JP2008181796A - 透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】透明導電性材料表面乃至は内部の導電率制御を、位置選択的又は空間選択的に行うことにより、透明導電性材料を基礎とした高効率電波吸収ガラスデバイス等の作製法を確立する。
【解決手段】基板１上の透明導電性材料としてのＳｎＯ_２：Ｆ膜２表面にはマスク４が配置されている。合成石英製入射窓６はマスク４上に密着して配置され、基板１と合成石英製入射窓６とで挟まれた開口部４ａ内には水素を含む化合物としての水５が層状に形成されている。レーザー光３は、合成石英製入射窓６及び水５を介して透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜２表面に照射され、照射を受けた膜２の部分の導電率が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイスに係り、とくに透明導電性材料表面乃至は内部に、水素ガス又は水素を含む化合物を介して光照射することにより、従来困難とされてきた透明導電性材料表面乃至は内部の導電率制御を、位置選択的あるいは空間選択的に行うことが可能な透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイスに関する。

透明導電性材料は、ディスプレイや太陽電池など、エレクトロニクスやオプトエレクトロニクス分野のデバイスとして広く用いられている。また最近、透明導電性材料をシリカガラス基板上に形成し、それを電波吸収ガラスとして利用する要請が強い。しかし従来の技術では、透明導電性材料表面乃至は内部の導電率制御を、位置選択的あるいは空間選択的に行うことが困難であった。このことが、電波吸収ガラスを含むデバイスの高効率化を制限していた。

透明導電性材料表面乃至は内部の導電率制御を、位置選択的あるいは空間選択的に行うことにより、透明導電性材料を基礎とした高効率電波吸収ガラス等のデバイスの作製法の確立を課題とする。

そこで、本発明は、上記の点に鑑み、透明導電性材料表面乃至は内部に、水素ガス又は水素を含む化合物を介して光照射することにより、位置選択的あるいは空間選択的に導電率を変化させることを可能とした透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイスを提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規の特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明のある態様の透明導電性材料の導電率制御法は、透明導電性材料表面乃至は内部に、水素ガス又は水素を含む化合物を介して光照射することにより、導電率を変化させることを特徴としている。

前記透明導電性材料の導電率制御法において、前記透明導電性材料表面にマスクを配し、前記マスクの開口部に存在する前記水素ガス又は水素を含む化合物を通して光照射し、位置選択的に導電率を変化させてもよい。

前記透明導電性材料の導電率制御法において、透明導電性材料表面又は内部に光集束手段を通して光照射し、位置選択的又は空間選択的に導電率を変化させてもよい。

本発明の別の態様のデバイス作製法は、透明導電性材料の導電率制御法により、位置選択的又は空間選択的に前記透明導電性材料表面乃至は内部の導電率を変化させることを特徴としている。

本発明の別の態様のデバイスは、前記透明導電性材料のデバイス作製法により、位置選択的又は空間選択的に前記透明導電性材料表面乃至は内部の導電率を変化させたことを特徴としている。

本発明によれば、透明導電性材料表面乃至は内部に、水素ガス又は水素を含む化合物を介して光照射することにより、従来困難とされてきた透明導電性材料表面乃至は内部の導電率を制御することが可能である。

また、光を部分的に透過させるマスクや光集束手段等を用いることで、位置選択的（２次元選択的）あるいは空間選択的（３次元選択的）に導電率を変化させることが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイスの実施の形態を図面に従って説明する。

図１で本発明に係る透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイスの実施の形態を示す。

図１（Ａ）は、透明導電性材料表面の導電率を制御する場合の実施の形態１で用いる実験概略構成であり、透明なシリカガラス基板１上の透明導電性材料としてのＳｎＯ_２：Ｆ膜（フッ素ドープＳｎＯ_２膜）２表面にはマスク４が密着配置されている。マスク４は開口部４ａを除きレーザー光３を遮断できる金属薄板あるいはシリカガラス基板１の表面に蒸着等で形成された金属膜等である。合成石英製入射窓６はマスク４上に密着して配置され（マスク４が薄板の場合、それを押さえる役目もある）、シリカガラス基板１と合成石英製入射窓６とで挟まれた開口部４ａ内には水素を含む化合物としての水（Ｈ_２Ｏ）５が層状に形成されている。レーザー光３は、合成石英製入射窓６及び水５を介して透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜２表面に照射される。

