JPH08110537A - 非線形光学材料 - Google Patents
非線形光学材料Info
- Publication number
- JPH08110537A JPH08110537A JP27031494A JP27031494A JPH08110537A JP H08110537 A JPH08110537 A JP H08110537A JP 27031494 A JP27031494 A JP 27031494A JP 27031494 A JP27031494 A JP 27031494A JP H08110537 A JPH08110537 A JP H08110537A
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- JP
- Japan
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- matrix
- amorphous
- snox
- optical material
- film
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な量子サイズ効果を示す非線形光学材料
を提供する。 【構成】 粒径２００Å以下のＳｎＯ2超微粒子をアモ
ルファスＳｎＯｘのマトリックス中に分散させた薄膜か
らなる。
を提供する。 【構成】 粒径２００Å以下のＳｎＯ2超微粒子をアモ
ルファスＳｎＯｘのマトリックス中に分散させた薄膜か
らなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学材料に関
し、詳しくは、三次元の閉じ込め効果によって電子や励
起子が、０次元的振舞いを示すいわゆる量子サイズ効果
を示す超微粒子分散薄膜からなる非線形光学材料であっ
て、光双安定素子、光ゲート光スイッチ、波長変換素子
などに用いられるものである。
し、詳しくは、三次元の閉じ込め効果によって電子や励
起子が、０次元的振舞いを示すいわゆる量子サイズ効果
を示す超微粒子分散薄膜からなる非線形光学材料であっ
て、光双安定素子、光ゲート光スイッチ、波長変換素子
などに用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】微粒子分散体の量子サイズ効果は最近に
なって見出され、注目されている現象である。この効果
は、一般的には絶縁物、例えばガラス中に数百Å以下の
半導体超微粒子を分散させることにより得られる。薄膜
として作製され、研究され始めたのは数年前からであ
る。このような量子サイズ効果については、例えば「半
導体微粒子分散ガラスの量子サイズ効果と光学非線形
性」中村新男、光学第１９巻第１号（１９９０年１月）
ｐ．ｐ．１０〜１６、「半導体、金属超微粒子の光学非
線形性」中村勝男、応用物理第５９巻第６号（１９９
０）ｐ．ｐ．７３８〜７４５、「最新特許にみる非線形
光エレクトロニクス」伏見隆夫、工業調査会、「Ｑｕａ
ｎｔｕｍ Ｓｉｚｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ
Ｄｏｐｅｄ ｉｎ ＳｉＯ2−Ｇｌａｓｓ Ｔｈｉｎ
Ｆｉｌｍｓ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｒｆ−Ｓｐｕ
ｔｔｅｒｉｎｇ」Ｋｅｉｊｉ Ｔｓｕｍｅｍｏｔｏら、
「Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ２８巻、１０号（１９２８
−１９３３頁）」および「光学、第１９巻、第１号（１
９９０年１月）１０〜１６頁」等に具体的に説明されて
いる。
なって見出され、注目されている現象である。この効果
は、一般的には絶縁物、例えばガラス中に数百Å以下の
半導体超微粒子を分散させることにより得られる。薄膜
として作製され、研究され始めたのは数年前からであ
る。このような量子サイズ効果については、例えば「半
導体微粒子分散ガラスの量子サイズ効果と光学非線形
性」中村新男、光学第１９巻第１号（１９９０年１月）
ｐ．ｐ．１０〜１６、「半導体、金属超微粒子の光学非
線形性」中村勝男、応用物理第５９巻第６号（１９９
０）ｐ．ｐ．７３８〜７４５、「最新特許にみる非線形
光エレクトロニクス」伏見隆夫、工業調査会、「Ｑｕａ
ｎｔｕｍ Ｓｉｚｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ
Ｄｏｐｅｄ ｉｎ ＳｉＯ2−Ｇｌａｓｓ Ｔｈｉｎ
Ｆｉｌｍｓ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｒｆ−Ｓｐｕ
