JP2010059029A

JP2010059029A - Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法及びデバイス

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Publication number: JP2010059029A
Application number: JP2008228756A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ogoshi; 昌幸大越; Shigemi Inoue; 成美井上
Original assignee: TECH RES DEV INST MINI DEFENCE; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Current assignee: TECH RES DEV INST MINI DEFENCE; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: JP4834845B2

Abstract

【課題】材料接合の際に、熱による局所的な変質や変形等の欠陥を生じさせず、かつ接合層が発光性、受光性など電気的あるいは光学的機能性を有するような、新規接合法を確立する。
【解決手段】波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満あるいは波長２６６ｎｍ以上の紫外光により、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を光化学的に白色発光層あるいは炭素層に改質する過程において、所望の被接合材料を接触させておくことにより、非熱的に材料を接合させる。かつ、それぞれの接合層（白色発光層及び炭素層）が、電気的あるいは光学的機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、材料の接合法に係り、とくにＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、所望の被接合材料を接触させ、その界面に波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満、あるいは波長２６６ｎｍ以上の光を照射することにより、熱による材料の変質、変形が皆無な非熱的接合を可能としたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法に関する。また、前記光化学接合法により接合された前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物と前記被接合材料との界面が発光層あるいは炭素層として機能するデバイスに関する。本発明は、光回路やマイクロ分析チップ等のマイクロ・ナノデバイス製作へ適用可能となる等、その用途は電気、電子のみならずあらゆる分野で有用である。

溶接とは一般に、２つ以上の金属部品を局所的に加熱溶融させることにより冶金的に接合させることをいう。接合強度が強く、材料の形状や材質に関する制限が少ない等の多くの利点がある。従って、金属のみならず、ガラスやプラスチックにも適用されている接合方法である。しかし、熱による局所的な変質や変形等が生じる欠点があり、材料がガラスやプラスチックの場合や、さらには溶接スケールがミクロン領域と微小となる場合には、前記欠点がデバイス製作において致命的となる場合が多い。

材料接合の際に、熱による局所的な変質や変形等の欠陥を生じさせず、かつ接合層が発光性、受光性など電気的あるいは光学的機能性を有するような、新規接合法の確立を課題とする。

そこで、本発明は、上記の点に鑑み、熱による材料の変質、変形が皆無な非熱的接合を可能とし、かつ接合層が機能性を有するＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合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な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、本発明の第１の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、被接合材料を接触させ、前記化合物と前記被接合材料との界面に波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴としている。

本発明の第２の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、被接合材料を接触させ、前記化合物と前記被接合材料との界面に波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴としている。

本発明の第３の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製板を例とする板状透明材料を接触させ、前記化合物と前記板状透明材料との界面に、前記板状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴としている。

本発明の第４の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製角柱を例とする多角柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記多角柱状透明材料との界面に、前記多角柱状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴としている。

本発明の第５の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製光ファイバーを例とする円柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記円柱状透明材料との界面に、前記円柱状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴としている。

本発明の第６の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製微小球を例とする球状透明材料を接触させ、前記化合物と前記球状透明材料との界面に、前記球状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴としている。

本発明の第７の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製レンズを例とするレンズ状透明材料を接触させ、前記化合物と前記レンズ状透明材料との界面に、前記レンズ状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴としている。

本発明の第８の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製中空ファイバーを例とする中空透明材料を接触させ、前記化合物と前記中空透明材料との界面に、前記中空透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴としている。

本発明の第９の態様に係るデバイスは、第１、３、４、５、６、７又は８の態様の光化学接合法により接合されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物と被接合材料との界面が、発光層として機能することを特徴としている。

本発明の第１０の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製板を例とする板状透明材料を接触させ、前記化合物と前記板状透明材料との界面に、前記板状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴としている。

本発明の第１１の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製角柱を例とする多角柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記多角柱状透明材料との界面に、前記多角柱状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴としている。

本発明の第１２の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製光ファイバーを例とする円柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記円柱状透明材料との界面に、前記円柱状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴としている。

本発明の第１３の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製微小球を例とする球状透明材料を接触させ、前記化合物と前記球状透明材料との界面に、前記球状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴としている。

本発明の第１４の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製レンズを例とするレンズ状透明材料を接触させ、前記化合物と前記レンズ状透明材料との界面に、前記レンズ状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴としている。

本発明の第１５の態様に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製中空ファイバーを例とする中空透明材料を接触させ、前記化合物と前記中空透明材料との界面に、前記中空透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴としている。

本発明の第１６の態様に係るデバイスは、第２、１０、１１、１２、１３、１４又は１５の態様の光化学接合法により接合されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物と被接合材料との界面が、炭素層として機能することを特徴としている。

本発明によれば、熱による局所的な変質や変形等の欠陥を材料に生じさせず、かつ接合層が発光性、受光性など電気的あるいは光学的機能性を有するような、新規光化学接合法が確立でき、発光素子や受光素子など光部品をチップ上に高度に集積化できる等、光回路製作のための必要不可欠な技術となる。また本発明は、これら光エレクトロニクスの分野にとどまらず、マイクロ分析チップやその他マイクロ・ナノデバイス製作技術等、今後接合技術を利用して発展するデバイス製作のあらゆる分野に多大に利用可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合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（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製微小球を例とする球状透明材料２を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と球状透明材料２との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び球状透明材料２を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光Ｌ１を照射する。このとき、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての球状透明材料２とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合され、接合層としてＳｉＯ_Ｘ（但し、Ｘ＜２）が得られる。この接合層は、白色のフォトルミネセンスを示す白色発光層としても機能する。

波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光Ｌ１の照射には、例えばレーザー光の波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いることができ、光Ｌ１の照射は大気中で行えばよい。熱による局所的な変質や変形等の欠陥を材料に生じさせないために、光源がＡｒＦエキシマレーザーの場合、レーザー光照射部分でのエネルギー密度（フルエンス）は１００ｍＪ／ｃｍ^２未満が望ましい。球状透明材料２の材料としては、シリカガラスの他に、石英、サファイア、あるいはプラスチック等がある。

図１（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製光ファイバーを例とする円柱状透明材料５を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と円柱状透明材料５との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び円柱状透明材料５を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光Ｌ１を照射する。このとき、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光照射によって、固体状シリコーン１と被接合材料としての円柱状透明材料５とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合され、接合層としてＳｉＯ_Ｘ（但し、Ｘ＜２）が得られる。この接合層は、白色のフォトルミネセンスを示す白色発光層としても機能する。

円柱状透明材料５の材料としては、シリカガラスの他に、石英、サファイア、あるいはプラスチック等がある。

図１（Ｃ）は本発明の第３の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製中空ファイバーを例とする中空透明材料６を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と中空透明材料６との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び中空透明材料６を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光Ｌ１を照射する。このとき、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての中空透明材料６とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合され、接合層としてＳｉＯ_Ｘ（但し、Ｘ＜２）が得られる。この接合層は、白色のフォトルミネセンスを示す白色発光層としても機能する。

中空透明材料６の材料としては、シリカガラスの他に、石英、サファイア、あるいはプラスチック等がある。

図１（Ｄ）は本発明の第４の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製板を例とする板状透明材料７を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と板状透明材料７との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び板状透明材料７を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光Ｌ１を照射する。このとき、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての板状透明材料７とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合され、接合層としてＳｉＯ_Ｘ（但し、Ｘ＜２）が得られる。この接合層は、白色のフォトルミネセンスを示す白色発光層としても機能する。

板状透明材料７の材料としては、シリカガラスの他に、石英、サファイア、あるいはプラスチック等がある。

図１（Ｅ）は本発明の第５の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製角柱を例とする多角柱状透明材料８を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と多角柱状透明材料８との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び多角柱状透明材料８を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光Ｌ１を照射する。このとき、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての多角柱状透明材料８とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合され、接合層としてＳｉＯ_Ｘ（但し、Ｘ＜２）が得られる。この接合層は、白色のフォトルミネセンスを示す白色発光層としても機能する。

多角柱状透明材料８の材料としては、シリカガラスの他に、石英、サファイア、あるいはプラスチック等がある。

図１（Ｆ）は本発明の第６の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製レンズを例とするレンズ状透明材料９を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１とレンズ状透明材料９との界面（接触面）に、マスク３の隙間及びレンズ状透明材料９を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光Ｌ１を照射する。このとき、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としてのレンズ状透明材料９とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合され、接合層としてＳｉＯ_Ｘ（但し、Ｘ＜２）が得られる。この接合層は、白色のフォトルミネセンスを示す白色発光層としても機能する。

