JP2004339565A - 膜状形成体を含む構造体およびその形成方法 - Google Patents
膜状形成体を含む構造体およびその形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004339565A JP2004339565A JP2003137399A JP2003137399A JP2004339565A JP 2004339565 A JP2004339565 A JP 2004339565A JP 2003137399 A JP2003137399 A JP 2003137399A JP 2003137399 A JP2003137399 A JP 2003137399A JP 2004339565 A JP2004339565 A JP 2004339565A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- fine particle
- structure including
- aluminum
- binder
- Prior art date
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01046—Palladium [Pd]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01078—Platinum [Pt]
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
【解決手段】微粒子材料を微粒子結合剤により表面処理あるいは表面被覆処理を行う。粒子状の微粒子結合剤を用いて、微粒子材料に混合・分散させ、あるいは微粒子材料との同時噴射、または微粒子結合剤と微粒子材料とを交互に噴射させてもよい。微粒子結合剤はアルミニウム系化合物または鉛系化合物から選択される。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子材料を高速で基板に噴射することによって形成される膜状形成体、その形成方法、および構造体に係り、強固で緻密な膜状形成体に関する。
【0002】
【従来の技術】
パソコン、オフコン、携帯電話、PDA等の情報処理関連電子機器、通信関連電子機器および半導体製造装置等の制御機械装置の中に組み込まれている実装用基板・パッケージ、メモリ・ロジック等の半導体、実装用個別電子部品には、記憶・演算等の能動的機能、アンテナ、フィルター、コンデンサ等の受動機能を実現させるための種々の誘電体セラミックスが膜状・バルク状で形成されている。これらのデバイス・部品は、セラミック材料単体で構成されているのではなく、種々の材料(無機系材料(金属・半導体)、有機系材料)を複合・多層・集積化し構成されている。
【0003】
そこで、このような異種材料が複合化されているデバイス・部品では、各材料のプロセス温度・雰囲気を整合化させること、及びプロセス工程中で温度階層を設けることが重要である。種々の材料の中でも、セラミックスは焼結の際のプロセス温度が高いため、他材料との整合がとれず、セラミック材料を上記デバイス中に組み込むことが困難であり、セラミック材料の導入には制限があった。この問題を解決する方法として、セラミックス微粒子材料を衝撃固化させることにより、常温付近においてセラミックス膜が形成可能なエアロゾルデポジション法が提案されている。
【0004】
エアロゾルデポジション法では、ステンレス基板に平均粒径0.5μmの酸化アルミニウム微粒子を用いて膜厚10μmに堆積させることにより、焼成することなく優れた対摩耗性を有する酸化アルミニウム保護膜を形成することができる(特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−212766号公報
【0006】
【特許文献2】
特開2002−348677号公報
【0007】
【特許文献3】
特開2002−312910号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本願発明者の種々の検討によりエアロゾルデポジション法では数十μm以上の厚膜を安定に形成することができる微粒子材料に制限があることが判明し、したがって、エアロゾルデポジション法が適用可能な用途が制限されるという問題が生じた。
【0009】
そこで、本発明の目的は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、エアロゾルデポジション法により緻密で強固な膜質を有し、基体との密着強度の優れた膜状形成体を含む構造体及びその形成方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、エアロゾルデポジション法により微粒子材料を基板上に噴射して形成される膜状形成体を含む構造体であって、前記膜状形成体は微粒子結合剤を含む膜状形成体を含む構造体が提供される。
【0011】
本発明によれば、微粒子結合剤を含む微粒子材料を用いることより、エアロゾルデポジション法により緻密で強固な膜状形成体を形成することができる。
【0012】
前記微粒子結合剤はアルミニウム系化合物または鉛系化合物である。前記微粒子結合剤にアルミニウム系化合物または鉛系化合物を用いることで、従来形成できなかった厚膜、特に5μm以上の膜厚の膜状形成体を形成することができる。
【0013】
本発明に係る膜状形成体を含む構造体は、様々な基板材料、例えば樹脂材料や金属板等の基板を用いることができるので、適用範囲が著しく広いものである。
【0014】
ここで、エアロゾルデポジション法は、本発明において、金属や半金属、セラミックス等の微粒子材料をキャリアガスによりエアロゾル化させ、ノズルより噴出させて高速で基板に吹き付け、微粒子を基材上に堆積させる方法である。
【0015】
本発明の他の観点によれば、エアロゾルデポジション法による膜状形成体を含む構造体の形成方法であって、微粒子材料と微粒子結合剤とを基板に噴射する噴射工程を備えることを特徴とする膜状形成体を含む構造体の形成方法が提供される。
【0016】
