JPH04367720A - 単分子膜又は単分子累積膜の形成方法及び形成装置 - Google Patents

単分子膜又は単分子累積膜の形成方法及び形成装置

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JPH04367720A
JPH04367720A JP3140115A JP14011591A JPH04367720A JP H04367720 A JPH04367720 A JP H04367720A JP 3140115 A JP3140115 A JP 3140115A JP 14011591 A JP14011591 A JP 14011591A JP H04367720 A JPH04367720 A JP H04367720A
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film
monomolecular
monomolecular film
forming
water
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Otsuto Aruburehito
アルブレヒト オット
Hiroshi Matsuda
宏 松田
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/18Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
    • B05D1/20Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping substances to be applied floating on a fluid
    • B05D1/202Langmuir Blodgett films (LB films)
    • B05D1/206LB troughs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は単分子膜又は単分子累積
膜の形成方法及び形成装置において、余剰の水面上単分
子膜を一旦特定の領域に貯蔵せしめた後、これを取り除
く工程を有する形成方法、及び係る形成方法において使
用される単分子膜又は単分子累積膜の形成装置に関する
【0002】
【従来の技術】従来ラングミュア・ブロジェット(以下
LBと略す)膜の成膜は水面上に単分子膜を作成するた
めの材料を展開する工程と、これを水面上で2次元的に
圧縮して水面上に単分子膜を形成する工程と、係る水面
上単分子膜を固体基板上に移し取る工程(積層工程)か
ら成るが、この時用いられる単分子膜形成装置を構成す
る水槽は有限の大きさであるので、係る水槽に満たされ
た水面上に形成される水面上単分子膜も有限の面積であ
り、固体基板上への積層工程に伴って該水面上単分子膜
の面積は減少し、最後には積層が不可能になってしまう
。従って一度余剰の水面上単分子膜を除去した上で、新
たに水面上に単分子膜を形成しなければ積層の続行は不
可能である。即ち単分子膜を形成する工程と単分子膜を
除去する工程を交互に行なわなくてはいけないという、
いわゆる非連続処理で成膜されてきた。係る問題点を克
服するために、近年連続的な成膜方法及びその為の成膜
装置が提案されている(例えば、A.Barraud,
M.Vandevyver,Thin  Solid 
 Films誌99巻221頁(1983年),W.N
itsch,C.Kurthen,同誌第178巻14
5頁(1989年),O.Albrecht  et 
 al.,F.T.Hong編,“Molecular
Electronics”41頁,Plenum  P
ress  NY,1989年等)。
【0003】しかし、これらの連続的な成膜方法を用い
る場合も以下のような問題を有している。
【0004】すなわち、余剰の水面上単分子膜の除去は
アスピレーター(減圧吸引器)を用いて行なわれるが、
特に上記連続的な成膜方法を用いる場合においては、余
剰の水面上単分子膜は成膜工程において連続的に次々と
生じるので、係る除去も順次連続的若しくは周期的に行
なう必要がある。また係る除去の際、水槽の水も同時に
一部除去されてしまうので、水位を一定に保つために新
たに水を水槽に加えなければならない。一旦除去された
水は不純物を多く含んでいるために再利用は比較的困難