レンズ状透明材料９の材料としては、シリカガラスの他に、石英、サファイア、あるいはプラスチック等がある。

これらの第１乃至第６の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。

（１）波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光照射により、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１と被接合材料とが光化学接合される。このとき、光Ｌ１の照射エネルギー密度を適切値に保つことで、熱による局所的な変質や変形等の欠陥を材料に生じさせずに光化学接合が可能である。

（２）前記光化学接合法により接合された固体状シリコーン１と被接合材料との界面に形成された接合層が、白色のフォトルミネセンスを示す白色発光層として機能するデバイスを得ることができる。

図２（Ａ）は本発明の第７の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光（波長２６６ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光）を透過させるシリカガラス製微小球を例とする球状透明材料２を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と球状透明材料２との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び球状透明材料２を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光Ｌ２を照射する。このとき、波長２６６ｎｍ以上の紫外光の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての球状透明材料２とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合される。接合層としては炭素層が得られる。この炭素層は、受光性を示し、光入射により電気を発生する。

波長２６６ｎｍ以上の紫外光の光Ｌ２の照射には、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いることができ、光Ｌ２の照射は大気中で行えばよい。熱による局所的な変質や変形等の欠陥を材料に生じさせないために、光源がＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６６ｎｍ）の場合、レーザー光照射部分でのエネルギー密度（フルエンス）は２００ｍＪ／ｃｍ^２未満が望ましい。球状透明材料２の材料としては、シリカガラスの他に、石英、サファイア、あるいはプラスチック等がある。

図２（Ｂ）は本発明の第８の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製光ファイバーを例とする円柱状透明材料５を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と円柱状透明材料５との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び円柱状透明材料５を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光Ｌ２を照射する。このとき、波長２６６ｎｍ以上の紫外光の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての円柱状透明材料５とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合される。接合層としては炭素層が得られる。この炭素層は、受光性を示し、光入射により電気を発生する。

図２（Ｃ）は本発明の第９の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製中空ファイバーを例とする中空透明材料６を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と中空透明材料６との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び中空透明材料６を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光Ｌ２を照射する。このとき、波長２６６ｎｍ以上の紫外光の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての中空透明材料６とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合される。接合層としては炭素層が得られる。この炭素層は、受光性を示し、光入射により電気を発生する。

図２（Ｄ）は本発明の第１０の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製板を例とする板状透明材料７を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と板状透明材料７との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び板状透明材料７を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光Ｌ２を照射する。このとき、波長２６６ｎｍ以上の紫外光の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての板状透明材料７とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合される。接合層としては炭素層が得られる。この炭素層は、受光性を示し、光入射により電気を発生する。

図２（Ｅ）は本発明の第１１の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製角柱を例とする多角柱状透明材料８を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１と多角柱状透明材料８との界面（接触面）に、マスク３の隙間及び多角柱状透明材料８を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光Ｌ２を照射する。このとき、波長２６６ｎｍ以上の紫外光の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としての多角柱状透明材料８とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合される。接合層としては炭素層が得られる。この炭素層は、受光性を示し、光入射により電気を発生する。

図２（Ｆ）は本発明の第１２の実施の形態に用いる実験の装置概略であって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製レンズを例とするレンズ状透明材料９を被接合材料として接触させ、固体状シリコーン１とレンズ状透明材料９との界面（接触面）に、マスク３の隙間及びレンズ状透明材料９を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光Ｌ２を照射する。このとき、波長２６６ｎｍ以上の紫外光の光照射により、固体状シリコーン１と被接合材料としてのレンズ状透明材料９とが両者の界面に生じた光化学接合層により光化学接合される。接合層としては炭素層が得られる。この炭素層は、受光性を示し、光入射により電気を発生する。

これらの第７乃至第１２の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。

（１）波長２６６ｎｍ以上の紫外光Ｌ２の光照射により、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としての固体状シリコーン１と被接合材料とが光化学接合される。このとき、光Ｌ２の照射エネルギー密度を適切値に保つことで、熱による局所的な変質や変形等の欠陥を材料に生じさせずに光化学接合が可能である。

