JPS60206441A - 成膜装置 - Google Patents

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】 （１）技術分野 本発明は、成膜装置に関する。

（２）背景技術 従来、液面に展開された単分子膜を、その支持体である
固体担体の表面上に移し取ることにより、該担体上に単
分子膜又は単分子累積膜を成膜する方法として、所謂ラ
ングミュア・プロジェット法が知られている。

ラングミュア・プロジェット法の原理は、例えば分子内
に親木基と疎水基を有する構造の分子において、両者の
バランス（両親媒性のバランス）が適度に保たれている
とき、分子は水面上で親木基を下に向けて単分子の層に
なることを利用して単分子膜または単分子層の累積膜を
作成する方法である。

この方法に使用される成膜装置の代表的な例を第１図に
示し、図面も参照しながらこの種の技術について以下に
説明する。

第１図の装置において、その上に単分子膜が展開される
液体、一般には水、メタノール、エチルアルコール等は
、角型水槽１に溜められる。角型水槽ｌの内側には、２
次元シリンダーとして機能する枠２、例えばポリプロピ
レン製等が水平に吊られており、液面ｌＯを所望の広さ
に仕切っている。

枠２の内側には、２次元ピストンとして機能し、液面１
０に展開される成膜用分子群に所望の表面圧を生じさせ
るための浮子３、例えばポリプロピレン製等が浮かべら
れている。

浮子３の幅は枠２の内側より僅かに狭く作ってあり、２
次元ピストンとして図の左右方向に清らあり、２次元ピ
ストンとして図の左右方向に滑らかに動けるようになっ
ている。

浮子３の右方向への動作は、浮子３を右方向に引っばる
とともに液面１０に展開された成膜用分子群に所望の表
面圧を与えるための重り４によって行われる。浮子３の
左方向への動作ならびに停止は、浮子３に設けられた磁
石６と、不図示の保持機構によって左右に動くことが可
能な対磁石７との反発力によって行われる。

成膜は１例えば所望の単分子膜を液面１０に展開し、浮
子３、重り４、磁石６，７によって単分子膜に所望の表
面圧をかけた後、担体１１を液面を横切るように上下す
ることにより行う。

しかしながら、従来の装置では以下に述べるような問題
があった。

液面１０に展開される単分子膜は、液面１０上で２次元
系の挙動を示す０分子の面密度が低いときは２次元気体
の気体膜と呼ばれ、−分子あたりの占有面積（Ａ）と表
面圧ＣＦ）の間には、ＦＡ＝ｎＲＴ の関係が成立する。ここで、ｎはモル数、Ｒは気体定数
、Ｔは絶対温度である。

気体膜の状態から、徐々に浮子３を右方に動かし、単分
子膜が展開する液面の広がりを次第に縮めて面密度を増
してゆくと１分子間相互作用が強まり、２次元液体の液
体膜を経て２次元固体の固体膜へと変わる。そのような
状態を示す代表的なＦ−１曲線を第２図に示す、ここで
、ＨＡが気体膜、ＥＨが固体膜、ＤＥ　、　ＢＣが液体
膜であり、ＣＤが中間相と呼ばれているものである。

液面に展開された単分子膜は、占有面層（Ａ）と表面圧
（Ｆ）との関係において、上記のような挙動を示すが、
液面に展開された単分子膜を担体に移しとるためには固
体膜の状態を維持することが必要である。ところがＦ−
１曲線は１例えば１分子膜を構成する分子の構造、単分
子膜の展開される液体（溶液であれば溶媒や溶質）の種
類、濃度、湿１度、ＰＨ等の因子によってその形状が変
化し、これらの条件によっては気体膜の状態から表面圧
をあげていく際に、固体膜の状態を経過することなく膜
構造が破壊されてしまうことがある。このような場合に
は、単分子膜を担体上に移し取ることができない。

