JPS589363B2 - 固体板上の薄膜の厚さを測定する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単分子膜又はそれに準ずる薄膜の厚さを測定す
る方法に関し、さらに詳しくは発ケイ光能を有する物質
の単分子膜と、ケイ光の消光物質の部分とアラキジン酸
カドミウム単分子膜とからなる表面単分子膜との間に厚
さを測定する膜をはさみ、消光物質の部分とアラキジン
酸カドミウムの部分の相対ケイ光強度を測定しその比よ
り、膜の厚さを測定する方法に関するものである。

従来単分子膜などの薄膜の厚さを測定するために、その
物質を溶液として水面上に単分子膜を形成させ、それを
測定する方法が行われているが必ずしも満足すべきもの
とはいえなかった。

本発明者は固体板上で単分子膜などの薄膜を形戎させ、
その厚さを正確に測定できる方法を開発するため研究を
重ねた結果、固体板上に発ケイ光能な有する分子からな
る単分子膜を重ね、この上に厚さを測定する薄膜を形成
した後、さらにその上にケイ光の消光物質の部分とアラ
キジン酸カドミウムの部分とからなる表面単分子膜を重
ね、両部分の相対ケイ光強度を測定し、その比をとれば
、それから薄膜の厚さがわかることを見出し、この知見
に基いて本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、固体板上にアラキジン酸カドミウム
、スチアリン酸カドミウム又はパルミチン酸カドミウム
の単分子膜を少なくとも３層累積し、この上にケイ光性
物質の単分子膜を重ね、厚さを測定する薄膜をその上に
形成した後その薄膜上に、ケイ光の消光物質の部分とア
ラキジン酸カドミウムの部分とからなる表面単分子膜で
おおい、両部分の相対ケイ光強度を測定してその比を求
め、あらかじめ求めておいた相対ケイ光強度の比と、ケ
イ光物質単分膜と表面単分子膜との距離との関係から、
その薄膜の厚さを決定することを取徴とする固体板上の
薄膜の厚さを測定する方法を提供するものである。

本発明においては、まず、ガラス板などの固体板上に、
アラキジン酸カドミウム、スチアリン酸カドミウム又は
パルミチン酸カドミウムの単分子膜を少なくとも３層累
積する。

冫 これらの単分子膜は通常アラキジン酸、スチアリン
酸又はパルミチン酸をそれぞれ１０ Ｍ〜１０’Ｍ
のクロロホルム水溶液とし、これをカドミニウムイオン
を有するｐＨ５〜６の水の水面上に滴下することにより
形成することができる。

これらの単分子膜は、累積膜の作成方法として知られる
プロジェット法（Ｂｌｏｄｇｅｔｔ’ｓ Ｔｐｃｈｎｉ
ｑｕｅ）を用いて、前記の固体板上に直接水面上から移
しとることができ、所要層数だけ積み重ねられる。

このようにしてガラス板上に形成したアラキジン酸カド
ミウム単分子膜累積膜（３層）の模式図を第１図に示す
。

図中１はガラス板２はアラキジン酸カドミウム分子であ
る。

この場合アラキジン酸カドミウム単分子膜１層の厚さは
２７Åであり、したがって３層では７１Åの厚さとなる
。

次に、この累積模の上にケイ光性物質の単分子膜を１層
累積する。

例えばこのような物質としては次式で表わされる長鎖ア
ルキル化シアニン化合物（以下化合物Ａという）のよう
な色素がある。

この混合物とアラキジン酸とを例えばモル比で１：２０
で混合した７００ホルム溶液（１０−３Ｍ）は、水面上
で安定な混合単分子膜を形成する。

この単分子膜をプロジェット法を応用して、アラキジン
酸カドミウム単分子膜を３層累積させたものの上に１層
累積する。

化合物Ａはケイ光性があり、特に吸収極大５２０ のと
ころを光励起すると強いケイ光を発する。

この場合このケイ光性を有する色素単分子膜は、ガラス
板から７１Åは少なくとも離れているので、通常４０Å
の距離までおこるといわれるエネルギー移動は、少なく
とも、この単分子膜とガラス板との間では起らない。

すなわち単分子膜の発するケイ光は、ガラス板によって
少しも消光されない。

このようにして形成したケイ光性物質の単分子膜に、分
子長のわかった化合物の単分子膜を何層か累積し、その
上にさらにケイ光の消光物質の単分子膜を累積した部分
とアラキジン酸カドミウム単分子膜を累積した部分とか
らなる表面単分子膜を形成し、その両部分の表面におけ
る相対ケイ光強度の比を求めこれの、ケイ光単分子膜と
表面層との距離との関係を求めグラフ化する。

これをさらに詳しく説明すると、まず、分子長のわかっ
た単分子膜を介在させる前に、これを介在させないでケ
イ光性物質の単分子膜の上に直接上記の表面単分子膜を
形成し、相対ケイ光強度の比を求める。

この消光物質としては例えば次式で表わされる長鎖アル
キル化ビピリジニウムカチオン（以下化合物Ｂという）
を用い、これとアラキジン酸カドミウムのモル比１：２
の１０−３Ｍクロロホルム溶液を水面上に滴下し安定な
単分子膜を形成する。

そしてプロジェット法によりこの単分子膜をケイ光性物
質の単分子膜の上面の半分に累積させる。

残りの半分には、やはりプロジェット法により、アラキ
ジン酸カドミウム単分子膜を累積させる。

第２図はこのようにして表面単分子膜を形成したガラス
板の模式図であり、図中３はケイ光性物質、化合物Ａを
含む単分子膜、４は消光物質、化合物Ｂを含む単分子膜
、５はアラキジン酸カドミウムからなる単分子膜である
。

長鎖アルキル化ビピリジニウムカチオン、例えば前記の
化合物Ｂは極めて強い消光物質である。

この消光物質からなる単分子膜でおおわれている部分の
色素単分子膜の相対ケイ光強度を■、アラキジン酸カド
ミウム単分子膜でおおわれている部分の色素単分子膜の
相対ケイ光強度をＩ∞とすると、この場合Ｉ＝０．０４
、■∞＝０．７５でＩ／Ｉ∞＝０．０６７である。

次に第３図に示すようてケイ光性物質の単分子膜３と、
消光物質単分子膜４とアラキジン酸カドミウム単分子膜
５とからなる表面単分子膜との間に、分子長のわかった
パルミチン酸カドミウム単分子膜、スチアリン酸カドミ
ウム単分子膜又はアラキジン酸カドミウム単分子膜６を
層数を変えて（この図の場合は２層）はさみ込んだもの
を数種作成し、それぞれの■と■∞を測定し、Ｉ／Ｉ∞
を求める。

このようにしてＩ／Ｉ∞をたて軸に、横軸にケイ光性物
質の単分子膜３と消光物質単分子膜４との距離ｄとの関
係をグラフに表わしたものが第４図である。

本発明方法により薄膜の厚さを測定するには、前記のケ
イ光性物質の単分子膜の上に、その薄膜を形成し、さら
にその上に前記のような表面単分子膜を形成させたのち
、表面のケイ光相対強度の比Ｉ／Ｉ∞を求め、これから
前記グラフによりｄを求めることにより膜厚を知る。

本発明方法によれば、単分子膜だけではなく単分子膜を
数層累積した膜の膜厚も容易に測定できる。

この方法を利用すれば太陽電池用などに用いられる色素
電極上の累積膜の厚さを正確に測定できる。

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例 ガラス板上にブロジェット法によりアラキジン酸カドミ
ウムの単分子膜を３層累積した。

次いでこの上にやはりブロジェット法により、前記化合
物Ａの単分子膜を累積する。

一方、膜の厚さを測定スるコレステロールの１０−３Ｍ
クロロホルム溶液を調製し、これをブロジェットにより
単分子膜として化合物Ａの単分子膜の上に累積しこれを
消光物質として用いた化合物Ｂとアラキジン酸カドミウ
ムのモル比１：２の１０−３Ｍクロロモルム溶液から形
成された単分子膜と、アラキジン酸カドミウムの単分子
膜とからなる表面単分子膜ではさみ相対ケイ光強度を測
定し、■／Ｉ∞を求めたところ０．３７１であった。

この値を第４図のグラフに参照すると、膜厚は１４Ａで
あることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガラス板上の累積膜の状態を示す模式図、第２
図はその累積膜の上にケイ光性物質の単分子膜と、消光
性物質の部分とアラキジン酸カドミウムの部分とからな
る表面単分子膜を累積させた状態を示す模式図、第３図
はそのケイ光性物質の単分子膜と、表面単分子膜との間
にアラキジン酸カドミウムの単分子膜を２層介在させた
状態を示す模式図、第４図は第３図の累積膜表面におけ
る相対ケイ光強度の比と介在するアラキジン酸カドミウ
ムの累積膜の厚さとの関係を表わすグラフである。 符号の説明 １・・・ガラス板、２，５．６・・・アラ
キジン酸カドミウムの単分子膜、３・・・ケイ光性物質
の単分子膜、４・・・消光性物質の単分子膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固体板上にアラキジン酸カドミウム、スチアリン酸
   カドミウム又はパルミチン酸カドミウムの単分子膜を少
   なくとも３層累積し、この上にケイ光性物質の単分子膜
   を重ね、厚さを測定する薄膜をその上に形成した後その
   薄膜上に、ケイ光の消光物質の部分とアラキジン酸カド
   ミウムの部分とからなる表面単分子膜でおおい、両部分
   の相対ケイ光強度を測定してその比を求めて、あらかじ
   め求めておいた相対ケイ光強度の比と、ケイ光物質単分
   膜と表面単分子膜との距離との関係から、その薄膜の厚
   さを決定することを特徴とする固体板上の薄膜の厚さを
   測定する方法。