JP2000319428A - Production of functionally gradient material - Google Patents

Production of functionally gradient material

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JP2000319428A
JP2000319428A JP11132787A JP13278799A JP2000319428A JP 2000319428 A JP2000319428 A JP 2000319428A JP 11132787 A JP11132787 A JP 11132787A JP 13278799 A JP13278799 A JP 13278799A JP 2000319428 A JP2000319428 A JP 2000319428A
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JP
Japan
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substrate
thin film
electrodes
plasma
desirably
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Application number
JP11132787A
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Japanese (ja)
Inventor
Motokazu Yuasa
基和 湯浅
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a thin film having a refractive index continuously varying along the direction of its thickness by disposing a substrate between a pair of opposed electrodes under a pressure near atmospheric pressure, applying a specified pulsed voltage between the electrodes to effect the discharge plasma treatment of the substrate, and forcibly drying the treated substrate. SOLUTION: The pulsed voltage is limited to one having a voltage rise time of at longest 100 μs and an electrical field strength of 1-100 kV/cm. The pressure is desirably in the range of 700-780 Torr. The electrodes are exemplified by simple metals such as copper and aluminum, alloys such as stainless steel and brass, and intermetailic compounds. The substrate is exemplified by a plastic, glass, ceramic, or metallic one and is not particularly limited on shape. The treatment gas used to generate a plasma is desirably e.g. a metal alkoxide when an inorganic thin film is to be formed, while it is desirably e.g. an unsaturated hydrocarbon or an unsaturated halogen compound when an organic thin film is to be formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、傾斜機能材料の製
造方法に関する。
[0001] The present invention relates to a method for producing a functionally gradient material.

【0002】[0002]

【従来の技術】傾斜機能材料は新しい概念に基づく材料
であり、PVD、CVD等の気相合成法等を利用して製
造された傾斜機能材料は、電気・磁気、光学、化学、生
体・医学、航空・宇宙等の広い分野で応用が望まれてい
る。上記傾斜機能材料は、クラック防止や基材への密着
性の向上手段として効果的であることは公知である。そ
こで、近年、屈折率を連続的に変化させ新しい光学材料
への応用が報告されつつある。
2. Description of the Related Art A functionally graded material is a material based on a new concept. Functionally graded materials manufactured by using a gas phase synthesis method such as PVD or CVD include electric / magnetic, optical, chemical, biological / medical. Applications are desired in a wide range of fields such as aviation and space. It is known that the functionally graded material is effective as a means for preventing cracks and improving the adhesion to a substrate. Therefore, in recent years, applications to new optical materials by continuously changing the refractive index have been reported.

【0003】また、カラーディスプレイの普及に伴い、
高い解像度が要求されており、光の干渉を利用した多層
の蒸着膜やCVD膜を被覆した反射防止機能が付与され
たものが実用化されている。しかし、これらの多層被覆
膜による反射防止膜は、その形成コストが高いため、限
られた高級品種のみに適用されているのが現状であり、
高性能の反射防止膜を低コストで得ることが課題となっ
ている。また、多層被覆膜による反射防止膜は、屈折率
が膜厚方向に段階的に変化するため、光導波の損失が大
きく、また、広帯域における反射防止性能が低下してい
た。また、膜同士の密着性が悪くなるという問題も発生
していた。
[0003] With the spread of color displays,
A high resolution is required, and a multi-layer deposited film utilizing interference of light or a film coated with a CVD film and provided with an antireflection function has been put to practical use. However, the antireflection coatings made of these multi-layer coatings are currently applied only to a limited number of high-grade varieties because of their high formation costs.
It is an issue to obtain a high-performance antireflection film at low cost. In addition, since the refractive index of the antireflection film formed by the multilayer coating film changes stepwise in the film thickness direction, the loss of the optical waveguide is large, and the antireflection performance in a wide band is deteriorated. In addition, there has been a problem that the adhesion between the films deteriorates.

【0004】そこで、プラスチック基材上にプラズマC
VD法でハードコート層を形成するにあたり、プラスチ
ック基材と接触する部位の屈折率が基材の屈折率と略等
しく、厚さ方向に向かって連続的に低下させることによ
り反射率を広域にわたり減少させる方法(特開平7─5
6002号公報)が提案されている。
[0004] Therefore, plasma C is applied on a plastic substrate.
In forming the hard coat layer by the VD method, the refractive index of the portion in contact with the plastic substrate is substantially equal to the refractive index of the substrate, and the reflectance is reduced over a wide area by continuously decreasing in the thickness direction. Method (Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-5)
No. 6002) has been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法
は、プラズマCVD法でハードコート層を形成するにあ
たり、高度の真空度が必要となり、量産化の妨げになる
ばかりでなく、長尺品に対応できないという欠点があ
り、かつ処理速度が遅いものであった。
However, the above method requires a high degree of vacuum when forming a hard coat layer by the plasma CVD method, which not only hinders mass production, but also reduces the length of the product. There is a drawback that it cannot be handled, and the processing speed is slow.

【0006】さらに、大気圧近傍でプラズマ放電を行う
と、基材への損傷が大きいため、耐熱性の低い基材上へ
の薄膜形成には適用できなかった。
Further, when plasma discharge is performed near the atmospheric pressure, the substrate is greatly damaged, so that it cannot be applied to the formation of a thin film on a substrate having low heat resistance.