ｔｔｅｒｉｎｇ」Ｋｅｉｊｉ Ｔｓｕｍｅｍｏｔｏら、
「Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ２８巻、１０号（１９２８
−１９３３頁）」および「光学、第１９巻、第１号（１
９９０年１月）１０〜１６頁」等に具体的に説明されて
いる。
【０００３】特に最近の傾向としては半導体超微粒子分
散系材料だけでなく、金属や金属酸化物超微粒子も強い
非線形性を示すことがわかってきている。金属酸化物超
微粒子を分散させた非線形光学材料としては特開平３−
４４０３１号がある。ここで簡単に量子サイズの効果と
非線形光学効果について説明する。非線形光学効果と
は、物質に光を照射すると、その物質の吸収係数や屈折
率など、光学特性が光の強度に応じて変化する現象であ
り、これを利用することによって光による光の制御が可
能になり、入力に光のみを使う全光型の論理素子を実現
できる。また、量子サイズ効果とは、可視光領域で透明
なガラス中に埋め込まれた半導体超微粒子の電子と正孔
はガラスのつくる深いポテンシャルによって三次元的に
閉じ込められるが、電子を波動のように考えるならば、
小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限されてし
まうので、電子状態は離散的になり振電子強度や非線形
感受率が増大する現象を指す。
散系材料だけでなく、金属や金属酸化物超微粒子も強い
非線形性を示すことがわかってきている。金属酸化物超
微粒子を分散させた非線形光学材料としては特開平３−
４４０３１号がある。ここで簡単に量子サイズの効果と
非線形光学効果について説明する。非線形光学効果と
は、物質に光を照射すると、その物質の吸収係数や屈折
率など、光学特性が光の強度に応じて変化する現象であ
り、これを利用することによって光による光の制御が可
能になり、入力に光のみを使う全光型の論理素子を実現
できる。また、量子サイズ効果とは、可視光領域で透明
なガラス中に埋め込まれた半導体超微粒子の電子と正孔
はガラスのつくる深いポテンシャルによって三次元的に
閉じ込められるが、電子を波動のように考えるならば、
小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限されてし
まうので、電子状態は離散的になり振電子強度や非線形
感受率が増大する現象を指す。
【０００４】従って、非線形光学材料としては、アモル
ファスＡｌ2Ｏ3やアモルファスＳｉＯ2などの透明な絶
縁物中に半導体超微粒子を分散したものが一般に用いら
れている。しかしながら、従来のこの種の非線形光学材
料においては、３次の非線形感受率Ｘ(3)はいまだ充分
な大きさの値が得られているとはいえず、例えばＸ(3)
が更に大きな材料が得られればさらに弱い光によりスイ
ッチング動作を行なうことができるというメリットはあ
るが、現状ではいまだ満足しえないのが実情である。
ファスＡｌ2Ｏ3やアモルファスＳｉＯ2などの透明な絶
縁物中に半導体超微粒子を分散したものが一般に用いら
れている。しかしながら、従来のこの種の非線形光学材
料においては、３次の非線形感受率Ｘ(3)はいまだ充分
な大きさの値が得られているとはいえず、例えばＸ(3)
が更に大きな材料が得られればさらに弱い光によりスイ
ッチング動作を行なうことができるというメリットはあ
るが、現状ではいまだ満足しえないのが実情である。
【０００５】もっとも、本発明者も半導体や金属超微粒
子を薄膜状マトリックス中に分散させた量子サイズ効果
を示す非線形光学材料やその製法について数多くの提案
を行なっている（例えば特願平３−３４８９１６号、特
願平３−３４８９１７号、特願平３−６９０６４号、特
願平４−６１１３１号、特願平４−８４４８１号明細書
等）。だが、これらにおいても改善の余地は残されてい
るように思われる。
子を薄膜状マトリックス中に分散させた量子サイズ効果
を示す非線形光学材料やその製法について数多くの提案
を行なっている（例えば特願平３−３４８９１６号、特
願平３−３４８９１７号、特願平３−６９０６４号、特
願平４−６１１３１号、特願平４−８４４８１号明細書
等）。だが、これらにおいても改善の余地は残されてい
るように思われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はＸ(3)
に大きな値がとれ、光技術で用いられる各種素子に応用
しうる非線形光学材料を提供するものである。
に大きな値がとれ、光技術で用いられる各種素子に応用
しうる非線形光学材料を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の非線形光学材料
は、粒径２００Å以下のＳｎＯ2超微粒子をアモルファ
スＳｎＯｘのマトリックス中に分散させてなることを特
徴としている。
は、粒径２００Å以下のＳｎＯ2超微粒子をアモルファ
スＳｎＯｘのマトリックス中に分散させてなることを特
徴としている。
【０００８】以下に本発明をさらに詳細に説明する。結
晶性ＳｎＯ2薄膜（ＳｎＯ2の多結晶膜）はＸ(3)が１０
-11（ｅｓｕ）オーダーを示す。一方、アモルファスＳ
ｎＯｘ薄膜のＸ(3)は結晶性ＳｎＯ2薄膜のＸ（3）の数
倍であるといわれている。そうしたことを踏まえて、本
発明者はＳｎＯ2微粒子をアモルファスＳｎＯｘマトリ
ックス中に分散させることによりＸ(3)がより向上する
と考え、それを実験により確認した。
晶性ＳｎＯ2薄膜（ＳｎＯ2の多結晶膜）はＸ(3)が１０
-11（ｅｓｕ）オーダーを示す。一方、アモルファスＳ
ｎＯｘ薄膜のＸ(3)は結晶性ＳｎＯ2薄膜のＸ（3）の数
倍であるといわれている。そうしたことを踏まえて、本
発明者はＳｎＯ2微粒子をアモルファスＳｎＯｘマトリ
ックス中に分散させることによりＸ(3)がより向上する
と考え、それを実験により確認した。
【０００９】本発明で用いられるＳｎＯ2超微粒子の粒
子径は２００Å以下、好ましくは１００Å以下である。
粒子径が２００Åより大きいと量子サイズ効果が現われ
ず好ましくない。このＳｎＯ2超微粒子のアモルファス
ＳｎＯｘマトリックス中に占める割合は２０〜５０容量
％のときに特に良好な結果を示すが、その理由はいまだ
明らかにされていない。
子径は２００Å以下、好ましくは１００Å以下である。
粒子径が２００Åより大きいと量子サイズ効果が現われ
ず好ましくない。このＳｎＯ2超微粒子のアモルファス
ＳｎＯｘマトリックス中に占める割合は２０〜５０容量
％のときに特に良好な結果を示すが、その理由はいまだ
明らかにされていない。
【００１０】実際に、本発明の非線形光学材料を製造す
るには、例えば石英基板表面にアモルファスＳｎＯｘマ
トリックスを５００〜５０００Å厚くらいの薄膜に形成
し、このアモルファスＳｎＯｘマトリックス中に粒径２
００Å以下のＳｎ超微粒子を分散させた後、このＳｎ超
微粒子に酸化処理を施せばよい。
るには、例えば石英基板表面にアモルファスＳｎＯｘマ
トリックスを５００〜５０００Å厚くらいの薄膜に形成
し、このアモルファスＳｎＯｘマトリックス中に粒径２
００Å以下のＳｎ超微粒子を分散させた後、このＳｎ超
微粒子に酸化処理を施せばよい。
【００１１】ＳｎＯ2超微粒子をアモルファスＳｎＯｘ
マトリックス中に分散するのには、イオンプレーティン
グ法によるのが望ましい。特に成膜速度は重要なファク
ターであり、これが速すぎると金属状態のＳｎが膜中で
多くなり、逆に、これが遅すぎると多結晶で粒子径が２
００Å以上のＳｎＯ2膜を形成してしまう。従って、本
発明においては、成膜速度を５〜３０Å／ｓｅｃ程度と
してアモルファスＳｎＯｘマトリックス中にＳｎ超微粒
子を分散させ成膜した後、酸素中で３００〜６００℃で
加熱処理すれば、２００Å以下のＳｎＯ2超微粒子がア
モルファスＳｎＯｘマトリックスからなる膜中に分散し
たものが得られる。
マトリックス中に分散するのには、イオンプレーティン
グ法によるのが望ましい。特に成膜速度は重要なファク
ターであり、これが速すぎると金属状態のＳｎが膜中で
多くなり、逆に、これが遅すぎると多結晶で粒子径が２
００Å以上のＳｎＯ2膜を形成してしまう。従って、本
発明においては、成膜速度を５〜３０Å／ｓｅｃ程度と
してアモルファスＳｎＯｘマトリックス中にＳｎ超微粒
子を分散させ成膜した後、酸素中で３００〜６００℃で
加熱処理すれば、２００Å以下のＳｎＯ2超微粒子がア
モルファスＳｎＯｘマトリックスからなる膜中に分散し
たものが得られる。
【００１２】実施例１ 石英基板上にイオンプレーティング法を用いて、次の条
件で膜厚約３０００ÅのＳｎＯｘ膜を作製した（計６
枚）。 蒸発材料 Ｓｎ（９９．９９％） 支持体温度 常温又は４５０℃ 真空槽内背圧 １×１０-6Ｔｏｒｒ 酸素ガス圧力 ６×１０-4Ｔｏｒｒ 高周波電力 ８０Ｗ 熱発源一基板間距離 ２５ｃｍ 成膜速度 ５、１０又は２０Å／ｓｅｃ Ｘ線回折法で６枚の膜を調べたところ、基板温度を常温
としたものはいずれもアモルファスで回折ピークは観察
されなかった。一方、基板温度を４５０℃としたもの
は、いずれもＳｎＯ2の回折ピークが見られ、ＴＥＭ法
で観察すると２００Å以上の結晶ＳｎＯ2が見られた。
成膜速度が１０Å／ｓｅｃ以上の場合には金属Ｓｎが含
まれていた。また、膜の色が基板温度によらず黒ずんで
おり透明度が劣っていた。常温で作製した３枚について
５００℃（空気中）で１時間加熱処理した。５Å／ｓｅ
ｃ膜には２００Å以上の結晶ＳｎＯ2が多く見られた。
１０Å／ｓｅｃ以上では２００Å以下の微結晶ＳｎＯ2
が観察された。また１０Å／ｓｅｃ以下で作製した膜は
透明で可視光に対し８０％以上の透過率であった。マト
リックス部分はいずれもアモルファスでＥＤＸ（エネル
ギー分散型Ｘ線検出器）での組成分析ではＳｎとＯであ
った。９枚の膜のＸ(3)をＴＨＧ（三次高調波発生法）
により波長１．９μｍに対して評価したところ表１の通
りであった。
件で膜厚約３０００ÅのＳｎＯｘ膜を作製した（計６
枚）。 蒸発材料 Ｓｎ（９９．９９％） 支持体温度 常温又は４５０℃ 真空槽内背圧 １×１０-6Ｔｏｒｒ 酸素ガス圧力 ６×１０-4Ｔｏｒｒ 高周波電力 ８０Ｗ 熱発源一基板間距離 ２５ｃｍ 成膜速度 ５、１０又は２０Å／ｓｅｃ Ｘ線回折法で６枚の膜を調べたところ、基板温度を常温
としたものはいずれもアモルファスで回折ピークは観察
されなかった。一方、基板温度を４５０℃としたもの
は、いずれもＳｎＯ2の回折ピークが見られ、ＴＥＭ法
で観察すると２００Å以上の結晶ＳｎＯ2が見られた。
成膜速度が１０Å／ｓｅｃ以上の場合には金属Ｓｎが含
まれていた。また、膜の色が基板温度によらず黒ずんで
おり透明度が劣っていた。常温で作製した３枚について
５００℃（空気中）で１時間加熱処理した。５Å／ｓｅ
ｃ膜には２００Å以上の結晶ＳｎＯ2が多く見られた。
１０Å／ｓｅｃ以上では２００Å以下の微結晶ＳｎＯ2
が観察された。また１０Å／ｓｅｃ以下で作製した膜は
透明で可視光に対し８０％以上の透過率であった。マト
リックス部分はいずれもアモルファスでＥＤＸ（エネル
ギー分散型Ｘ線検出器）での組成分析ではＳｎとＯであ
った。９枚の膜のＸ(3)をＴＨＧ（三次高調波発生法）
により波長１．９μｍに対して評価したところ表１の通
りであった。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】本発明の非線形光学材料は粒径２００Å
以下のＳｎＯ2超微粒子がアモルファスＳｎＯｘのマト
リックス中に分散された膜を形成しているので透明性が
良好で、かつ、３次の非線形光学効果を結晶性ＳｎＯ2
や非晶質ＳｎＯ2膜に比べて大きくすることができる。
以下のＳｎＯ2超微粒子がアモルファスＳｎＯｘのマト
リックス中に分散された膜を形成しているので透明性が
良好で、かつ、３次の非線形光学効果を結晶性ＳｎＯ2
や非晶質ＳｎＯ2膜に比べて大きくすることができる。
Claims (1)
- 【請求項１】 粒径２００Å以下のＳｎＯ2超微粒子を
アモルファスＳｎＯｘのマトリックス中に分散させてな
ることを特徴とする非線形光学材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27031494A JPH08110537A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 非線形光学材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27031494A JPH08110537A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 非線形光学材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08110537A true JPH08110537A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=17484550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27031494A Pending JPH08110537A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 非線形光学材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08110537A (ja) |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP27031494A patent/JPH08110537A/ja active Pending
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