Ｆ−１曲線を支配する因子の中で、液体（中でも液面）
および担体の温度は特に重要な因子であり、これらの条
件いかんでは固体膜の相がなくなり、成膜が行えない等
の問題を生じる０例えば第３図に例示したペンタデシル
酸単分子膜の場合は、液面温度の上昇によって固体膜の
相がなくなった例である。

また、液面に展開されている単分子膜の面積と、これを
移し取ることによって担体上に累積される単分子膜との
比を累積比と呼ぶが、これは成膜条件によっては必ずし
も１とはならず、温度条件、中でも担体と液体との温度
差に大きく影響される。

しかしながら、担体と液体との温度差を検知する手段あ
るいは該温度差を制御する手段を備えた成膜装置は、従
来存在しなかった。

（３）発明の開示 本発明は上記の事実に５鑑み成されたものであって１本
発明の目的は上記の問題点を解消し、更には単分子累積
膜の設計の自由度を拡張し得る新規な成膜装置を提供す
ることにある。

すなわち本発明は、成膜様分子群を液面に展開し、前記
分子群から成る膜を担体に移し取る成膜用展開液槽を備
え、前記槽内の液体前記担体との温度差を検知する検知
手段を設けたことを特徴とする成膜装置である。

以下、第４図に示す実施例装置をもとにして、本発明に
ついて詳細に説明する。

第４図に例示した装置は、第１図に示したと同様の装置
に、液体と担体との温度差および該温度差の制御手段を
設けた例であり、第４図（ａ）は装置の概要を説明する
斜視図、第４図（ｂ）はその断面図である。

第４図の装置では、担体１１、本例では平板状基板は図
に矢印で示した如く、液面１０を上下に移動することが
可能である。担体１１の上下は、不図示のリフト機構に
より上下可能とされた相体上下腕ｌ２により行われるが
、担体１１は担体保持ジグ２１により担体上下腕１２に
着脱可能に固定されている。

液体１０’　および担体１１の温度差の検知は、液体１
０′および担体１１のそれぞれの温度を検知することで
行う。

液体温度の検知は温度コントローラー１７−に電気的に
接続された液体温度センサー１３で行う０本例の液体温
度センサー１３は第５図にその拡大図を示す如く、サミ
スター１８の温度検知部２０を常に液面上に保持すると
ともに雰囲気温度の影響を受けないようにする等の目的
で、ドーナツ状の断面形状を有する発泡スチロール１８
に温度検知手段たるサミスター１９を保持する形式とし
である。液体１０’の内部温度を検知することでも本発
明の目的は十分に達成されるが、好適な成膜を行うため
には、本例の如く単分子膜の展開される液体１Ｇ’の表
面、すなわち液面１０の温度を直接検知する形式形式％ 担体温度の検知は、温度コントローラー１７に電気的に
接続され、しかも担体１１に着脱可能に固定されている
相体温度センサー１４で行う、本例の担体温度センサー
１４はサミスターで構成され、その温度検知部が担体１
１の温度を直接検知する形式としである。

液体１０’　と担体１１の温度差の制御は、液体１０′
および担体１１のそれぞれの温度を制御することで行う
。

液体１０′の温度制御は、液体ｌＯ′をヒーター１５で
加熱するか、またはベルチェ素子１５’　で冷却するこ
とで行う０本例のヒーター１５およびベルチェ素子１５
′は、これ等を第４図（ａ）のにおけると同様の方向か
ら見た第６図に示される斜視図の如くにして、水槽１内
に設けられている。また、ヒーター１５およびベルチェ
素子１５′は温度コントローラー１７を経て不図示の電
力供給源に接続されており、必要に応じてこれ等に電力
が供給され液体１０′の加熱または冷却が行われる。す
なわち、液体温度センサー１３で測定された液体１Ｇ’
の温度は温度コントローラー１７に伝えられ、これから
出される信号によってヒーター１５またはベルチェ素子
１５′への電力の自動供給が行われることで、液体１０
’の温度制御が行われる。