（２）前記光化学接合法により接合された固体状シリコーン１と被接合材料との界面に形成された接合層が、受光性を示す炭素層として機能するデバイスを得ることができる。

以下、本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法を実施例で詳述する。

図１（Ａ）の実験概略構成において、レーザー光源として、レーザー光の波長１９３ｎｍのＡｒＦ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（フルエンス）は、約１０〜３０ｍＪ／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。被接合材料となる球状透明材料２にはシリカガラス製微小球（直径２．５μｍ）を用い、固体状シリコーン１としてシリコーンゴム（厚さ２ｍｍ）を用い、シリカガラス製微小球をシリコーンゴム上に接触させた。レーザー光照射実験は大気中で行った。

図３は、微小球の接合率（レーザー光照射前後の微小球の残留数割合）とレーザー光照射時間との関係を示している。フルエンス２０ｍＪ／ｃｍ^２のとき、６０秒の照射を行うと接合率は１、つまりほぼ１００％の微小球が接合されることがわかった。

図４は、フルエンス２０ｍＪ／ｃｍ^２、照射時間をそれぞれ１０秒（上段に図示）及び３００秒（下段に図示）とした場合の、エタノールでの超音波クリーニング前後（(a)クリーニング前、(b)クリーニング後）の試料表面の光学顕微鏡写真である。クリーニング前においてはシリコーンゴム上の３０μｍ角領域にシリカガラス微小球が２次元的に整列されている。図中下段に示す３００秒照射後は微小球のほとんどが強く接合されていることがわかる。

試料の赤外吸収スペクトルを測定すると、ＡｒＦレーザーで改質されたシリコーン表面は、ＣＨ_３基の開裂とそれに伴う化学結合状態の変化が認められ、ＳｉＯ_Ｘ（但し、Ｘ＜２）層が得られた。このような光化学的な表面改質が、微小球接合の機構に寄与しているものと考えられる。

ＡｒＦレーザー光をより長い時間照射すると、微小球の接合は強く維持したまま、微小球下の接合層が白色のフォトルミネセンスを示すことが認められた。図５は、照射時間を３０分とし、その後試料（シリコーンゴム上の３０μｍ角領域にシリカガラス微小球が２次元的に整列されている）に別の紫外レーザー光を照射したときの写真である。図中、シリコーンゴム上に穴あき金属円板のマスクが置かれ、マスクの各穴の内側において多数の微小球とシリコーンゴムとの界面が接合層となって光っている。このように、ＡｒＦレーザーで改質された微小接合領域から、強い白色のフォトルミネセンスが確認できた。

ＡｒＦレーザーに代えて、図２（Ａ）のようにＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いると、光化学接合層となる改質層は炭素となることがラマンスペクトル測定よりわかった（照射条件はＡｒＦレーザー光と同様にした）。そして、シリコーンゴムとシリカガラス微小球とが光化学接合されることが判明した。

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。以下、変形例について触れる。

実施の形態における光Ｌ１，光Ｌ２は所望の波長、強度が得られればよく、レーザー光に限定されない。

本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法及びデバイスの実施の形態で、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射するものあって、（Ａ）は第１の実施の形態、（Ｂ）は第２の実施の形態、（Ｃ）は第３の実施の形態、（Ｄ）は第４の実施の形態、（Ｅ）は第５の実施の形態、（Ｆ）は第６の実施の形態を示す概略構成図である。本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法及びデバイスの実施の形態で、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射するものあって、（Ａ）は第７の実施の形態、（Ｂ）は第８の実施の形態、（Ｃ）は第９の実施の形態、（Ｄ）は第１０の実施の形態、（Ｅ）は第１１の実施の形態、（Ｆ）は第１２の実施の形態を示す概略構成図である。本発明の実施例において、ＡｒＦレーザー光照射時間とシリカガラス微小球の接合率との関係を示すグラフである。本発明の実施例において、ＡｒＦレーザー光照射後、エタノール超音波クリーニング前後の試料（シリコーンゴム上の３０μｍ角領域にシリカガラス微小球が２次元的に整列されている）表面の光学顕微鏡写真図である。本発明の実施例において、ＡