如く水素あるいは置換基を示す
これらのエーテル型のフェロセン誘導体は、国際公開W
O39101939号明細書に記載された方法等によっ
て製造する、二とができる。
さらに、(3)他のタイプのフェロセン誘導体としては
、一般式 で表わされるピリジニウム型フェロセン誘導体をあげる
ことができる。この式中、Z、  Z 、  Xは前記
と同じであり、R3は炭素数1〜4のアルキル基、炭素
数1〜4のアルコキシ基、炭素数1〜5のカルボアルコ
キシ基、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基などを
示し、またC、H,。は炭素数1〜16の直鎖または分
岐鎖アルキレン基を示す。このC,H,、は具体的には
、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、オクタメチレ
ン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、ヘキサ
デカメチレン基等のポリメチレン基(CH,)、をはじ
めとする直鎖アルキレン基、あるいは2−メチルウンデ
カメチレン基、4−エチルウンデカメチレン基などの分
岐鎖アルキレン基をあげることができる。
これらのピリジニウム型フェロセン誘導体は、特開平1
−226894号公報に記載された方法等によって製造
することができる。
また、(4)別のタイプのフェロセン誘導体としては、
一般式 〔式中、R4及びR1はそれぞれ炭素数1〜14の直鎖
或いは分岐アルキレン基を示し、×1及びX2はそれぞ
れ一〇−又は−C−0−を示す。
1 またAI及びA2はそれぞれ−(CH,CHO)−、H
R′ (R’は水素又はメチル基であり、qは2〜70の実数
である。)を示し、ZI及びZ!はそれぞれ水素、メチ
ル基、メトキシ基9アミノ基、ジメチルアミノ基、水酸
基、アセチルアミノ基。
カルボキシル基、メトキシカルボニル基、アセトキシ基
、アルデヒド基或いはハロゲンを示す。
c、dは それぞれl〜4の整数を示す。〕で表わされ
るフェロセン誘導体があげられる。これらのフェロセン
誘導体は、特願昭63233798号明細書に記載され
た方法等によって製造することができる。
また、(5)別のタイプのフェロセン誘導体としては、
一般式 %式% 一〇−あるいは C〇−を示す。
1 またGは水素 メチル基あるいはエチル基を示す。R1及びR2はそれ
ぞれH,NH,、N(CH3)2.CH3゜CH,O,
OHあるいはハロゲンを示し、R3は水素またはメチル
基を示す。nは0〜10整数であり、rは2〜70の実
数である。また、a及びbはそれぞれ1〜4の整数であ
る。〕で表わされるフェロセン誘導体があげられる。こ
れらのフェロセン誘導体は、特開平1−45370号公
報に記載された方法等によって製造することができる。
また、(6)別のタイプのフェロセン誘導体としては、
一般式 〔式中、Zl及びZ2はそれぞれH,CH3,CH30
゜NHCOCHI  N(CH3)2.COCH3゜C
OOCH3あるいはハロゲンを示し、XはNHCNH 1 0CNH 1 を示し、Rは水素あるいはメチル基を示す。kは2〜7
0の実数を示し、hは2〜18の整数を示し、mはO〜
4の整数を示し、nは1あるいは2を示し、a及びbは
それぞれ1〜4の整数を示す。〕 で表わされるフェロセン誘導体があげられる。これらの
フェロセン誘導体は、特願昭63−248601号明細
書に記載された方法等によって製造することができる。
本発明の方法では、界面活性剤として上記フェロセン誘
導体の一種または二種以上を適宜用いることが好ましい
。さらに、このようなフェロセン誘導体とともに、ある
いはこれに代えて、他の界面活性剤を用いることもでき
る。なお、このような界面活性剤としては、様々なもの
があるが、そのHLB値が10〜20の範囲に入るもの
(フェロセン誘導体と併用したときは、両者の平均のH
LB値が10〜20の範囲に入るもの)を用いるべきで
ある。このような界面活性剤の好適例をあげれば、ポリ
オキシエチレンアルキルエーテル。
ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレ
ンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリ
オキシプロピレンアルキルエーテル等の非イオン系界面
活性剤などがある。そのほか、アルキル硫酸塩、ポリオ
キシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、塩化アルキルト
リメチルアンモニウム、脂肪酸ジエチルアミノエチルア
ミドなどを使用することも可能である。
本発明の方法では、まず水性媒体中に上記の界面活性剤
および無機物質及び/又は疎水性有機物質を入れて、メ
カニカルホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、パー
ルミル、サンドミル、スターシー。三本ロールミル等に
より充分攪拌する。
この操作で無機物質や疎水性有機物質は、界面活性剤の
作用で、水性媒体中に均一に分散あるいは可溶化して、
分散液あるいは水溶液となる。
この際の界面活性剤の濃度は、特に制限はないが、通常
は上記フェロセン誘導体をはじめとする界面活性剤を限
界ミセル濃度以上、好ましくは0.5mM〜10mMの
範囲で選定する。
本発明の方法では、このようにして調製したミセル溶液
あるいは分散液に、半導体(光半導体)または光導電体
基板を挿入(浸漬)することが必要である。この半導体
基板や光導電体基板は、上述のミセル溶液あるいは分散
液を調製する過程で挿入してもよいが、通常は調製後に
挿入すればよい。
ここで、挿入すべき半導体基板および光導電体基板は、
n型、p型のいずれでもよいが、n型が好ましい。なお
、p型の半導体基板あるいは光導電体基板を用いる場合
には、該基板および溶液とブロッキング接続できる物質
の層を、該基板に設けることが望ましい。
このようなn型半導体あるいは光導電体としては、各種
のものがあるが、好適な具体例をあげれば、T iOz
 、 Z n O+ Cd S + S n O* 、
S iC+ a  S r(非品性)+CdSe、Ga
P、GaAs、SL Geなどがあり、また増感剤とし
てシナニン ヒドロキノン、ピペリジン、ローズベンガ
ル、エオシンローダミンB、フルオレセイン等を添加あ
るいは積層することも可能である。
また、p型半導体あるいは光導電体としては、特に制限
はないが、Si、SiC,InP、Garb。
GaP等の無機半導体が好適である。さらにこのρ型半
導体あるいは光導電体とのブロッキング接続となる物質
としては、該P型半導体あるいは光導電体より仕事関数
が小さいもの、例えばITO(H化インジウムと酸化ス
ズとの混合酸化物)を代表的なものとしてあげることが
できる。
ところで、本発明の方法の原理は、必ずしも明らかでは
ないが、次の如く推察される。即ち、n型半導体あるい
は光導電体を用いる場合には、これらのn型半導体ある
いは光導電体と溶液との界面に生じるプロ・ンキング(
整流)接触を利用するものである。光照射により、空乏
層内で吸収された光子は電子と正孔の対を形成する。エ
ネルギーバンドの曲がりにより、生じた電子は半導体等
とオーミック接触をしている電極に移動し、−・方、高
い酸化能力を有する正孔は、溶液中の界面活性剤を酸化
すると考えられる。
また、p型半導体あるいは光導電体を用いる場合には、
これらのp型半導体あるいは光導電体と電極とのブロッ
キング接触を利用するものである。
この場合、光照射による起電圧は、主として電極と半導
体等との界面で生ずる。光照射により生成した正孔は、
半導体バルク等を通り、溶液中の界面活性剤を酸化する
と考えられる。
本発明の方法では、上述のミセル溶液あるいは分散液に
、半導体または光導電体基板を挿入した後、前記ミセル
溶液あるいは分散液と前記基板との接触面(通常は浸漬
した基板の表面)に光照射を行うことが必要である。こ
こで照射すべき光は、可視光、紫外光等であり、光源あ
るいは光量としては、例えば500Wの高圧水銀灯で6
0秒間照射すれば、厚さ約0.6μm程度(但し、′g
i膜材料等により変動する)の薄膜が形成される。なお
、一般に形成される薄膜の厚さは、光照射時間に比例す
るので、所望する膜厚に応じて、照射時間を適宜決定す
ればよい。さらに効果を上げるためには、予め基板に電
位を印加し、光電流の流れやすい環境にすることが望ま
しい。具体的には、飽和せコウ電極(SCE)に対し−
0,2V〜1.0M程度印加することが望ましい。
〔実施例〕
次に本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例1 第1図に示す容器9に、50ccの水とを加えて1mM
の濃度とした。得られたミセル溶液4にフタロシアニン
を0.2g加え、また、支持塩としてLiBrを0.1
M加え、スターラーで2日間攪拌した。予め20ΩのI
TO基板(薄膜)2に、5000人のTiO□層3を蒸
着して作製したn型半導体透明基板を、得られた溶液に
浸漬した後、ITOに0.5V(SCEに対して)印加
し、500Wの高圧水銀灯を用いて紫外光7をレンズで
集光した後、基板にフォトマスク5を付けた側から60
秒間照射した。この際も、ITO上部をTi0z等の半
導体が覆っているため、ミセル電解は起こらず、光の照
射した部分のみが製膜された。
このようにして、パターニングされたフタロシアニンの
薄膜8を得た。この薄膜の可視吸収スペクトルを第2図
に示す。またこの薄膜の写真を第3図に示す。
実施例2 実施例1において、フタロシアニンの代わりにテトラフ
ェニルポルフィリンの亜鉛錯体(ZnTPP)を用いた
こと以外は、実施例1と同様の操作を行った。この薄膜
の可視吸収スペクトルを第2図に示す、またこの薄膜の
写真を第4図に示す。
実施例3 実施例2において、光照射時間を60秒から120秒に
変えたこと以外は、実施例2と同様の操作を行った。こ
の薄膜の可視吸収スペクトルを第2図に示す。またこの
薄膜の写真を第5図に示す。
実施例4 実施例1において、FPECの代わりに2mMのBr1
j 35 (花王■製)を用いたこと、及び光照射時間
を60秒から40分に変えたこと以外は、実施例1と同
様の操作を行った。
実施例5 実施例1において、フタロシアニンの代わりに銅フタロ
シアンを用いたこと、FPEGを1mMから2mMに変
えたこと、光照射時間を60秒から15分に変えたこと
、また支持電解質は用いなかったこと以外は、実施例1
と同様の操作を行った。
実施例6 実施例1において、フタロシアニンの代わりにフタロシ
アニングリーンを用いたこと、光照射時間を60秒から
40分に変えたこと、支持電解質を用いなかったこと、
また印加電位をSCEに対し+〇、5vからO■に変え
たこと以外は、実施例1と同様の操作を行った。
〔発明の効果〕
以上の如く、本発明の方法によれば、正確にパターニン
グされた所望の薄膜を自在に形成することができ、エツ
チング等の工程も不要である。
また、電気的な処理を行うことがないため、操作や装置
が簡単であるとともに、電極取出し部分がないことから
、パターンデザインの制限を受けることがない。
したがって、本発明の方法によれば、すぐれたカラーフ
ィルタ、印刷製版、フォトマスク、ブラックストライプ
等を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例で用いた装置の説明図であり、第2圓は
実施例で得られた薄膜の可視吸収スペクトルである。ま
た、第3.4及び5図は、それぞれ実施例1.2及び3
で得られた薄膜の写真である。 回申、1はガラス基板、2はITO薄膜、3はTiO□
層、4はミセル溶液または分散液、5はフォトマスクの
ガラス基板、6はフォトマスクのマスキング材のクロム
、7は紫外光、8はフタロシアニン薄膜、9は容器を示
す。 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)無機物質または疎水性有機物質を水性媒体中でH
    LB値10〜20の界面活性剤を用いて分散あるいは可
    溶化して得られるミセル溶液あるいは分散液に、半導体
    または光導電体基板を挿入し、前記ミセル溶液あるいは
    分散液と前記基板との接触面に光照射を行うことにより
    、該基板上に前記無機物質または疎水性有機物質の薄膜
    を形成することを特徴とする薄膜の製造方法。 (2)HLB値10〜20の界面活性剤が、フェロセン
    誘導体からなるものである請求項1記載の製造方法。 (3)基板が、n型半導体またはn型光導電体からなる
    ものである請求項1の製造方法。(4)基板が、p型半
    導体またはp型光導電体およびブロッキング接続となる
    物質からなるものである請求項1の製造方法。 (5)ブロッキング接続となる物質が、ITO板からな
    る請求項4の製造方法。 (6)無機物質または疎水性有機物質が、粒径10μm
    以下のものである請求項1の製造方法。
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