【0007】本発明は上記の課題を解決し、高度の真空
度を必要とせず、大気圧近傍でプラズマ放電を行うこと
により、高速で薄膜を形成でき、屈折率を厚さ方向に向
かって連続的に変化させることのできる傾斜機能材料の
製造方法を提供することを目的とする。
[0007] The present invention solves the above-mentioned problems, and a thin film can be formed at a high speed by performing plasma discharge near the atmospheric pressure without requiring a high degree of vacuum, and the refractive index is continuously increased in the thickness direction. It is an object of the present invention to provide a method for producing a functionally graded material that can be dynamically changed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の傾斜機能材料の
製造方法は、大気圧近傍の圧力下で、一対の対向電極間
に基材を配置し、該対向電極間に電圧立ち上がり時間が
100μs以下、電界強度が1〜100kV/cmのパ
ルス状の電圧を印加して、放電プラズマ処理を行った
後、処理された基材を強制的に乾燥するものである。
According to a method of manufacturing a functionally gradient material of the present invention, a substrate is placed between a pair of opposed electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and a voltage rise time between the opposed electrodes is 100 μs. Hereinafter, a pulsed voltage having an electric field strength of 1 to 100 kV / cm is applied to perform a discharge plasma treatment, and then the treated substrate is forcibly dried.

【0009】本発明において大気圧近傍の圧力下とは、
100〜800Torrの圧力下を指す。特に、圧力調
整が容易で、装置が簡便になる700〜780Torr
の範囲が好ましい。
In the present invention, "under a pressure near the atmospheric pressure" means
Refers to a pressure of 100 to 800 Torr. In particular, the pressure can be easily adjusted and the apparatus can be simplified 700 to 780 Torr
Is preferable.

【0010】本発明において、一対の対向電極として
は、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮
等の合金、金属間化合物等からなるものが挙げられる。
上記対向電極は、電界集中によるアーク放電の発生を避
けるために、対向電極間の距離が略一定となる構造であ
ることが好ましい。この条件を満たす電極構造として
は、平行平板型、円筒対向平板型、球対向平板型、双曲
面対向平板型、同軸円筒型構造等が挙げられる。
In the present invention, examples of the pair of counter electrodes include those composed of a single metal such as copper and aluminum, alloys such as stainless steel and brass, and intermetallic compounds.
It is preferable that the counter electrode has a structure in which the distance between the counter electrodes is substantially constant in order to avoid occurrence of arc discharge due to electric field concentration. Examples of an electrode structure that satisfies this condition include a parallel plate type, a cylindrical opposed plate type, a spherical opposed plate type, a hyperboloid opposed plate type, and a coaxial cylindrical structure.

【0011】さらに、通常、当該電極の対向面の少なく
とも一方に固体誘電体が設置されている装置において行
われる。この場合プラズマが発生する放電空間は、上記
電極の一方に固体誘電体を設置した場合は、固体誘電体
と電極の間、上記電極の双方に固体誘電体を設置した場
合は、固体誘電体同士の間の空間である。
[0011] Further, usually, it is performed in an apparatus in which a solid dielectric is provided on at least one of the opposing surfaces of the electrodes. In this case, the discharge space in which plasma is generated is between the solid dielectric and the electrode when a solid dielectric is provided on one of the electrodes, and between the solid dielectrics when the solid dielectric is provided on both of the electrodes. Is the space between

【0012】上記固体誘電体の材質としては、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の
プラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウ
ム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。
Examples of the material of the solid dielectric include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate. And the like.

【0013】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て決定されるが、1〜50mmであることが好ましい。
1mm未満では、電極間の間隔を置いて設置するのに充
分でない。50mmを超えると、均一な放電プラズマを
発生させることが困難である。
The distance between the electrodes is determined by the thickness of the solid dielectric,
It is determined in consideration of the magnitude of the applied voltage, the purpose of utilizing the plasma, and the like, and is preferably 1 to 50 mm.
If it is less than 1 mm, it is not enough to place the electrodes at intervals. If it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.

【0014】本発明において使用される基材としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカ
ーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラ
フルオロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチック、ガ
ラス、セラミック、金属等が挙げられる。基材の形状と
しては、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、特
にこれらに限定されない。本発明の表面処理方法によれ
ば、様々な形状を有する基材の処理に容易に対応するこ
とができる。
The substrate used in the present invention includes:
Examples thereof include plastics such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, and acrylic resin, glass, ceramic, and metal. Examples of the shape of the substrate include a plate shape and a film shape, but are not particularly limited thereto. According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to easily cope with the treatment of substrates having various shapes.

【0015】本発明においては、上記電極間に印加され
る電界がパルス化されたもの(以下、「パルス電圧」ま
たは「パルス電界」という)である。
In the present invention, the electric field applied between the electrodes is pulsed (hereinafter referred to as "pulse voltage" or "pulse electric field").