担体１１の温度制御も液体１０′におけると同様に、ヒ
ーター１Ｂで担体１１を加熱するか、またはベルチェ素
子１Ｂ’　で冷却することで行う０本例のヒーター１Ｂ
およびペメチェ素子１Ｂ’は、担体１１の両面にそれぞ
れ１個づつが、担体保持ジグ２１に着脱可能な状態で固
定されている。これ等ヒーター１Ｂおよびベルチェ素子
１６′も温度コントローラー１７を経て不図示の電力供
給源に接続されており、液体ｌＯ′　におけると同様に
して必要に応じてこれ等に電力が供給されることで、担
体１１の温度制御が行われる。尚、これら液体１０′あ
るいは担体１１の加熱手段たるヒーター１５．１８およ
び冷却手段たるペルチェ素子１５’、１１１’の液体１
０’および担体１１への上記の配設の仕方は例であって
、その個数あるいは配設方法は上記例に限定されるもの
ではない、また、上記例ではペルチェ素子１５’、１Ｂ
’を冷却手段としてのみ用いているが、ベルチェ素子１
５’　、　１８’は加熱手段として使用することもでき
、ヒーター１５．１８を設けないでベルチェ素子１５’
　、’１Ｂ’　のみを配設して加熱および冷却を行うこ
とも可能である。

温度コントローラー１７に電気的に接続された温度検知
手段、加熱手段および冷却手段の設けられた上記構成の
装置によれば、液体１０’および担体１１の温度を検知
するとともに、液体１０′　および担体１１の温度を所
望の温度に制御することが可能であり、液体１０′およ
び担体１１の温度差を制御しつつ成膜を行うことができ
る。すなわち、検知した温度がそれぞれの設定値よりも
低いのであればヒーター１５　、１８により加熱し、高
いのであればベルチェ素子１５’、１Ｂ’により冷却す
ることで、液体１０′および担体１１のそれぞれの温度
を所望の設定温度に保つことが可能であり、したがって
成膜に好適な所望の温度差を保持しながら成膜を行うこ
とができる。

成膜は、例えば以下のように行う、まず、水槽ｌに液体
１０′、例えば一般に単分子膜を形成させる液体として
知られている前述の水、エタノール、金属水溶液等を注
入した後、液面温度を所定の温度に保持する。次いで周
知の方法１例えばスポイト等により所望の成膜用分子群
を液面ｌＯ上に滴下し、液面１０上に単分子膜を展開す
る０次に。

浮子３により液面１０上の単分子膜に所望の表面圧をか
け、所定の温度に保持した担体１１を単分子膜の展開さ
れている液面１０を静かに上下させれば、単分子膜又は
所望の累積度の単分子累積膜が担体１１上に形成される
。

液面上に展開する成膜用分子群としては、液面上に単分
子膜を形成し得る分子１例えば、その分子内に親木基お
よび疎水基を有するような分子であれば使用することが
できるが、液面に展開する分子は同じものとしてもよい
し、異なる種類のものとしてもよい、もちろん、２種以
上の分子を液面上に展開して混合単分子累積膜を成膜す
る等のことも可能である。また、成膜用分子群を液面上
に展開する方法としては、タンク等から必要づつ液面上
に滴下する等のことも可能である。

液体又は担体の温度検知手段としては特に限定はないが
、前述のサミスターの他、例えば熱電対、容量温度計、
白金抵抗感熱体、炭素抵抗感熱体等の電気的に温度を検
知する素子等が好ましいものとして挙げられる。

液体又は担体の加熱手段としては、固体や液体などを加
熱する手段として一般に広く知られているものを適宜使
用することが可能であるが、前述のヒーターやペルチェ
素子の他、例えば赤外線ランプ、マイクロ波加熱等の電
気的に制御し得る手段が好ましいものとして挙げられる
。

液体又は担体の冷却手段としても、固体や液体などを冷
却する手段として一般に広く知られそいるものを適宜使
用することが可能であるが、前述のペルチェ素子の他、
例えば冷却用コンプレッサー等の電気的に制御し得る手
段が好ましいものとして挙げられる。

また、液体の温度を一定とするために、ファン、−グネ
チ・クスターラー等により液体を撹拌する　６等のこと
も可能である。

以上、担体をほぼ垂直に液面を横切るように上下させる
ことで成膜する場合を例として、本発明を説明したが１
本発明は上記例に限定されるものではなく、例えば円筒
状等の担体を液面付近に設けられたほぼ水平な軸の回り
を回転させることで、担体を上下に移動させ成膜する場
合、あるいは液面とほぼ水平になるようまに保持されし
かも上下可能な平板状の担体を液面と接触させることで
成膜する等の場合にも適用し得るものである。

また１本発明における担体としても、上記の平板状や円
筒状の担体の他、球状、角柱状、シート状等、所望の形
状の担体を使用し得るものである。

以下に上記装置を用いて成膜を行った具体例を示し、本
発明について更に詳細に説明する。

〈具体例） 第４図の装置を用いて、平板状のシリコン基板の上にス
テアリン酸の単分子累積膜を成膜した。

水槽中に清浄な蒸留水を入れ、Ｃｄα２を４×１０°４
諺ｏ１／見以下の濃度になるように溶かし、さらにＨα
又はＫＨＣＯ３を楯加して、単分子膜を展開する液体の
Ｐ）［をｐＨ＝８〜８．５に調整した。液面温度を１２
℃、基板温度を８℃に設定した後、ステアリン酸の０．
１％ベンゼン溶液をスポイトで液面上に０．１ｍＱ滴下
し、液面にステアリン酸の単分子膜を展開した。浮子を
動かし単分子膜の表面圧を上げていった所、２０〜３０
ｄｙｎｅｓ／ａｍの表面圧で累積操作に好適な固体膜の
状態が得られた。この液面に垂直に、清浄なシリコン基
板を上下に数回移動させたところ、シリ、コン基板上に
極めて安定で且つ膜欠陥のない単分子累積膜が形成され
た。

シリコン基板をガラス、石英、およびこれ等にアルミニ
ウムを蒸着した平板状基板などとして上記同様の成膜を
行ったところ、どの場合にも安定で且つ膜欠陥のない単
分子累積膜が成膜された。

しかも、これら膜の累積率は８５〜１００％と良好な値
を示した。

以上に説明した如く、本発明の特徴は成膜装置に担体お
よび液体の温度差を検知する手段を設りすたことにあり
、検知手段を設けたことで、成膜時の温度差制御が可能
になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の成膜装置の一例、第２図は代表的なＦ−
Ａ曲線を説明する図、第３図はＦ−Ａ曲線の温度変化を
説明する図、第４図は本発明に係る成膜装置の実施例、
第５図は第４図における液面温度センサーの拡大図、第
６図は第４図におけるヒーターとペルエ素子の配列を説
明するための斜視図！ある。 １−ｍ−水槽　２−一一枠 ３−−−浮子　４−一一重り ５−ｍ−滑車　６一−−磁石 ７−−一対磁石　８−一一吸引パイブ ９−−−吸引ノズル　１０−ｍ−液面 １０’−−−液体　１１−’−担体 １２−−−担体上下腕 １３−ｍ−液体温度センサー １４−−一担体温度センサー １５　．１６　−一−ヒーター １５’　、　１Ｂ’−ｍ−ペルチェ素子１７−−一温度
コントローラー １８−ｍ−発泡スチロール １８−ｍ−すミスタ− ２０−ｍ−すミスタ−の温度検知部 ２１−ｍ−担体保持ジグ 第　１１！１（ａ） 第　２　図 Ａ（入り 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 成膜用分子群を液面に展開し、前記分子群から成る膜を
   担体に移し取る成膜用展開液槽を備え、前記槽内の液体
   と前記担体との温度差を検知する検知手段を設けたこと
   を特徴とする成膜装置。