であり、従って水槽用の水は多量に必要となり必要経費
の高騰を招く。また水槽中に金属イオン等を含有させる
必要のある場合には、より多くの経費が必要となるのみ
ならず、係る金属イオン等が有害物質であれば、除去さ
れた排水の処理にかかる経費も除去水量に比例して増大
してしまうという問題点がある。更には係る除去時にお
いて水槽に新たな水流が生じ、この水流が水面上単分子
膜の基板上への積層工程に悪影響を与えるという問題点
がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、単分
子膜を形成する工程と該形成に使用されなかった単分子
膜を除去する工程とを独立に制御できる単分子膜の形成
方法並びに形成装置を提供することを目的とする。
【0006】また、他の目的は、単分子膜成膜過程にお
いて余剰となった水面上単分子膜を効率よく、かつ水槽
の水の損失を出来る限り少なくできる方法並びに装置を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】よって、本発明
は単分子膜形成材料を水面上に展開する工程、水面上で
該材料を圧縮して単分子膜を形成する工程、水面上単分
子膜を基板上に移し取る工程とを有する単分子膜又は単
分子累積膜の形成方法であって、該基板上に移し取られ
ていない単分子膜を、基板上に移し取る領域に対して前
記単分子膜を形成する領域の反対の領域に貯蔵し、かつ
該貯蔵領域の水位が該基板上に移し取る領域の水位より
低い領域に貯蔵することを特徴とする単分子膜又は単分
子累積膜の形成方法を提供するものである。
【0008】また、本発明は、水槽と単分子膜形成材料
を水面上に展開する手段、水面上で該材料を圧縮して単
分子膜を形成するための圧縮手段、水面上単分子膜を基
板上に移し取る手段とを有する単分子膜又は単分子累積
膜の形成装置であって、該装置内に、基板上に単分子膜
を移し取る領域に対して前記単分子膜を形成する領域の
反対の領域に、該基板に単分子膜を移し取る領域の水位
より低い領域を有することを特徴とする単分子膜又は単
分子累積膜の形成装置を提供するものである。
【0009】以下に、本発明をより詳細に説明する。
【0010】即ち本発明においては、単分子膜の成膜工
程において水槽上で余剰となった水面上単分子膜をその
まま瞬時に吸引除去せずに、一旦水槽上の特定の領域に
上記余剰となった水面上単分子膜を貯蔵し、その後これ
を周期的に吸引除去する方法が採られる。図1に本発明
で用いられる単分子膜形成装置の断面図の一例を示す。 成膜領域3と余剰の水面上単分子膜の貯蔵領域6とは水
槽2上での水面上単分子膜1の流量を機械的に制御する
単分子膜流量制御領域4及び傾斜領域5を介して連結さ
れている。水面上単分子膜1は成膜領域3において基板
上に積層(成膜)されるが、その際余剰となった水面上
単分子膜1は水槽2側に生じせしめた水流、または気相
側に生じせしめた気流を利用することによって水槽2上
を移動し、単分子膜流量制御領域4に送られる。係る領
域において貯蔵領域6に送り込まれる水面上単分子膜1
の流量は調節される。図2に本発明で用いられる単分子
膜形成装置の平面図の一例を示す。図2において、単分
子膜流量制御領域4の幅は成膜領域3から離れるに従っ
て順次狭くなっているが、必ずしも狭くする必要はない
。貯蔵領域6へ送られる水面上単分子膜の流量を用いる
成膜分子や成膜条件に応じて随時変更できると極めて好
都合であるから、単分子膜流量制御領域4の幅が自由に
変更できる様、その部分の水槽側壁が可動であることが
望ましい。更には図3に示すように傾斜領域5の幅が一
定でなく、順次狭まっていても良い。或いは、図1に示
す様に水槽の深さを適宜変更することによっても、流量
を調節することができる。以上の様な方法により傾斜領
域5においては水流は加速され、この加速された水流の
力によって上記傾斜領域に送られた水面上単分子膜は崩
壊し(該貯蔵領域における単分子膜とは、単分子状態が
崩壊しているものも含む)、水面上に占める面積は著し
く減少する。好ましくは、水流を5−10cm/sec
になるよう調節するとよい。この傾斜領域5も図2及び
図3においては成膜領域3と較べて幅が狭まっているが
、同じでも構わない。
【0011】まず第1に、成膜領域3と貯蔵領域6とを
有する単分子膜形膜装置であって、かつ貯蔵領域は、単
分子膜を基板上に移し取る成膜領域に対し、単分子膜を
形成する材料を水面上に展開する領域の逆側に設け、さ