【0016】本発明におけるパルス電圧は、立ち上がり
時間が短いほど、プラズマを発生する際の処理用ガスの
電離が効率よく行われる。立ち上がり時間が100μs
を超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なも
のとなり、パルス電界による高密度プラズマ状態を期待
できなくなる。また、立ち上がり時間は速いほうがよい
が、常圧でプラズマが発生する程度の大きさの電界強度
を有し、かつ、立ち上がり時間が速い電界を発生させる
装置には制約があり、現実的には40ns未満の立ち上
がり時間のパルス電界を実現することは困難である。従
って、パルス電圧の立ち上がり時間は100μs以下に
限定され、好ましくは40ns〜100μs、さらに好
ましくは50ns〜5μsである。なお、ここでいう立
ち上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時間を
指すものとする。
The shorter the rise time of the pulse voltage in the present invention, the more efficiently the ionization of the processing gas when generating plasma is performed. Rise time 100μs
When the discharge current exceeds the threshold value, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable, so that a high-density plasma state due to a pulsed electric field cannot be expected. Further, it is better that the rise time is fast. However, there is a limit to a device that has an electric field intensity large enough to generate plasma at normal pressure and generates an electric field with a fast rise time. It is difficult to achieve a pulsed electric field with a rise time of less than. Therefore, the rise time of the pulse voltage is limited to 100 μs or less, preferably 40 ns to 100 μs, and more preferably 50 ns to 5 μs. Here, the rise time refers to a time during which the voltage change is continuously positive.

【0017】上記電界強度は、弱すぎると処理に時間が
かかりすぎ、強すぎるとアーク放電が発生しやすくなる
ので、1〜100kV/cmに限定される。
The electric field intensity is limited to 1 to 100 kV / cm, because if the electric field intensity is too weak, the processing takes too much time, and if the electric field intensity is too strong, an arc discharge easily occurs.

【0018】また、パルス電界の立ち下がり時間も急峻
であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の100
μs以下のタイムスケールであることが好ましい。パル
ス電界発生技術によっても異なるが、例えば、本発明の
実施例で使用した電源装置では、立ち上がり時間と立ち
下がり時間が同じ時間に設定できる。
It is preferable that the fall time of the pulse electric field is also steep.
It is preferable that the time scale is less than μs. For example, in the power supply device used in the embodiment of the present invention, the rise time and the fall time can be set to the same time, although it differs depending on the pulse electric field generation technique.

【0019】電極間に印加されるパルス電界の波型、及
びパルス継続時間は、特開平10─154598号公報
に示したように、インパルス型、方形波型、変調型のな
どが挙げられ、さらに、正又は負のいずれかの極性側に
電圧を印加する、いわゆる片波状の波形を用いてもよ
い。また、パルス継続時間も同様に、1〜1000μs
であることが好ましい。
The waveform and pulse duration of the pulse electric field applied between the electrodes include an impulse type, a square wave type, and a modulation type, as described in JP-A No. 10-154598. A so-called one-sided waveform in which a voltage is applied to either the positive or negative polarity side may be used. Similarly, the pulse duration time is 1 to 1000 μs
It is preferred that

【0020】さらに、絶縁破壊電圧を超えない範囲で、
パルス波形、立ち上がり時間、周波数の異なるパルスを
用いて変調またはバイアスを重畳してもよい。
Further, within a range not exceeding the breakdown voltage,
Modulation or bias may be superimposed using pulses having different pulse waveforms, rise times, and frequencies.

【0021】パルス電界の周波数は、0.5kHz〜1
00kHzであることが好ましい。0.5kHz未満で
あるとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりす
ぎ、100kHzを超えるとアーク放電が発生しやすく
なる。より好ましくは、1kHz以上であり、このよう
な高周波数のパルス電界を印加することにより、処理速
度を大きく向上させることができる。
The frequency of the pulse electric field is 0.5 kHz to 1
It is preferably 00 kHz. If the frequency is less than 0.5 kHz, the plasma density is low, so that it takes too much time for the treatment. If the frequency exceeds 100 kHz, arc discharge is likely to occur. More preferably, it is 1 kHz or more. By applying such a high-frequency pulsed electric field, the processing speed can be greatly improved.

【0022】上記パルス電界を印加する際の電源も特開
平10─154598号明細書に示した装置(例えば、
ハイデン研究所社製、半導体素子:IXYS社製、型番
「TO−247AD」)が使用できる。
A power source for applying the pulse electric field is also a device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-154598 (for example,
Semiconductor device: manufactured by Heiden Laboratories, Inc., model number “TO-247AD” manufactured by IXYS) can be used.

【0023】上記プラズマを発生する際の処理用ガス
は、放電空間中で励起分解し、基材上に薄膜を形成する
ものであれば特に限定されず、この選択により任意の処
理が可能である。
The processing gas for generating the plasma is not particularly limited as long as it excites and decomposes in the discharge space to form a thin film on the substrate, and any treatment can be performed by this selection. .

【0024】上記処理用ガスとしては、無機質の薄膜を
形成したい場合には、金属有機化合物、金属−ハロゲン
化合物、金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金
属アルコキシド等の金属含有ガスが好適に使用できる。
これらは単独で使用されてもよいし、2種類以上併用さ
れてもよい。
When it is desired to form an inorganic thin film, a metal-containing gas such as a metal organic compound, a metal-halogen compound, a metal-hydrogen compound, a metal-halogen compound, or a metal alkoxide is preferably used as the processing gas. it can.
These may be used alone or in combination of two or more.