本発明によれば、微粒子材料と微粒子結合剤とを基板に噴射することにより、微粒子結合材が介在することによって、緻密で強固な微粒子材料からなる膜状形成体が形成される。
【0017】
前記微粒子結合剤がAl(OR)3(Rはアルキル基を示す。)の一般式で示されるアルミニウムアルコキシドであって、前記噴射工程の前に、前記微粒子材料をアルミニウムアルコキシドにより表面処理を行う工程を備える。微粒子材料をアルミニウムアルコキシドにより表面処理を行うことにより、容易に厚膜を形成することができる。
【0018】
また、前記微粒子結合剤が酸化アルミニウム膜であって、前記噴射工程の前に、化学気相成長法を用いて酸化アルミニウム膜を前記微粒子材料の表面に形成する工程を備えてもよく、前記微粒子結合剤は粒子状材料であり、前記微粒子材料と微粒子結合剤を予め混合する工程を備えてもよく、または前記噴射工程において前記微粒子材料と微粒子結合剤を異なるノズルより噴射してもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
本願発明者は種々の検討によりエアロゾルデポジション法(以下、「AD法」と称する。)に用いられる微粒子材料をアルミニウム化合物又は鉛系化合物により表面処理し、あるいは微粒子表面に薄膜を形成し、粒子材料のアルミニウム化合物又は鉛系化合物を微粒子材料に添加する等により、様々な微粒子材料の厚膜を安定的に形成できることを見出した。図1は、本発明に係る表面処理済みのTiO2微粒子材料を用いてAD法により形成したTiO2膜の破断面SEM写真である。このTiO2膜は、微粒子結合剤としての表面処理剤にアルミニウムアルコキシドの一種であるアルミニウムイソプロポキシドを用いてTiO2微粒子材料を表面処理し、膜厚を数十μmに設定したものである。図2は本発明によらない、表面処理をしていないTiO2微粒子材料を用いて図1と同様の条件により成膜したTiO2膜(膜厚10μm)の破断面SEM写真である。
【0020】
図1を参照すると、本発明に係る構造体を構成するTiO2膜は、微粒子の粒界が融着しているような不明瞭な境界を示している。微粒子が微粒子結合剤を介して相互に強く結合していることが分かる。微粒子結合剤の機能としては、(1)微粒子結合剤自体が融着して微粒子同士を結合させる結合作用、(2)微粒子結合材が微粒子表面を活性にさせるための触媒的作用、(1)及び(2)の両方の作用が推察される。形成された膜状形成体は緻密であり基板との密着強度が極めて高いという特徴を有している。
【0021】
一方、図2を参照すると、本発明によらない構造体を構成するTiO2膜の破断面は、個々の微粒子が明確に認められ、形成された膜が脆弱であり、容易に引っ掻きキズ等が付いてしまうことが確認されている。さらに、膜厚30μm程度の厚膜を形成しようとしても、成膜時間を単に延長をするだけでは膜厚が30μmに達しなかった。
【0022】
したがって、本発明の膜状形成体を含む構造体は、基体と、基体上に従来と比較して緻密かつ強固な膜質を有し、基体との密着強度の高い膜状形成体が形成されてなるものである。膜状形成体はAD法により形成され微粒子材料と微粒子結合剤とを含むものである。
【0023】
本発明の構造体を構成する基体としては、ガラス、金属、セラミックス、半金属の材料の他、これらの材料の融点より一般的に低い軟化点を有する樹脂材料が挙げられる。AD法では樹脂材料であっても微粒子材料は基体の極表層のみと結合するので、基体に対して変形などの損傷を与えることがない。
【0024】
本発明に用いられる微粒子材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化クロム、酸化ハフニウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化レニウムなどの酸化物、及びこれらを含む酸化物、ダイヤモンド、炭化硼素、炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化クロム、炭化タングステン、炭化モリブデン、炭化タンタルなどの炭化物が挙げられる。
【0025】
さらに、本発明に用いられる微粒子材料としては、窒化硼素、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ニオブ、窒化タンタルなどの窒化物、硼素、硼化アルミニウム、硼化珪素、硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化バナジウム、硼化ニオブ、硼化タンタル、硼化クロム、硼化モリブデン、硼化タングステンなどの硼化物が挙げられる。
【0026】
またさらに、本発明に用いられる微粒子材料としては、Cu、Ag、Au、Pt、Pd、Al又はこれらの元素からなる合金を含む金属材料、シリコン、ゲルマニウム、あるいはこれらに燐などの各種ドープ物質を添加した半金属物質、ガリウム砒素、インジウム砒素、硫化カドミウムなどの半導体化合物などが挙げられる。
【0027】
またさらに、本発明に用いられる微粒子材料としては、ペロブスカイト構造を有する酸化物セラミックス、例えば、Pb系のPbTiO3、PbZrO3、(Pb1−yLay)(Zr1−xTix)O3(0≦x、y≦1)の一般式で示されるPLZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba系のBaTiO3、BaTi4O9、Ba2Ti9O20、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Ta2/3)O3、Ba(Co1/3Nb2/3)O3、Ba(Ni1/3Ta2/3)O3、(Ba1−xSrx)TiO3、ZrSnTiO4、CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3、SrVO3、CaVO3、LaTiO3、SrMoO3、CaMoO3、SrCrO3、CaCrO3、LaVO3、GdVO3、SrMnO3、CaMnO3、NiCrO3、BiCrO3、LaCrO3、LnCrO3、SrRuO3、CaRuO3、SrFeO3、BaRuO3、LaMnO3、LnMnO3、LaFeO3、LnFeO3、LaCoO3、LaRhO3、LaNiO3、PbRuO3、Bi2Ru2O7、LaTaO3、BiRuO3など、サイアロン、サーメットなどの高靭性セラミックス、水酸アパタイト、燐酸カルシウムなどの生体適合性セラミックスが挙げられる。
