JPH0547634B2 - - Google Patents

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JPH0547634B2
JPH0547634B2 JP1966685A JP1966685A JPH0547634B2 JP H0547634 B2 JPH0547634 B2 JP H0547634B2 JP 1966685 A JP1966685 A JP 1966685A JP 1966685 A JP1966685 A JP 1966685A JP H0547634 B2 JPH0547634 B2 JP H0547634B2
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JP
Japan
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thin film
zirconium
reaction
halide
zrnx
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JP1966685A
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JPS61179867A (ja
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Makoto Hatsutori
Shoji Yamanaka
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Daicel Corp
Original Assignee
Daicel Chemical Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C8/02Pretreatment of the material to be coated

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はECD材料、電池等において工業的に
有用な層状化合物であるβ−ZrNX(但しXはCl、
BrまたはClとBrの固溶体を示す)を主成分とす
る薄膜の製造方法に関するものである。 (従来技術) 層状結晶であるβ−ZrNX(XはCl、Brまたは
ClとBrの固溶体を示す)は本発明者らがすでに
特願昭58−68130号で明らかにしたように、電気
化学的な酸化還元反応に基づく層間へのインター
カレーシヨンによりエレクトロクロミツク現象を
示し、表示素子等への応用が期待できるエレクト
ロクロミツク材料として極めて有用な物質であ
る。 この層状結晶の合成方法は現在までに次の四通
りの方法が知られている。 (1) ZrCl4蒸気とアンモニアガスを高温で反応さ
せる気−気反応で合成する方法〔窯業協会誌
85、173(1977)、Bull.Chem.Soc.Japan56
2638(1953)〕 (2) 固相ZrCl4またはZrBr4にアンモニアガスを
反応させ、300〜350℃でα−ZrNClまたはα−
ZrNBrを得たのち、さらにアンモニア気流中
650℃で反応させ、β−ZrNClまたはβ−
ZrNBrに変換することからなる固一気反応で
合成する方法〔Z.Anorg.Allg.Chem.、332
159(1964)〕 (3) 高温(1000〜1500℃)、高圧下(30〜
40Kbar)でジルコニウム金属および窒化ジル
コニウムを塩化アンモニウムと反応させる方法
〔Khim.(1975)16(2)246−8〕 (4) 本発明者らが提示したZrまたはZrHxにハロ
ゲン化アンモニウムを反応させ、β−ZrNCl、
β−ZrNBrを製造する方法。〔特願昭59−
18876〕 しかしながらこれらの方法によつて得られる
ZrNX(但しXはCl、BrまたはClとBrの固溶体を
示す)は粉体であつて、電池材料やエレクトロミ
ツク表示素子として用いるためには、これらの粉
末をポリビニルアルコール等をバインダーとして
塗布する方法、或いは真空蒸着法、イオンスパツ
タリング法等によつて薄膜を形成させなければな
らない。バインダーを用いる方法は一般に広く使
われている印刷・塗装等の技術が流用でき、工業
生産に適しているが、膜の均質性や安定性に問題
がある。一方、真空蒸着、イオンスパツタリング
等の物理蒸着を用いる方法は、均質な膜が得られ
るが、超高真空を必要とするため、装置が高価と
なり、生産性が低いという欠点を有する。 一方、本発明者らが明らかにした特願昭59−
268805記載のプラズマCVDによる薄膜形成法は
工業的に秀れた方法であるが、生成した膜の機械
的強度が比較的弱いという欠点があり、更に工業
的に優れた方法が期待されて来た。 (発明の目的) 従つて、本発明の目的は機械的強度に優れた工