【0025】上記金属がSiである場合、例えば、テト
ラメチルシラン〔Si(CH3)4]、ジメチルシラン〔S
i(CH3)22]、テトラエチルシラン〔Si(C25)
4]等の有機金属化合物;4フッ化珪素(SiF4)、4塩
化珪素(SiCl4)、2塩化珪素(SiH2Cl2)等の
金属ハロゲン化合物;モノシラン(SiH4)、ジシラン
(SiH3SiH3)、トリシラン(SiH3SiH2Si
3)等の金属水素化合物;テトラメトキシシラン〔Si
(OCH3)4]、テトラエトキシシラン〔Si(OC
25)4]、トリエトキシメチルシラン〔SiCH3(OC2
5)] 等の金属アルコキシドなどが挙げられる。これら
は単独で使用されてもよいし、2種類以上併用されても
よい。
When the metal is Si, for example, tetramethylsilane [Si (CH 3 ) 4 ], dimethylsilane [S
i (CH 3 ) 2 H 2 ], tetraethylsilane [Si (C 2 H 5 )
4 ] and the like; metal halide compounds such as silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silicon chloride (SiCl 4 ) and silicon chloride (SiH 2 Cl 2 ); monosilane (SiH 4 ), disilane (SiH 3 ) SiH 3 ), trisilane (SiH 3 SiH 2 Si)
H 3 ) and other metal hydrogen compounds; tetramethoxysilane [Si
(OCH 3 ) 4 ], tetraethoxysilane [Si (OC
2 H 5 ) 4 ], triethoxymethylsilane [SiCH 3 (OC 2
H 5 )] and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

【0026】上記金属がTiである場合、例えば、テト
ラメチルチタン〔Ti(CH3)4]、ジメチルチタン〔T
i(CH3)22]、テトラエチルチタン〔Ti(C25)
4]等の有機金属化合物;4フッ化珪素(TiF4)、4塩
化珪素(TiCl4)、2塩化珪素(TiH2Cl2)等の
金属ハロゲン化合物;モノチタン(TiH4)、ジチタン
(TiH3TiH3)、トリチタン(TiH3TiH2Ti
3)等の金属水素化合物;テトラメトキシチタン〔Ti
(OCH3)4]、テトライソプロポキシチタン〔Ti(O
CH3CHCH3)4]等の金属アルコキシドなどが挙げら
れる。これらは単独で使用されてもよいし、2種類以上
併用されてもよい。
When the metal is Ti, for example, tetramethyl titanium [Ti (CH 3 ) 4 ], dimethyl titanium [T
i (CH 3 ) 2 H 2 ], tetraethyl titanium [Ti (C 2 H 5 )
4] an organometallic compound such as; 4 silicon fluoride (TiF 4), 4 silicon tetrachloride (TiCl 4), metal halide compounds such as 2 silicon tetrachloride (TiH 2 Cl 2); Mono titanium (TiH 4), Jichitan (TiH 3 TiH 3 ), trititanium (TiH 3 TiH 2 Ti)
H 3) metal hydride such as; tetramethoxy titanium [Ti
(OCH 3 ) 4 ], tetraisopropoxy titanium [Ti (O
CH 3 CHCH 3 ) 4 ]. These may be used alone or in combination of two or more.

【0027】上記の金属含有ガスに於いて、安全性を考
慮して、金属アルコキシドや金属ハロゲン化合物などの
常温、大気中で発火、爆発など危険性がないものが好ま
しく、腐食性、有害ガスの発生の点から、金属アルコキ
シドが好適に使用される。
In the above-mentioned metal-containing gas, in consideration of safety, it is preferable that there is no danger of ignition or explosion at room temperature and in the atmosphere, such as metal alkoxide and metal halide, in consideration of safety. From the point of generation, metal alkoxides are preferably used.

【0028】上記の金属含有ガスが気体であれば、放電
空間にそのまま導入することができるが、液体、固体状
であれば、気化装置を経て放電空間に導入すればよい。
このような処理用ガスを用いることによりSiO2 、T
iO2 、SnO2 等の金属酸化物薄膜を形成させ、基材
表面に電気的、光学的機能を与えることが出来る。
If the metal-containing gas is a gas, it can be introduced into the discharge space as it is. If it is liquid or solid, it can be introduced into the discharge space via a vaporizer.
By using such a processing gas, SiO 2 , T
By forming a metal oxide thin film such as iO 2 or SnO 2 , electrical and optical functions can be given to the substrate surface.

【0029】さらに、上記処理用ガスとしてフッ素含有
化合物ガスを用いることによって、基材表面にフッ素含
有重合薄膜を形成させて表面エネルギーを低くし、撥水
性表面を得ることが出来る。
Further, by using a fluorine-containing compound gas as the above-mentioned processing gas, a fluorine-containing polymer thin film can be formed on the surface of the base material to lower the surface energy and obtain a water-repellent surface.