【0028】
これらの微粒子材料は単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。また微粒子の平均粒径は、10nm〜1μmの範囲に設定される。10nmより小さいと基板への密着強度が低く、1μmより大きいと連続膜が形成しにくくなり脆弱な膜になってしまう。
【0029】
本発明に用いられる微粒子結合剤は、本願発明者の種々の検討によりアルミニウム系化合物又は鉛系化合物を用いることができる。微粒子結合剤として用いることができる。前記アルミニウム系化合物としては、Al2O3、LiAlO2、MgAl2O4、CaAl2O4、SrAl2O4、BaAl2O4、Y3Al5O12、AlN、Al2O3・nH2O、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、アルミニウムアルコキシド(Al(OR)3(R:アルキル基))、ムライト(3Al2O3・2SiO2)、スピネル(MgO・Al2O3)、コージエライト(2Al2O3・2MgO・5SiO2)、アノーサイト(CaO・Al2O3・2SiO2)、ゲーレナイト(2CaO・Al2O3・SiO2)等が挙げられる。これらのアルミニウム化合物のうち、Al2O3、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、アルミニウムアルコキシド(Al(OR)3(R:アルキル基))が好適である。
【0030】
さらに、アルミニウムアルコキシドとしては、例えばアルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリ−n−プロポキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリ−n−ブトキシド、アルミニウムトリ−sec−ブトキシド、アルミニウムトリ−tert−ブトキシド、モノsecブトキシアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリエトキシエトキシエトキシド、アルミニウムフェノキシド等が挙げられる。
【0031】
また、前記鉛系化合物としては、Pb2FeNbO6、Pb2FeTaO6、Pb2YbNbO6、Pb2YbTO6、Pb2LuNbO6、Pb2LuTaO、Pb3MgNb2O9、Pb3NiNb2O9、Pb3NiTa2O9、Pb3ZnNb2O9、Pb3Fe2WO9、Pb2CdWO6、PbTiO3、PbZrO3、PbSnO3、PbHfO3、Pb(Zr1−xTix)O3等が挙げられる。
【0032】
微粒子結合剤は、後述する実施例において説明するように、微粒子材料の表面処理剤、表面被覆剤、又は粒子形態の混合剤として用いられ、さらに、微粒子材料と同時にあるいは交互に噴射される。
【0033】
微粒子結合剤は、微粒子結合剤に微粒子材料を加えた重量を基準(100質量%)として、0.1質量%〜50質量%の範囲に設定されることが好ましい。0.1質量%より少ないと厚膜が脆くなるか、厚膜自体が形成されず、50質量%を超えると緻密かつ強固な厚膜は形成されるものの、微粒子材料の特性よりも微粒子結合剤の特性が顕著となってしまう。更に好ましくは0.1質量%〜20質量%に設定される。
【0034】
(微粒子材料の表面処理)
微粒子結合剤であるアルミニウムアルコキシドによる微粒子材料の表面処理の方法について説明する。
【0035】
上述した微粒子材料を、アルミニウムアルコキシドと混合・接触させることにより表面処理を行う。この表面処理は、例えば予め微粒子材料を含む懸濁液を準備しておいて、この懸濁体液にアルミニウムアルコキシドを混合することにより行われる。
【0036】
微粒子材料を含む懸濁液を調製するために用いる溶媒としては、有機溶媒が好ましく、例えば、アルコール類、ケトン類、脂肪族および芳香族のカルボン酸エステル類、エーテル類、エーテルエステル類、脂肪族および芳香族の炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類のほか、鉱物油、植物油、ワックス油、シリコーン油等を挙げることができる。汎用性の点から好ましい溶媒としては、常圧に於ける沸点が40℃〜250℃である、アルコール類、脂肪族および芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、芳香族および脂肪族カルボン酸エステル類、ケトン類、(環状)エーテル類、エーテルエステル類、水から選ばれる1種または2種以上の混合溶媒である。上記溶媒としては、たとえば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トルエン、キシレン、ベンゼン、シクロヘキサン、n−ヘキサン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン等を挙げることができ、これらの溶媒が1種または2種以上使用される。
【0037】
アルミニウムアルコキシドは、これらを溶解し得る有機溶媒を用いて、有機溶媒とアルミニウムアルコキシドの重量の和を基準(100質量%)として、例えば、5〜50質量%程度に希釈して使用することが好ましい。微粒子材料を含む懸濁液とアルミニウムアルコキシドを混合する際は、攪拌下で、温度条件は50℃以上が好ましく、100℃以上で10分間以上加熱することがさらに好ましい。混合した後の懸濁液は、濃縮乾固や遠心分離で溶媒を除去した後、加熱乾燥して粉体として取り出す。さらにジェットミル等を用いて破砕してもよい。以上によりアルミニウムアルコキシドにより表面処理された微粒子材料が得られる。
【0038】
さらに、微粒子材料の表面のアルミニウムアルコキシドを焼成によりAl2O3膜に変換してもよい。大気中で焼成の温度条件は900℃〜1200℃、時間は5分から120分に設定する。以上によりAl2O3膜により被覆された微粒子材料が得られる。