業的に有用な良質のβ−ZrNX薄膜を容易に製造
する方法を提供することにある。 (発明の構成) 即ち、本発明は(1)目的とする基板上にZrXx(但
し0.5≦x≦1.3)で示されるチツ化ジルコニウム
薄膜を形成した後(2)該薄膜のハロゲンまたはハロ
ゲン化アンモニウムまたはアンモニアとハロゲン
の混合物またはハロゲン化ジルコニウムのアンモ
ニア付加物、あるいは上記4種のうち任意の種類
の混合物とを不活性ガスの存在下または不存在
下、反応させてハロゲン化チツ化ジルコニウムを
主成分とする薄膜を製造するものである。 本発明の第一段階であるチツ化ジルコニウム薄
膜を形成する方法としては、チツ化ジルコニウム
粉をバインダーで塗布する方法、チツ化ジルコニ
ウム粉をスパツタリング蒸着する方法、金属ジル
コニウムをチツ素ガスの存在下で反応スパツタリ
ングする方法、または、ハロゲン化ジルコニウム
とアンモニアとを気相反応させて薄膜を作る
CVD法、等があり、いずれの方法を用いても良
い。本発明の第一段階にチツ化ジルコニウム薄膜
以外の膜(例えばZr金属やZrHx、またはZrCl4
を形成した場合にもハロゲン化アンモニウムとの
反応でハロゲン化チツ化ジルコニウム薄膜が得ら
れるが、反応条件下でハロゲン化ジルコニウム、
またはハロゲン化ジルコニウム・アンモニア付加
物として気相中に飛散する部分がかなりあるた
め、生成する膜はち密性を著しく欠き、機械的強
度も劣るものになる。従つて、第一段階としてチ
ツ化ジルコニウム薄膜を形成することは本発明の
重要な構成要因の一つである。 本発明の第二段階であるハロゲン化反応はハロ
ゲン化アンモニウムまたはハロゲンまたはハロゲ
ン化水素またはアンモニアとハロゲンの混合物、
またはハロゲン化ジルコニウムのアンモニア付加
物、または上記四種のうち任意の混合物と反応さ
せることによつて達成される。反応させる条件と
しては第一段階で生成した薄膜を、電気炉、赤外
線炉、赤外線レーザー等の適当な熱源で加熱した
上に上記ガスを流す方法が好ましい。 圧力としては、常圧、減圧のいずれの場合も反
応は可能であるが、工業的経済性を考慮すれば常
圧で反応するのが好ましい。 温度としては、反応が起こる温度であればいか
なる温度でも良いが、空気中で安定に存在する化
合物であるβ型結晶を得るためには600℃以上で
反応させるのが好ましい。但し、600℃以下で反
応させ、α型結晶を得た後、600℃以上に再度加
熱してβ型結晶を得ても良い。 このようにして製造したβ−ZrNX薄膜は微細
な板状結晶からなり、均質でち密な固体膜を形成
しており、リチウムイオンと接触させ還元するこ
とにより淡黄色から黒色に変化し、特願昭59−
18876に示されている粉体のβ−ZrNXと同様な
インターカレーシヨンによる着色を呈する。 また、本発明を用いて透明電極上に作成した薄
膜を用いて第2図のように組立てられたECD素
子に表示電極が負になるように直流電圧を印加す
ると、無色乃至黄色を示していた表示素子が直ち
に黒色に変化する。次に逆に電圧を印加すると、
黒色を示した表示素子が直ちに無色乃至黄色に変
化する。本発明のこのECD素子は繰り返し寿命
が長く、しかも安定したメモリー性能を有するも
のである。 さらに本発明を応用したエレクトロミツク材料
は上記の様に電気化学的酸化還元反応により無色
から黒色に変化することを利用して、調光ガラ
ス、カメラ或は光プリンター等のシヤツター部に
も使用できる。 以下、実施例にて本発明を具体的に示すが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 第1図は本発明のβ−ZrNXを主成分とする薄
膜の製造に用いられる実験装置の略示図を示す。 実施例1、実施例3および比較例1では本装置
は加熱反応器として使用し、図中の高周波印加装
置は使用せず、スパツタリング蒸着によつてあら
かじめ薄膜を形成した基板を反応材料として使用
する。 実施例2、および比較例2では本装置をプラズ
マCVDによる薄膜形成に用いた後、加熱反応器
として用いている。 第2図は本発明を用いて製造した膜を利用した
ECDセルの略示断面図である。 実施例 1 基板にパイレツクスガラス、スパツタリングタ
ーゲツトにチツ化ジルコニウム粉末をボートに乗
せたものを使用して、常法によつてスパツタリン
グ蒸着を行い、チツ化ジルコニウム薄膜を得た。
本法によつて得た薄膜は金色の金属光沢をしてお
り、X線回折の結果NaCl型結晶をしていること
がわかつた。また、本薄膜は金属的な電気伝導が
観察され、ZrNx(0.5<x<1)特有の性質を示
していた。 このようにして得た薄膜を有する基板Sを図1
に示す反応管中に入れ、6に示すボートに
NH4Clを入れ系内を窒素置換した後、N2を停止
しアンモニアを50ml/minで流しながら、電気炉
F1,F2で系を加熱し、約650℃で20分間反応
を行つた。この結果、金色の薄膜は淡黄色に変化