【0030】一方、有機質の薄膜を形成したい場合に
は、不飽和炭化水素、不飽和ハロゲン化合物等が好適に
使用できる。また、分子内に親水性基と重合性不飽和結
合を有するモノマーの雰囲気下で処理を行うことによ
り、親水性の重合薄膜を堆積させることもできる。これ
らは単独で使用されてもよいし、2種類以上併用されて
もよい。
On the other hand, when it is desired to form an organic thin film, unsaturated hydrocarbons, unsaturated halogen compounds and the like can be suitably used. Further, by performing the treatment in an atmosphere of a monomer having a hydrophilic group and a polymerizable unsaturated bond in the molecule, a hydrophilic polymer thin film can be deposited. These may be used alone or in combination of two or more.

【0031】本発明で得られる傾斜機能材料を、光学用
途に利用する場合には、上記の処理用ガスとして上記の
中からTiO2,ZrO2 などの高屈折率の薄膜を形成す
る処理用ガス、SiO2,Al23,フッ素系薄膜などの
低屈折率の薄膜を形成する処理用ガスを、上記した処理
用ガスから適宜選択して用いればよい。
When the functionally graded material obtained in the present invention is used for optical applications, the above-mentioned processing gas is used as a processing gas for forming a thin film having a high refractive index such as TiO 2 or ZrO 2. A processing gas for forming a low-refractive-index thin film such as SiO 2, Al 2 O 3, or a fluorine-based thin film may be appropriately selected from the above-described processing gases.

【0032】一方、電子材料に応用する場合には、誘電
率(低誘電率SiO2,Al2O等;高誘電率TiO2,
タン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム)や導伝率
(低誘電率SiO2,高誘電率ITO、ZnO)の異なる
薄膜を合成できるような反応ガスが選ばれる。
On the other hand, when applied to electronic materials, the dielectric constant (low dielectric constant SiO 2, Al 2 O, etc .; high dielectric constant TiO 2, barium titanate, strontium titanate) or conductivity (low dielectric constant) A reaction gas that can synthesize thin films having different SiO 2, high dielectric constant ITO, and ZnO) is selected.

【0033】経済性及び安全性の観点から、上記処理用
ガス単独の雰囲気よりも、希釈ガスで薄められた雰囲気
中で処理を行うことが好ましい。希釈ガスとしては、例
えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガ
ス、窒素ガス等が挙げられ、これらは単独で使用されて
もよいし、2種類以上併用されてもよい。処理用ガスが
液体で、沸点が高い場合には、加熱するか、超音波を利
用した気化器で気化し、大量の希釈ガスで希釈して用い
るのが好適である。
From the viewpoint of economy and safety, it is preferable to carry out the treatment in an atmosphere diluted with a diluent gas rather than in the atmosphere of the treatment gas alone. Examples of the diluting gas include rare gases such as helium, neon, argon, and xenon, and nitrogen gas. These may be used alone or in combination of two or more. When the processing gas is a liquid and has a high boiling point, it is preferable to use it after heating or vaporizing it with a vaporizer using ultrasonic waves and diluting it with a large amount of diluting gas.

【0034】なお、希釈ガスとしては電子を多く有する
化合物のほうがプラズマ密度を高め高速処理を行う上で
有利である。しかし、アルゴン又は窒素が、入手が容易
で、安価である点で好適である。又、希釈ガスを用いる
場合、処理用ガスの濃度は0.01〜10体積%である
ことが好ましい。また、処理用ガスとして金属アルコキ
シドを使用する場合には、有機成分が少ない緻密な金属
酸化物薄膜を形成するためには、酸素ガスを添加しても
よい。
As a diluent gas, a compound having more electrons is more advantageous in increasing the plasma density and performing high-speed processing. However, argon or nitrogen is preferred in that it is easily available and inexpensive. When a diluent gas is used, the concentration of the processing gas is preferably 0.01 to 10% by volume. When a metal alkoxide is used as a processing gas, an oxygen gas may be added in order to form a dense metal oxide thin film having a small amount of organic components.

【0035】本発明において、基材を対向電極間に載置
し、プラズマ処理した後、新しい基材を対向電極間に載
置してもよいが、対向電極間を連続して移動するように
してもよい。このようにすることにより、長尺基材でも
連続的に傾斜機能薄膜を被覆でき処理速度も向上する。
In the present invention, a substrate may be placed between the opposing electrodes, and after plasma treatment, a new substrate may be placed between the opposing electrodes. You may. By doing so, the functionally gradient thin film can be continuously coated even on a long base material, and the processing speed is improved.

【0036】本発明においては、基材に放電プラズマ処
理を行った後、処理された基材を強制的に乾燥する。上
記乾燥方法は特に限定されず、処理された基材を加熱ロ
ールに直接接触し、乾燥させる方法、赤外線、ドライヤ
ー等によって、非接触で乾燥する方法、超臨界流体を利
用して乾燥する方法などが挙げられる。乾燥温度、乾燥
時間などの乾燥条件は、基材表面に形成させる皮膜によ
って適宜決定され、高温であれば短時間で乾燥できるの
で、使用する基材の耐熱温度以下で、できるだけ高温で
行うのが好ましい。
In the present invention, after subjecting the substrate to discharge plasma treatment, the treated substrate is forcibly dried. The drying method is not particularly limited, a method of directly contacting the treated substrate with a heating roll and drying, a method of drying in a non-contact manner by infrared rays, a dryer, a method of drying using a supercritical fluid, and the like. Is mentioned. Drying conditions such as drying temperature and drying time are appropriately determined depending on the film to be formed on the surface of the base material. Since drying at a high temperature can be performed in a short time, it is recommended that the drying be performed at a temperature as high as possible below the heat resistant temperature of the base material used. preferable.