【0039】
(微粒子材料のCVD酸化アルミニウム膜による被覆処理)
次に、CVD法によって微粒子材料表面にAl2O3膜を形成する方法について説明する。
【0040】
先ず、減圧可能な容器に、プロセスガスとして、H2ガスをキャリアガスとして昇華させたAlCl3ガス(AlCl3/H2ガス)と、H2ガスと、CO2とを導入する。一方、微粒子材料を微粒子材料用キャリアガスを用いてエアロゾルを形成して容器内に噴射させる。容器内を700℃〜1250℃に加熱することにより熱分解させて微粒子の表面にAl2O3膜を形成する。上記のガスはAlCl3/H2ガス、H2ガス、CO2ガスの流量をそれぞれ200mL/分〜800mL/分、100mL/分〜500mL/分、100mL/分〜300mL/分に設定する。次いで、容器内に蓄積された、Al2O3膜被覆微粒子材料を捕集する。
【0041】
また、他のプロセスガス、例えば、N2ガスをキャリアガスとして昇華させたAl(i−OC3H7)3ガス(Al(i−OC3H7)3/N2ガスとN2ガスを用いて、容器内を300℃〜600℃に加熱することにより熱分解させて微粒子の表面にAl2O3膜を形成する。AlCl3の場合より加熱温度を低く設定することができる。上記のガスはAl(i−OC3H7)3/N2、N2ガスの流量をそれぞれ200mL/分〜400mL/分、100mL/分〜300mL/分に設定する。以上によりAl2O3膜が被覆された微粒子材料を得ることができる。
【0042】
ここで本発明に係る構造体を構成する膜状形成体を形成するための成膜装置について説明する。
【0043】
図3は、AD法を用いた成膜装置の概略構成図である。図3を参照するに、AD膜形成装置10は、大略、微粒子材料をエアロゾル化するエアロゾル発生器11と、エアロゾル化された微粒子のAD膜材料を噴射して基板上にAD膜を形成する成膜室12などから構成されている。
【0044】
エアロゾル発生器11には、ガスボンベ13及びマスフローコントローラ14が配管を介して接続されている。ガスボンベ13に充填された高圧のアルゴン等のキャリアガスをマスフローコントローラ14において制御する。エアロゾル発生器11の容器16内での微粒子の発塵量や成膜室12におけるエアロゾル化された微粒子の噴出量を制御することができる。キャリアガスは、アルゴンガスの他、ヘリウム、ネオン、窒素の不活性ガスを用いることができる。なお、微粒子材料としてペロブスカイト構造を有する酸化物セラミックスを用いる場合は、キャリアガスは酸化性のガス、例えば酸素や空気を用いてもよい。成膜の際に酸化物セラミックス微粒子材料の酸素欠損を補うことができる。
【0045】
また、エアロゾル発生器11には、超音波振動や電磁振動、機械的振動により微粒子を一次粒子化する振動機18が設けられている。一次粒子化により緻密かつ均一なAD膜を形成することができる。
【0046】
成膜室12には、エアロゾル発生器11から配管19を介して接続されたノズル20と、ノズル20と対向して基板17を保持する基板保持台21が設けられ、さらに、基板の位置を制御するXYZステージ22が基板保持台21に連結されている。また、成膜室12内の圧力を低圧とするためのメカニカルブースタ24とロータリポンプ25が接続されている。
【0047】
膜状形成体の材料となる平均粒径が10nm〜1μmの微粒子をエアロゾル発生器11に充填して、ガスボンベ13から、例えば19.6Pa〜49Pa(2〜5kg/cm2)の圧力のアルゴンガスをキャリアガスとして成膜室12に供給し振動機18により加振して、微粒子をエアロゾル化する。エアロゾル化された微粒子はキャリアガス共に、エアロゾル発生器11の容器16内の圧力より低圧に設定されている成膜室12に配管19を通じて搬送される。成膜室12においてノズル20からキャリアガスと共に微粒子が噴射され、ジェット流となって微粒子が基板17上に堆積する。噴射速度はノズル20の形状、導入されるキャリアガスの圧力及びエアロゾル発生器11内と成膜室12内との圧力差により制御することができ、3m/秒〜400m/秒(好ましくは200m/秒〜400m/秒)の範囲に設定される。この範囲に噴射速度を設定することにより、基板17上に密着強度が高い膜状形成体を形成することができる。微粒子が基板17との衝突の際に基板17の表面の汚染層や水分を除去して表面を活性化する。また、微粒子自体の表面も微粒子相互の衝突により同様に活性化される。その結果、微粒子が基板17の表面に結合し、さらに微粒子同士が結合するので密着強度が高く緻密な膜状形成体が形成される。なお、噴射速度が400m/秒より大となると基板17に損傷を与えるおそれがあり、3m/秒より小さいと十分な密着強度を確保することができない。
【0048】
なお、上記微粒子の速度の測定には、例えば、特開平2002−348677号公報に記載された方法と同様の方法を用いることができる。この方法は、微粒子を噴射するノズルと微粒子が堆積される基板との間に回転するスリットを配置し、スリットを通過する微粒子が基板に到達する位置により、微粒子の速度を求めるものである。以下本発明の実施例を説明する。
【0049】
[実施例1−1]
平均粒径0.25μmのTiO2微粒子材料(テイカ社製商品名JR)をイソプロピルアルコールに加え撹拌して懸濁液を準備し、この懸濁液にアルミニウムイソプロポキシドを混合して60℃に加熱して1時間撹拌した。
【0050】
次いで、遠心分離機により溶媒を除去した後、加熱乾燥して粉体として取り出し、1000℃において2時間焼成処理を行い、Al2O3被覆TiO2微粒子材料が得られた。TiO2微粒子材料とAl2O3膜の質量比を95:5とした。
【0051】
次いで、図3に示すAD法による成膜装置を使用して成膜を行った。Al2O3被覆TiO2微粒子材料を容器に充填し、圧力19.6Pa(2kg/cm2)の高純度窒素ガス(純度99.9%)をキャリアガスとして、キャリアガス流量4L/分に設定してエアロゾル化した。成膜室を5Pa〜10Paに、エアロゾル化したAl2O3被覆TiO2微粒子材料の流量を30g/時間に設定して30分間噴射し、ガラス基板上に膜厚約100μmのAl2O3含有TiO2膜を形成した。
【0052】
[実施例1−2〜1−15]
微粒子材料を図4の実施例1−2〜1−15に示す微粒子材料、TiO2微粒子材料の平均粒径、又はアルミニウムプロポキシドの被覆量を0.10質量%に替えた以外は実施例1−1と同様にして表面処理を行い成膜した。
【0053】
[比較例1]
アルミニウムプロポキシドの被覆量を0.08質量%とした以外は実施例1−1と同様にして表面処理を行い成膜した。
【0054】
[実施例1−16]
1000℃での焼成処理を行わなかった以外は実施例1−1と同様にして表面処理を行い成膜した。
【0055】
[実施例1−17]
平均0.35μmのベーマイト(γ−AlOOH)を2質量%被覆したTiO2微粒子材料(テイカ社製商品名JR600A)を用いた以外は実施例1−1と同様にして成膜した。
【0056】
[実施例2−1]
CVD法により平均粒径0.25μmのTiO2微粒子材料(テイカ社製商品名JR)の表面にAl2O3膜を形成した。具体的には、容器に、H2をキャリアガスとして昇華させたAlCl3ガス(AlCl3/H2ガス)と、H2ガスと、CO2とを導入し、一方、微粒子材料をCO2ガスをキャリアガスとして容器内に噴射させた。容器内の加熱温度を850℃に設定して、プロセスガスを熱分解させて微粒子の表面にAl2O3を形成した。プロセスガスはAlCl3/H2ガス、H2ガス、CO2ガスの流量をそれぞれ500mL/分、300mL/分、200mL/分に設定した。容器内に蓄積されたAl2O3膜より被覆されたTiO2微粒子材料を捕集した。TiO2微粒子材料とAl2O3膜の質量比を95:5とした。
【0057】
次いで、実施例1−1と同様の条件により、Al2O3膜より被覆されたTiO2微粒子材料をAD法により無酸素銅板上に膜厚100μmのAl2O3含有TiO2膜を形成した。
【0058】
[実施例2−2〜2−3]
微粒子材料を図5に示す微粒子材料と膜厚に替えた以外は実施例2−1と同様にして成膜した。
【0059】
[実施例3−1]
90質量部の平均粒径0.25μmのTiO2微粒子材料(テイカ社製商品名JR)に、微粒子結合剤として10質量部の平均粒径0.10μmのAl2O3粒子(高純度化学研究所社製)をホモジナイザー(奈良機械製)に入れ、500RPM、30分間撹拌し、次いでV字ブレンダ(タクミナ社製)を用いて1時間混合処理を行ない、TiO2微粒子材料とAl2O3粒子の混合物を得た。
【0060】
この混合物を実施例1−1と同様の条件を用いて無酸素銅板上に成膜を行った。膜厚約120μmのAl2O3含有TiO2膜が得られた。
【0061】
[実施例3−2]
95質量部の平均粒径0.80μmのAlN微粒子材料(トクヤマ社製グレードF)に、微粒子結合剤として5質量部の平均粒径0.50μmのPZT粒子をボールミルで10時間混合処理を行い、AlN微粒子材料とPZT粒子の混合物を得た。
【0062】
この混合物を実施例3−1と同様の条件を用いてガラス基板上に成膜を行った。膜厚約100μmのPZT含有AlN膜が得られた。
【0063】
[実施例4]
平均粒径0.25μmのTiO2微粒子材料(テイカ社製商品名JR)と平均粒径0.10μmのAl2O3粒子(高純度化学研究所社製)を用いてそれぞれを同時に噴射して成膜した。成膜装置は、図6に示す2系統の微粒子噴射手段を備えるものを用いた。
【0064】
図7は、AD法を用いた他の成膜装置の概略構成図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0065】
図7を参照するに、成膜装置40は、キャリアガスを供給するボンベ13A,13Bと、マスフローコントーラ14A,14Bと、エアロゾル発生器11A,11Bと、及び成膜室41内にノズル20A,20Bが2系統独立して設けられ、微粒子材料がノズル20A,20Bより同時にあるいは交互に噴出できるようになっている。
【0066】
この成膜装置40を使用してTiO2微粒子材料及び成膜を行った。TiO2微粒子材料及びAl2O3粒子をそれぞれのエアロゾル発生器11A,11Bの容器16A,126Bに充填し、高純度窒素ガス(純度99.9%)のキャリアガスの圧力19.6Pa(2kg/cm2)、キャリアガス流量4l/分、TiO2微粒子材料及びAl2O3粒子の流量を20g/時間、成膜室を5Pa〜10Paに設定して30分間噴射し、Si基板上に膜厚約100μmのAl2O3含有TiO2膜を形成した。
【0067】
[実施例5]
実施例4と同様の材料と成膜装置を用いて、TiO2微粒子材料とAl2O3粒子を交互に5分間ずつ噴射を3回繰り返して合計30分間の成膜を行い、Si基板上に膜厚100μmのAl2O3/TiO2層状膜を形成した。
【0068】
(膜の吸水率の評価)
形成された膜の吸水率は、膜が形成された基板を水に1時間浸漬し、その前後の質量の差を膜の質量で割って求めた。膜の吸水率は0.5%以下を合格とした。
【0069】
形成された膜の吸水率を実施例について図4〜図6に示す。比較例1は吸水率が3%以上であるのに対し、実施例は何れの場合でも吸水率は0.1%以下を示した。このことから、実施例の膜は水が吸着するような空孔等がなく、緻密な膜が形成されていることが認められた。
【0070】
(膜の密着強度の評価)
形成された膜の基板に対する密着強度は、セバスチャン法を用いて測定した。このセバスチャン法は、本実施例の膜状形成体が形成された基板を固定し、膜状形成体の表面に密着試験子を接着剤で固定する。そして、密着試験子を引き上げて膜状形成体が基板から剥がれたときの密着試験子単位面積当りの引き上げ力(kg/mm2)の大きさを密着性の指標とするものであり、引き上げ力が大きいほど密着性が大きいことが示す。
【0071】
セバスチャン法による結果を実施例、比較例について図4〜図6に示す。比較例1では1.5kg/mm2以下であるのに対し、実施例では、4.0kg/mm2〜5.0kg/mm2以上と大きい。このことから、実施例では膜と基板との密着性が比較例に比べてかなり大きいことが認められた。このようにこれらの実施例により、微粒子材料にアルミニウム化合物または鉛系化合物を表面処理等により、緻密で強硬な膜質を有しかつ基板との密着強度の高い厚膜が形成できることが確認された。