した。 この薄膜は空気中で安定であり、X線マイクロ
アナライザーを用いて分析を行つた結果Zr/Cl
の原子比はほぼ1であつた。また、X線回折の結
果を含めてβ−ZrNClであると判定された。得ら
れたβ−ZrNCl薄膜をn−ブチルリチウムヘキサ
ン溶液に入れると、薄膜はただちに黒色に変化
し、特願昭58−68130、特願昭59−18876記載の粉
末試料と同様にリチウムがインターカレーシヨン
することがわかつた。表1に得られた薄膜のち密
性と機械的強度を他法と比較して記す。 実施例 2 清浄な表面を有するパイレツクスガラスを基板
Sに用いボート6にZrCl4を入れ系内をN2ガスで
置換した後、圧力を1〜2Torr、高周波出力を
30W加えることによつてプラズマを発生させ、反
応部温度を500℃、NH3/N2流量比を約5/1に保
持し、約20分間反応を行つた。その結果基板S上
に茶カツ色の薄膜が得られた。その薄膜はX線回
折の結果、X線的に非晶質であり、X線マイクロ
アナライザーを用いて分析した結果塩素は存在し
なかつた。このことから本薄膜はZr−N二元系
の非晶質薄膜であると推定された。 本薄膜を形成した後、再び図1に示す実験装置
に基板を入れ、ボート6の内容物をNH4Clに入
れかえ、系内を窒素置換した後、実施例1と同様
に反応させることによつて、淡黄色のβ−ZrNCl
薄膜を得た。 実施例 3 透明な金薄膜をつけたバリウムホウケイ酸ガラ
ス(コーニングコード7059)の金属薄膜上にチツ
化ジルコニウム薄膜をスパツタリング蒸着で形成
したものを基板Sとして用い、実施例1と同様に
してNH4Clと反応せしめ、透明導電膜上にβ−
ZrNCl薄膜を有する表示電極を得た。対向電極と
して白金を、又電解液として1mol/のLiClO4
を含むテトラヒドロフラン溶液を用いて、第2図
に示した構造のECDセルを構成した。このセル
の両端にパルス周期1秒で+2.5Vから−2.5Vに
変化する直流パルス電圧を印加した。−2.5Vの状
態で表示電極は黒色に変化し、+2.5Vの状態で黄
色に戻つた。この場合着色消色過程が明確であ
り、鮮明なコントラストを示した。又発色、消色
を繰り返したところ、104回の繰り返しで問題な
く使用できた。 比較例 1 スパツタリング蒸着の常法に従つて、スパツタ
リングターゲツトにZr金属を用い、ジルコニウ
ム金属薄膜を有する基板を作成した。本基板Sを
用いて、実施例1と同様にNH4Clと反応させ、
淡黄色のβ−ZrNCl薄膜を得た。 比較例 2 清浄な表面を有するパイレツクスガラスを基板
Sに用い、ポート6にZrCl4粉末を入れ、系内を
N2ガスで置換した後、圧力を1〜2Torr、高周
波出力を30W、加えることによりプラズマを発生
させ反応部温度を500℃、NH3/N2流量比を約1/
5に保持し、約20分間反応させた。その結果、基
板S上に黄色のα−ZrNCl薄膜が形成された。 引き続き、系内にN2ガスを導入して常圧にも
どし、N2雰囲気下で電気炉F1を用いて630℃ま
で昇温し、薄膜を熱処理することによつて淡黄色
のβ−ZrNCl薄膜を得た。(特願昭59−268805に
記載の方法) 【表】 【表】 〓 割未満
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のβ−ZrNXを主成分とする薄
膜の製造に用いられる実験装置の略示図を示す。 (図中符号)、1:反応管、2,3:供給管、
4,5:電極、6:ボート、7:排気管、S:基
板、F:電気炉 第2図は本発明のエレクトロクロミツクデイス
プレイ表示素子を用いたECDセルの略示断面図
である。 8:透明導電性電極、9:β−ZrNCl薄膜、1
0……封止用側壁、11……電解質、12……対
向電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 β−ZrNX(但しXはCl、BrまたはClとBrの
    固溶体を示す)を主成分とする薄膜を製造する方
    法において、先ずZrNx(但し0.5≦x≦1.3)で示
    されるチツ化ジルコニウムを主成分とする薄膜を
    製造し、次いで該薄膜にハロゲン化試剤を反応さ
    せることを特徴とする方法。 2 上記ハロゲン化試剤がハロゲン、ハロゲン化
    水素、ハロゲン化アンモニウム、アンモニアとハ
    ロゲンの混合物、ハロゲン化ジルコニウムのアン
    モニア付加物またはこれらの任意の混合物である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
    法。
JP1966685A 1985-02-04 1985-02-04 ジルコニウム系化合物薄膜の製造法 Granted JPS61179867A (ja)

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