【0037】上記超臨界流体を利用して乾燥する場合、
流体としては、二酸化炭素、水等の無機材料;メタノー
ル、エタノール等のアルコール類が好適に使用される。
超臨界流体を利用して乾燥する方法は、加熱により乾燥
する方法に比べて、基材表面に形成された膜が多孔質状
態で未反応物が残存していても、脱脂乾燥がし易く、膜
の収縮によるクラックの発生が防止できるので好まし
い。
When drying using the above supercritical fluid,
As the fluid, inorganic materials such as carbon dioxide and water; and alcohols such as methanol and ethanol are preferably used.
The method of drying using a supercritical fluid, compared to the method of drying by heating, even if unreacted substances remain in a porous state of the film formed on the substrate surface, it is easy to degrease and dry, This is preferable because cracks due to contraction of the film can be prevented.

【0038】また、放電プラズマ処理を行ってから、処
理された基材を乾燥する時間は、処理によって得られた
膜質にもよるが、大気中で膜が外気と反応し、自然に乾
燥すると、膜中の屈折率が厚み方向により傾斜化される
のが制御できなくなる虞があるので、放電プラズマ処理
を行ってから3日以内に、処理された基材を乾燥するの
が好ましく、基材を対向電極間を連続して移動させて処
理する場合、インラインで乾燥するのがより好ましい。
After the discharge plasma treatment, the drying time of the treated substrate depends on the quality of the film obtained by the treatment. However, when the film reacts with the outside air in the atmosphere and naturally dries, Since there is a possibility that the refractive index in the film may become uncontrollable due to the gradient in the thickness direction, it is preferable to dry the treated substrate within 3 days after performing the discharge plasma treatment. When processing is performed by continuously moving between the opposing electrodes, it is more preferable to dry in-line.

【0039】(作用)本発明の傾斜機能材料の製造方法
は、大気圧近傍の圧力下で、一対の対向電極間に基材を
配置し、該対向電極間に電圧立ち上がり時間が100μ
s以下、電界強度が1〜100kV/cmのパルス状の
電圧を印加して、放電プラズマ処理を行った後、処理さ
れた基材を強制的に乾燥するものであるから、急峻な電
圧立ち上がり時間でパルス状の電圧を印加することによ
り放電プラズマ処理を行うため、アーク放電に移行する
前に放電を止め、再び放電を開始するというサイクルが
実現されていると考えられ、大気圧近傍の圧力下で、ヘ
リウム等のプラズマ放電状態からアーク放電状態に至る
時間が長い成分を含有しない雰囲気においても、放電空
間中に存在する気体の種類を問わず、安定して放電プラ
ズマを発生させることが可能となる。よって、高度の真
空度を必要とせず、大気圧近傍でプラズマ放電を行うこ
とにより、高速で薄膜を形成することができる。
(Function) In the method for producing a functionally graded material of the present invention, a substrate is placed between a pair of opposed electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and a voltage rise time between the opposed electrodes is 100 μm.
s or less, a pulse-like voltage having an electric field intensity of 1 to 100 kV / cm is applied to perform a discharge plasma treatment, and then the treated substrate is forcibly dried. In order to perform discharge plasma processing by applying a pulsed voltage at, it is considered that a cycle of stopping discharge before starting arc discharge and restarting discharge has been realized, and under a pressure near atmospheric pressure. Therefore, even in an atmosphere that does not contain a component having a long time from a plasma discharge state such as helium to an arc discharge state, it is possible to stably generate a discharge plasma regardless of the type of gas present in the discharge space. Become. Therefore, a thin film can be formed at a high speed by performing plasma discharge near the atmospheric pressure without requiring a high degree of vacuum.

【0040】一方、処理された基材を強制的に乾燥する
ことにより、生成中の薄膜の有機物の分解が起きるた
め、強制的に乾燥した部分が実質的にプラズマ処理の反
応が促進され、より緻密な薄膜が形成される。その結
果、屈折率を厚さ方向に向かって連続的に変化させ、薄
膜自身も明確な界面が存在しない傾斜機能材料を得るこ
とができる。
On the other hand, by forcibly drying the treated substrate, the organic matter in the thin film being formed is decomposed, so that the forcibly dried portion substantially accelerates the reaction of the plasma treatment. A dense thin film is formed. As a result, it is possible to obtain a functionally graded material in which the refractive index is continuously changed in the thickness direction and the thin film itself does not have a clear interface.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面に基
づいて詳しく説明する。図1は、本発明の傾斜機能材料
を製造するための装置の一例を示した模式的断面図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for producing a functionally gradient material according to the present invention.