【0072】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0073】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
(付記1) エアロゾルデポジション法により微粒子材料を基板上に噴射して形成される膜状形成体を含む構造体であって、
前記膜状形成体は微粒子結合剤を含むことを特徴とする膜状形成体を含む構造体。
(付記2) 前記微粒子結合剤はアルミニウム系化合物または鉛系化合物であることを特徴とする付記1記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記3) 前記アルミニウム系化合物が酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、またはアルミニウムアルコキシドであることを特徴とする付記2記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記4) 前記鉛系化合物がペロブスカイト構造を有することを特徴とする付記2記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記5) 前記微粒子材料は、酸化物材料、窒化物材料、炭化物材料、またはホウ化物材料であることを特徴とする付記1〜4のうち、いずれか一項記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記6) 前記酸化物材料は、ペロブスカイト構造を有する酸化物セラミックスであることを特徴とする付記5記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記7) 微粒子材料は金属材料よりなることを特徴とする付記1〜4のうち、いずれか一項記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記8) 前記膜状形成体の厚さが5μm〜1mmの範囲に設定されることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記9) 前記基板は樹脂材料よりなり、
前記樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系共重合体及びファイバガラスの群のうちいずれか1つの材料よりなることを特徴とする付記1〜8のうちいずれか一項記載の膜状形成体を含む構造体。
(付記10) エアロゾルデポジション法による膜状形成体を含む構造体の形成方法であって、
微粒子材料と微粒子結合剤とを基板に噴射する噴射工程を備えることを特徴とする膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記11) 前記微粒子結合剤はアルミニウム系化合物または鉛系化合物であることを特徴とする付記10記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記12) 前記微粒子結合剤は微粒子材料の表面に被覆されてなることを特徴とする付記10または11記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記13) 前記微粒子結合剤がAl(OR)3(Rはアルキル基)の一般式で示されるアルミニウムアルコキシドであって、
前記噴射工程の前に、前記微粒子材料をAl(OR)3(Rはアルキル基)の一般式で示されるアルミニウムアルコキシドにより表面処理を行う工程を備えることを特徴とする付記10〜12のうち、いずれか一項記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記14) 前記表面処理を行う工程の後に、
前記アルミニウムアルコキシドを酸化アルミニウム膜に変換する焼成工程をさらに備えることを特徴とする付記13記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記15) 前記微粒子結合剤が酸化アルミニウム膜であって、
前記噴射工程の前に、化学気相成長法を用いて酸化アルミニウム膜を前記微粒子材料の表面に形成する工程を備えることを特徴とする付記10〜12のうち、いずれか一項膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記16) 前記微粒子結合剤は粒子状材料であり、
前記微粒子材料と微粒子結合剤を予め混合する工程を備えることを特徴とする付記10または11記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記17) 前記微粒子結合剤は粒子状材料であり、
前記噴射工程において前記微粒子材料と微粒子結合剤を異なるノズルより噴射することを特徴とすることを特徴とする付記10または11記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
(付記18) 前記微粒子材料と微粒子結合剤との質量比が、微粒子材料:微粒子結合剤=99.9:0.1〜50:50の範囲に設定されることを特徴とする付記10〜17のうち、いずれか一項記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
【0074】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、微粒子材料を微粒子結合剤により表面処理等することにより、緻密で強固な膜質を有し、基体との密着強度の優れた膜状形成体を含む構造体及びその形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る構造体を構成するTiO2膜の破断面SEM写真である。
【図2】本発明によらない構造体を構成するTiO2膜の破断面SEM写真である。
【図3】AD法を用いた成膜装置の概略構成図である。
【図4】本発明に係る実施例1及び本発明によらない比較例1の条件及び評価結果を示す図である。