レーザー光３の波長は、水５に吸収されて水素（原子又はイオン）を放出しかつ透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜２にも吸収される紫外線領域の波長帯が望ましい。また、レーザー光３のエネルギー密度はレーザーアブレーションが起きない弱いレーザー光であることが好ましい。

マスク４の開口部４ａを通してレーザー光３が照射された透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜２の部分は電気抵抗が増大（導電率が低下）する。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 透明導電性材料としてのＳｎＯ_２：Ｆ膜２の表面にマスク４を配し、マスク４の開口部４ａに存在する水素を含む化合物としての水５を通して光照射することで、位置選択的にＳｎＯ_２：Ｆ膜２の導電率を変化させて、導電率制御が可能である。すなわち、所望の開口部形状のマスク４を用いることにより、開口部位置で規定された所望の位置に、開口部形状及び大きさで規定された所望の形状及び大きさの抵抗増大部分（導電率低下部分）を形成できる。

(2) 従って、所望の導電率パターンを有する透明導電膜を有するデバイス作製法を提供でき、また所望の導電率パターンを有する透明導電膜の透明デバイスを実現可能である。

図１（Ｂ）は、透明導電性材料内部の導電率を制御する場合の実施の形態２で用いる実験概略構成であり、透明なシリカガラス基板１上の透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆナノ微粒子膜あるいは透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ多孔性膜７と合成石英製入射窓６との間には水５が層状に形成されている。レーザー光３は、光集束手段としてのレンズ８を用い、合成石英製入射窓６及び水５を介して、透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆナノ微粒子膜あるいは透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ多孔性膜７内部（又は表面）に集光照射される。

ここで、透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆナノ微粒子膜あるいは透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ多孔性膜７は、内部にも水５が浸透可能な材質である。

また、透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆナノ微粒子膜あるいは透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ多孔性膜７はレーザー光３の光源に対して、相対的に精密に三次元的に微動可能であり、結果的にレーザー光３が精密に三次元的に走査されるようになっている。

この実施の形態２によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 透明導電性材料としての透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆナノ微粒子膜あるいは透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ多孔性膜７の内部の導電率を、レーザー光３を走査することで、位置選択的及び空間選択的に制御することができる。

(2) レーザー光３の焦点位置を、透明導電性材料としての透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆナノ微粒子膜あるいは透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ多孔性膜７の表面に合わせることにより、所望の位置に、所望の形状及び大きさで、透明導電性材料表面の導電性を制御することもできる。

(3) 従って、位置選択的及び空間選択的に透明導電性材料の導電率を制御したデバイス作製法を提供でき、また位置選択的及び空間選択的に透明導電性材料の導電率を制御した透明デバイスを実現可能である。

なお、上記の各実施の形態では、水素を含む化合物として水を例示したが、光を吸収して水素（原子又はイオン）を放出するものであればよく、メチルアルコール、エチルアルコール等も使用可能である。また、各実施の形態において、水素を含む化合物（液体又は固体）を使用する場合、周囲の雰囲気は大気（又は非反応性の気体）であればよいが、大気雰囲気の代わりに水素ガス雰囲気や水蒸気等の水素を含む化合物の気体雰囲気中としてもよく、この場合には水素を含む化合物（液体又は固体）を設ける必要はない。

前記透明導電性材料として、ＳｎＯ_２：Ｆ以外の材料（例えば、Ｆ以外をドープしたＳｎＯ_２等）も使用可能であり、水素（原子又はイオン）により導電率が変化する材料を使用可能である。

水素ガス又は水素を含む化合物に吸収されて水素（原子又はイオン）を放出させ、かつ透明導電性材料にも吸収される紫外線領域の波長帯のランプ光源をレーザー光源の代わりに使用可能である（強力なエネルギー密度を必要としないため）。

以下、本発明に係る透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイスを実施例で詳述する。

図１（Ａ）の実験概略構成において、レーザー光３として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いた。レーザー光照射部分でのエネルギー密度は、約２０ｍＪ／ｃｍ^２／pulse一定とした。また、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ一定とした。レーザー光照射時間は３０分及び４５分であった。シリカガラス基板１上の透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜２の膜厚は、約１．２μｍであった。実験は大気中で行った。

図２は、レーザー光照射時間と透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜の抵抗との関係を示すグラフである。レーザー光照射前の透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜の抵抗は、測定距離１０ｍｍ（膜に接触させた２本の針の距離）において約２０Ωであった。３０分のレーザー光照射後、その抵抗は約４００Ωまで上昇した。そして、レーザー光照射４５分後では約１０ｋΩを示すようになり、膜の平均可視透過率は概ね維持したまま、抵抗を約３桁の範囲で制御できることが判明した。

前記４５分でレーザー光照射された試料の膜厚を、触針式段差計により測定した結果、露光部分の膜厚変化は認められなかった。

なお、比較のために、水を介在させず、前記同一条件でＡｒＦエキシマレーザーを照射した結果、透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜の抵抗変化は認められなかった。

従って、実施例にて述べた導電率制御方法は、表面に段差の無い、所定の導電率パターンのデバイス作製法として利用でき、そのデバイス作製法により、表面に段差の無い、所定の導電率パターンの透明デバイスを得ることができる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明によれば、透明導電性材料表面乃至は内部の導電率を、位置選択的あるいは空間選択的に変化させることにより、例えば透明導電性材料を基礎とした高効率電波吸収ガラスデバイスの作製法を確立でき、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、フォトニクスあるいはバイオ/メディカル分野でのデバイス作製の基盤技術として利用可能であるなど多機能マイクロ/ナノデバイス作製のための必要不可欠な技術となる。また本発明は、これら分野にとどまらず、今後マイクロ・ナノマシーニング技術を利用して発展するデバイス作製の分野に多大に利用可能である。

本発明に係る透明導電性材料の導電率制御法、デバイス作製法及びデバイスの実施の形態であって、（Ａ）はマスクを用いる実施の形態１、（Ｂ）は光集束手段としてのレンズを用いる実施の形態２を示す構成図である。 本発明の実施例において、レーザー光照射時間と、透明導電性材料としてのＳｎＯ_２：Ｆ膜（フッ素ドープＳｎＯ_２膜）の抵抗との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ シリカガラス基板
２ 透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ膜
３ レーザー光
４ マスク
５ 水（Ｈ_２Ｏ）
６ 合成石英製入射窓
７ 透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆナノ微粒子膜あるいは透明導電性ＳｎＯ_２：Ｆ多孔性膜
８ レンズ

Claims (5)

1. 透明導電性材料表面乃至は内部に、水素ガス又は水素を含む化合物を介して光照射することにより、導電率を変化させることを特徴とする透明導電性材料の導電率制御法。
2. 前記透明導電性材料表面にマスクを配し、前記マスクの開口部に存在する前記水素ガス又は水素を含む化合物を通して光照射し、位置選択的に導電率を変化させる請求項１記載の透明導電性材料の導電率制御法。
3. 透明導電性材料表面又は内部に光集束手段を通して光照射し、位置選択的又は空間選択的に導電率を変化させる請求項１記載の透明導電性材料の導電率制御法。
4. 請求項１記載の透明導電性材料の導電率制御法により、位置選択的又は空間選択的に前記透明導電性材料表面乃至は内部の導電率を変化させることを特徴とするデバイス作製法。
5. 請求項４記載の透明導電性材料のデバイス作製法により、位置選択的又は空間選択的に前記透明導電性材料表面乃至は内部の導電率を変化させたことを特徴とするデバイス。

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