らに該貯蔵領域の水位が成膜領域の水位よりも低く設定
していることが重要である。よって、図8で示す装置も
本発明の別の態様を示す単分子膜形成装置となる。
【0012】以上の様にして形成された崩壊膜7は貯蔵
領域6において貯蔵される。係る貯蔵領域6の水位は成
膜領域3における水位よりも低いから、崩壊膜7が再び
成膜領域3側へ拡散することはない。貯蔵された崩壊膜
7はアスピレーター等を利用して吸い取られる。或いは
板片を用いて係る崩壊膜7を更に機械的に圧縮したのち
に、アスピレーター等を用いて水面上から除去される。 係る圧縮は成膜中、必要に応じて繰り返し行なっても良
い。アスピレーターによる崩壊膜7の除去は、本発明の
ように貯蔵領域の水位を異ならせたため単分子膜を形成
する行程と独立して行なうことができる。貯蔵用水槽9
に流れ込んだ水はポンプ10及びフィルタ11を介して
再び水槽8に戻される。この時途中、熱交換器(不図示
)等を用いて水槽の水温を制御しても良い。また崩壊膜
7を除去する際、水槽の水も同時に一部除去されてしま
うので、必要に応じて水槽の水を随時補充出来るように
しておく必要がある。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例について述べる。
【0014】(実施例1)図1及び図2に示すLB膜成
膜装置を用いて成膜を行なった。水槽8の面積は150
cm×80cmであった。水槽2として20℃の純水を
用い、膜材料として22−tricosenoicac
id(以下22−TCAと略す)を用いた。水流を7c
m/secになるように調節したのち、クロロホルムに
溶かした22−TCA(濃度5×10−4M)を水槽2
上に展開し、表面圧を30mN/mまで高め22−TC
Aの水面上単分子膜を形成せしめた。この後、ヘキサメ
チルジシラザンを用いて予め疎水処置を施したSi基板
(3inchφ)上に上記22−TCA単分子膜を基板
上下速度10mm/secで積層した。係る積層中、水
面上単分子膜1の成膜領域3上での滞留時間(表面圧を
高められた水面上単分子膜が基板上に積層されるまでに
要する時間)は5minであった。余剰の水面上単分子
膜は単分子膜流量制御領域4を通り、傾斜領域5におい
て崩壊せしめた。この時成膜領域3と貯蔵領域7との間
の水位差(図1中のh)が10mmになるように調節し
た。貯蔵領域6に集められた上記崩壊膜7は、成膜中(
200層積層)には除去せず放置したが、蓄積された崩
壊膜が再び成膜領域3へ拡散することはなかった。成膜
終了後、集められた崩壊膜7をアスピレーターを用いて
吸引除去した。この際同時に除去された水槽の水は10
0ml以下であった。
【0015】(比較例1)実施例1において水槽8及び
9の水位を同一にした(即ち図1においてh=0)他は
実施例1と同様にして22−TCAの成膜を行なった。 余剰の水面上単分子膜は随時アスピレーターを用いて吸
引除去した。200層積層後、余剰の水面上単分子膜と
同時に吸引除去された水槽の水の総量は51に達した。
【0016】(実施例2)実施例1と全く同様にして成
膜を行なった。この時貯蔵領域6に集められた崩壊膜7
を板片を用いて更に圧縮した。この様子を図4−図7に
順に示す。貯蔵領域6に集められた崩壊膜7(図4)に
対して板片401を水面上に降ろし(図5)、水面上を
水面と平行に走査させて崩壊膜を更に圧縮した(図6)
。その後、アスピレーターを用いて崩壊膜7を除去した
(図7)。この時同時に掃き出された水槽の水の量は2
0ml以下であった。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
(1)単分子膜を形成する工程と単分子膜を除去する工
程が独立に制御できるため、除去工程と無関係に連続し
て成膜を続けることができる。 (2)不要の膜材料と同時に取り除かれる水槽の水の量
を非常に少なく出来るため、成膜に要する経費を大きく
節減できる。 (3)不要となった膜材料を除去する回数が減るので成
膜経費が節減できる他、係る除去に伴う成膜中の水面上
単分子膜の膜質への影響も少ない。 (4)不要となった水面上単分子膜が成膜領域とは隔離
された領域に貯蔵されるので、不要材料が成膜領域に再
拡散する恐れがなく、高品質の単分子膜が容易に得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いた単分子膜形成装置の構成を示す
断面図である。
【図2】本発明に用いた単分子膜形成装置の構成を示す
平面図である。
【図3】本発明に用いた単分子膜形成装置の構成を示す
平面図である。
【図4】板片を用いて崩壊膜を水面上から掃き出す方法
を示す模式図である。
【図5】板片を用いて崩壊膜を水面上から掃き出す方法
を示す模式図である。
【図6】板片を用いて崩壊膜を水面上から掃き出す方法
を示す模式図である。
【図7】板片を用いて崩壊膜を水面上から掃き出す方法
を示す模式図である。
【図8】単分子膜形成装置の他の構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1  水面上単分子膜 2  水槽 3  成膜領域 4  単分子膜流量制御領域 5  傾斜領域 6  貯蔵領域 7  崩壊膜 8  水槽(主) 9  水槽(貯蔵用) 10  ポンプ 11  フィルタ 12  水槽側壁 401  板片 402  アスピレーター 801  基板 802  資料供給器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  単分子膜形成材料を水面上に展開する
    工程、水面上で該材料を圧縮して単分子膜を形成する工
    程、水面上単分子膜を基板上に移し取る工程とを有する
    単分子膜又は単分子累積膜の形成方法であって、該基板
    上に移し取られていない単分子膜を、基板上に移し取る
    領域に対して前記単分子膜を形成する領域の反対の領域
    に貯蔵し、かつ該貯蔵領域の水位が該基板上に移し取る
    領域の水位より低い領域に貯蔵することを特徴とする、
    単分子膜又は単分子累積膜の形成方法。
  2. 【請求項2】  さらに該貯蔵領域に貯蔵されている単
    分子膜を除去する工程を有する請求項1記載の単分子膜
    又は単分子累積膜の形成方法。
  3. 【請求項3】  前記単分子膜を形成する領域から単分
    子膜を基板上へ移し取る領域に向かって水面上、水流を
    おこしている請求項1記載の単分子膜又は単分子累積膜
    の形成方法。
  4. 【請求項4】  水槽と単分子膜形成材料を水面上に展
    開する手段、水面上で該材料を圧縮して単分子膜を形成
    するための圧縮手段、水面上単分子膜を基板上に移し取
    る手段とを有する単分子膜又は単分子累積膜の形成装置
    であって、該装置内に、基板上に単分子膜を移し取る領
    域に対して前記単分子膜を形成する領域の反対の領域に
    、該基板に単分子膜を移し取る領域の水位より低い領域
    を有することを特徴とする単分子膜又は単分子累積膜の
    形成装置。
  5. 【請求項5】  さらに水面上の単分子膜を除去する手
    段を有することを特徴とする請求項4記載の単分子膜又
    は単分子累積膜の形成装置。
JP3140115A 1991-06-12 1991-06-12 単分子膜又は単分子累積膜の形成方法及び形成装置 Pending JPH04367720A (ja)

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EP92109936A EP0518366B1 (en) 1991-06-12 1992-06-12 Method and apparatus for forming LANGMUIR-BLODGETT films
AT92109936T ATE136235T1 (de) 1991-06-12 1992-06-12 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von langmuir-blodgett-filmen
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US08/200,317 US5512326A (en) 1991-06-12 1994-02-23 Method and apparatus for forming monomolecular film or built-up monomolecular film

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EP0518366A1 (en) 1992-12-16
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