【0042】図1に示すように、本発明の傾斜機能材料
を製造するための装置は、容器2の中に、1対の対向電
極3、4が設けられ、上部電極3はパルス電源1に電気
的に接続され、下部電極4は接地されており、上部電極
3と下部電極4の間にパルス電圧が印加され、プラズマ
が発生するようになされている。基材5は、繰り出しロ
ール9から、シール機構91を有する容器2内に供給さ
れ、支持ロール92により、下部電極4上に密着しなが
ら走行し、巻き取りロール93により巻き取られる。
As shown in FIG. 1, the apparatus for producing a functionally graded material of the present invention is provided with a pair of opposing electrodes 3 and 4 in a container 2. Electrically connected, the lower electrode 4 is grounded, a pulse voltage is applied between the upper electrode 3 and the lower electrode 4, and plasma is generated. The base material 5 is supplied from the feeding roll 9 into the container 2 having the sealing mechanism 91, runs while being in close contact with the lower electrode 4 by the support roll 92, and is wound by the winding roll 93.

【0043】一方、処理用ガス供給部7から、流量制御
部71によって流量を制御された処理用ガスは、ガス導
入部6を経て、上部電極3と、基材5との間に導入さ
れ、放電空間が形成される。
On the other hand, the processing gas whose flow rate is controlled by the flow rate control section 71 from the processing gas supply section 7 is introduced between the upper electrode 3 and the base material 5 through the gas introduction section 6, A discharge space is formed.

【0044】上記放電空間内で放電プラズマ処理された
基材51は、加熱ロール8により加熱乾燥されながら、
巻き取りロール93により巻き取られ、屈折率が厚さ方
向に向かって連続的に変化し、薄膜自身も明確な界面が
存在しない傾斜機能材料が得られる。
The substrate 51 subjected to the discharge plasma treatment in the discharge space is heated and dried by the heating roll 8 while
The film is wound by the winding roll 93, the refractive index changes continuously in the thickness direction, and the functionally graded material in which the thin film itself does not have a clear interface is obtained.

【0045】[0045]

【実施例】本発明を実施例をもってさらに詳しく説明す
る。なお、以下の実施例では、電源として、パルス発生
電源(ハイデン研究所社製、半導体素子:IXYS社
製、型番TO−247ADを使用)を用いた。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Examples. In the following examples, a pulse generating power source (manufactured by Heiden Laboratories, semiconductor element: manufactured by IXYS, model number TO-247AD) was used as a power source.

【0046】(実施例1)図1に示した装置において、
上部電極3と下部電極4(SUS304製、奥行き35
0mm、幅100mm、厚み20mm)のそれぞれの対
向面に、固体誘電体として8重量%の酸化イットリウム
を含むジルコニウムの溶射膜(比誘電率16、膜厚50
0μm)が密着形成されているものを用いた。上部電極
3には、紫外線を透過する石英製の窓31(奥行き30
0mm、幅20mm、厚み20mm)を、出口側から2
0〜40mmの位置に設けたこと以外は下部電極4と同
様である。
(Embodiment 1) In the apparatus shown in FIG.
Upper electrode 3 and lower electrode 4 (made of SUS304, depth 35)
0 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 20 mm) are sprayed with a sprayed film of zirconium containing 8% by weight of yttrium oxide as a solid dielectric (relative dielectric constant 16, film thickness 50).
0 μm) is used. The upper electrode 3 has a quartz window 31 (depth 30) that transmits ultraviolet light.
0 mm, width 20 mm, thickness 20 mm) from the outlet side
It is the same as the lower electrode 4 except that it is provided at a position of 0 to 40 mm.

【0047】上部電極3と下部電極4の距離は2mmと
し、基材5として5μmの多官能アクリル系ハードコー
ト剤(大日精化社製、品番「EXF−37」)を被覆し
た、厚み80μmのトリアセチルセルロースを、繰り出
しロール9から、シール機構91を有する容器2内に供
給し、支持ロール92により、下部電極4上に密着させ
ながら走行させた。
The distance between the upper electrode 3 and the lower electrode 4 was 2 mm, and the base material 5 was coated with a 5 μm polyfunctional acrylic hard coat agent (manufactured by Dainichi Seika Co., Ltd., product number “EXF-37”) and had a thickness of 80 μm. Triacetylcellulose was supplied from the feeding roll 9 into the container 2 having the sealing mechanism 91, and was run while being in close contact with the lower electrode 4 by the support roll 92.

【0048】次いで、容器2内を、油回転ロール(図示
せず)により1Torrになるまで排気した後、アルゴ
ンガスを、760Torrになるまで導入した後、テト
ライソプロポキシチタンを処理用ガス供給部7から流量
制御部71によって0.5体積%になるように、3SL
Mのアルゴンガスで希釈し、ガス導入部6を経て、上部
電極3と、基材5との間に導入した。
Next, the inside of the container 2 was evacuated to 1 Torr by an oil rotary roll (not shown), and argon gas was introduced until the pressure reached 760 Torr. Then, tetraisopropoxy titanium was supplied to the processing gas supply unit 7. From the 3SL so as to be 0.5% by volume by the flow controller 71.
The mixture was diluted with M argon gas and introduced between the upper electrode 3 and the base material 5 via the gas introduction unit 6.

【0049】次いで、電圧立ち上がり時間1μs、周波
数8kHz、印加電圧±3kVのパルス電圧をパルス電
源1より上部電極3と下部電極4間に印加し、放電プラ
ズマを発生させた。放電プラズマ処理を施された基材5
1は、90℃に加熱された加熱ロール8(直径300m
m)により、基材51の非処理側から加熱乾燥され、搬
送速度1m/分(加熱ロール8と基材51との実質的接
触時間30秒)になるように、巻き取りロール93によ
り、搬送した。
Next, a pulse voltage having a voltage rise time of 1 μs, a frequency of 8 kHz, and an applied voltage of ± 3 kV was applied between the upper electrode 3 and the lower electrode 4 from the pulse power supply 1 to generate a discharge plasma. Substrate 5 subjected to discharge plasma treatment
1 is a heating roll 8 (300 m in diameter) heated to 90 ° C.
m), the substrate 51 is heated and dried from the non-treatment side, and transported by the winding roll 93 so that the transport speed is 1 m / min (substantial contact time between the heating roller 8 and the substrate 51 is 30 seconds). did.

【0050】その結果、多官能アクリル系ハードコート
皮膜上に1000Å強の薄膜が形成された傾斜機能材料
を得た。
As a result, a functionally graded material having a thin film of over 1000 ° formed on the polyfunctional acrylic hard coat film was obtained.

【0051】(実施例2)放電プラズマ処理を施された
基材を、超臨界二酸化炭素流体中に供給したこと以外
は、実施例1と同様にして傾斜機能材料を得た。
Example 2 A functionally gradient material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the substrate subjected to the discharge plasma treatment was supplied into a supercritical carbon dioxide fluid.

【0052】(比較例)加熱乾燥をしなかったこと以外
は実施例1と同様にして、1000Å強の薄膜を基材上
に形成した。この薄膜の屈折率は、表1に示したよう
に、深さ方向に一定であった。
(Comparative Example) A thin film of a little over 1000 ° was formed on a substrate in the same manner as in Example 1 except that the heating and drying were not performed. As shown in Table 1, the refractive index of the thin film was constant in the depth direction.

【0053】実施例1、2、比較例1で基材上に形成さ
れた薄膜を、アルゴン雰囲気下で放電してエッチングし
ながら、深さ方向の屈折率の変化を、エリプソメーター
(溝尻社製)で測定した。結果を表1に纏めて示した。
While the thin films formed on the substrate in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were etched by discharging in an argon atmosphere, the change in the refractive index in the depth direction was measured using an ellipsometer (manufactured by Mizojiri Co., Ltd.). ). The results are summarized in Table 1.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明の傾斜機能材料の製造方法は上述
の如き構成となされているので、高度の真空度を必要と
せず、大気圧近傍でプラズマ放電を行うことにより、高
速で薄膜を形成でき、屈折率を厚さ方向に向かって連続
的に変化させることができる。
The method for producing a functionally graded material of the present invention is constructed as described above, so that a thin film can be formed at a high speed by performing a plasma discharge near the atmospheric pressure without requiring a high degree of vacuum. Thus, the refractive index can be continuously changed in the thickness direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の傾斜機能材料を製造するための装置の
一例を示した模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for producing a functionally gradient material according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パルス電源 2 容器 3 上部電極 4 下部電極 5 基材 6 処理用ガス導入部 8 加熱ロール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse power supply 2 Container 3 Upper electrode 4 Lower electrode 5 Base material 6 Processing gas introduction part 8 Heating roll

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2K009 AA02 AA15 BB01 BB02 BB12 BB24 CC03 DD03 DD04 EE00 4F073 AA01 AA02 AA07 AA14 AA32 BA03 BA07 BA08 BA16 BA18 BA19 BA24 BB01 BB09 CA01 HA01 HA12 4F100 AJ06 AK25 AT00A BA02 BA42 CC00 EH112 EH46 EJ612 EJ862 JL02 JM02B JN18B 4G075 AA29 BB02 CA14 CA47 EB42 EC21 ED04 ED11 FB01 FB02 FB04 FB06 FB12 FC15  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2K009 AA02 AA15 BB01 BB02 BB12 BB24 CC03 DD03 DD04 EE00 4F073 AA01 AA02 AA07 AA14 AA32 BA03 BA07 BA08 BA16 BA18 BA19 BA24 BB01 BB09 CA01 HA01 HA12 4F100 AJ00 BA25 E EJ612 EJ862 JL02 JM02B JN18B 4G075 AA29 BB02 CA14 CA47 EB42 EC21 ED04 ED11 FB01 FB02 FB04 FB06 FB12 FC15

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】大気圧近傍の圧力下で、一対の対向電極間
に基材を配置し、該対向電極間に電圧立ち上がり時間が
100μs以下、電界強度が1〜100kV/cmのパ
ルス状の電圧を印加して、放電プラズマ処理を行った
後、処理された基材を強制的に乾燥することを特徴とす
る傾斜機能材料の製造方法。
1. A pulse-like voltage having a voltage rising time of 100 μs or less and an electric field intensity of 1 to 100 kV / cm between a pair of opposed electrodes under a pressure near atmospheric pressure. And applying a discharge plasma treatment, followed by forcibly drying the treated base material.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012506642A (en) * 2008-10-21 2012-03-15 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Method for performing photolithography using BARC with tilted optical properties
US9731456B2 (en) 2013-03-14 2017-08-15 Sabic Global Technologies B.V. Method of manufacturing a functionally graded article

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