【図5】本発明に係る実施例2の条件及び評価結果を示す図である。
【図6】本発明に係る実施例3及び4の条件及び評価結果を示す図である。
【図7】AD法を用いた他の成膜装置の概略構成図である。
【符号の説明】
10,40 AD膜形成装置
11,11A,11B エアロゾル発生器
12,12A,12B 成膜室
13,13A,13B ガスボンベ
14,14A,14B マスフローコントローラ
16,16A,16B 容器
17 基板
18,18A,18B 振動機
20,20A,20B ノズル
Claims (8)
- エアロゾルデポジション法により微粒子材料を基板上に噴射して形成される膜状形成体を含む構造体であって、
前記膜状形成体は微粒子結合剤を含むことを特徴とする膜状形成体を含む構造体。 - 前記微粒子結合剤はアルミニウム系化合物または鉛系化合物であることを特徴とする請求項1記載の膜状形成体を含む構造体。
- 前記アルミニウム系化合物が酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、またはアルミニウムアルコキシドであることを特徴とする請求項2記載の膜状形成体を含む構造体。
- エアロゾルデポジション法による膜状形成体を含む構造体の形成方法であって、
微粒子材料と微粒子結合剤とを基板に噴射する噴射工程を備えることを特徴とする膜状形成体を含む構造体の形成方法。 - 前記微粒子結合剤がAl(OR)3(Rはアルキル基を示す)の一般式で示されるアルミニウムアルコキシドであって、
前記噴射工程の前に、前記微粒子材料をアルミニウムアルコキシドにより表面処理を行う工程を備えることを特徴とする請求項4記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。 - 前記微粒子結合剤が酸化アルミニウム膜であって、
前記噴射工程の前に、化学気相成長法を用いて酸化アルミニウム膜を前記微粒子材料の表面に形成する工程を備えることを特徴とする請求項4または5記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。 - 前記微粒子結合剤は粒子状材料であり、
前記微粒子材料と微粒子結合剤を予め混合する工程を備えることを特徴とする請求項4または5記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。 - 前記微粒子結合剤は粒子状材料であり、
前記噴射工程において前記微粒子材料と微粒子結合剤を異なるノズルより噴射することを特徴とすることを特徴とする請求項4または5記載の膜状形成体を含む構造体の形成方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003137399A JP4088199B2 (ja) | 2003-05-15 | 2003-05-15 | 膜状形成体を含む構造体の形成方法 |
US10/820,114 US7579251B2 (en) | 2003-05-15 | 2004-04-08 | Aerosol deposition process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003137399A JP4088199B2 (ja) | 2003-05-15 | 2003-05-15 | 膜状形成体を含む構造体の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004339565A true JP2004339565A (ja) | 2004-12-02 |
JP4088199B2 JP4088199B2 (ja) | 2008-05-21 |
Family
ID=33527071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003137399A Expired - Lifetime JP4088199B2 (ja) | 2003-05-15 | 2003-05-15 | 膜状形成体を含む構造体の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4088199B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006090571A1 (ja) * | 2005-02-22 | 2006-08-31 | Konica Minolta Opto, Inc. | 発光ダイオードとその製造方法 |
JPWO2007083842A1 (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-18 | 日本電気株式会社 | 光学素子、光集積デバイス、および光情報伝搬システム |
US8080875B2 (en) | 2007-02-19 | 2011-12-20 | Fujitsu Limited | Interconnection substrate and semiconductor device, manufacturing method of interconnection substrate |
US8636846B2 (en) | 2007-06-29 | 2014-01-28 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Aerosol-generating apparatus, film-forming apparatus, and aerosol-generating method |
CN115073202A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-09-20 | 浙江大学 | 一种基于粘结剂喷射的梯度孔结构陶瓷膜及其制备方法和应用 |
-
2003
- 2003-05-15 JP JP2003137399A patent/JP4088199B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006090571A1 (ja) * | 2005-02-22 | 2006-08-31 | Konica Minolta Opto, Inc. | 発光ダイオードとその製造方法 |
JPWO2007083842A1 (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-18 | 日本電気株式会社 | 光学素子、光集積デバイス、および光情報伝搬システム |
JP5024954B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2012-09-12 | 日本電気株式会社 | 光学素子、光集積デバイス、および光情報伝搬システム |
US8080875B2 (en) | 2007-02-19 | 2011-12-20 | Fujitsu Limited | Interconnection substrate and semiconductor device, manufacturing method of interconnection substrate |
US8636846B2 (en) | 2007-06-29 | 2014-01-28 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Aerosol-generating apparatus, film-forming apparatus, and aerosol-generating method |
CN115073202A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-09-20 | 浙江大学 | 一种基于粘结剂喷射的梯度孔结构陶瓷膜及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4088199B2 (ja) | 2008-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7579251B2 (en) | Aerosol deposition process | |
US6358567B2 (en) | Colloidal spray method for low cost thin coating deposition | |
EP1046484B1 (en) | Method of forming shaped body of brittle ultra fine particle at low temperature | |
KR100983952B1 (ko) | 복합구조물 | |
JP4854445B2 (ja) | Cmpコンディショナおよびその製造方法 | |
KR20110028378A (ko) | 지르코니아 막의 성막 방법 | |
JP4491214B2 (ja) | キャパシタ素子 | |
KR20140003336A (ko) | 성막 방법 | |
JP2000328223A (ja) | 積層構造体及びその原料粉、及び、圧電アクチュエータ | |
JP2007246937A (ja) | 成膜装置及び電子部品の製造方法 | |
JP2007023379A (ja) | 成膜方法及び構造物 | |
JP4088199B2 (ja) | 膜状形成体を含む構造体の形成方法 | |
Cho et al. | Growth of Al2O3–PTFE composite film at room temperature by aerosol deposition method | |
JP4077372B2 (ja) | 成膜装置 | |
JP5617291B2 (ja) | エアロゾルデポジション装置及びエアロゾルデポジション方法 | |
TWI307727B (ja) | ||
JP2009202129A (ja) | 成膜方法 | |
JP7339538B2 (ja) | 金属セラミックス積層体 | |
JP2011084787A (ja) | ジルコニア膜の成膜方法 | |
JP5778373B2 (ja) | 成膜方法 | |
EP1583163B1 (en) | Method for manufacturing film or piezoelectric film | |
JP2006193785A (ja) | エアロゾルデポジッション成膜装置 | |
US7179718B2 (en) | Structure and method of manufacturing the same | |
KR100659919B1 (ko) | 에어로졸 증착방법을 이용한 수처리용 필터 제조 방법과,그를 통해 얻어진 수처리용 필터 | |
JP2006144054A (ja) | エアロゾルデポジッション成膜装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060424 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071009 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080109 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080222 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110228 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4088199 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120229 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130228 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140228 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |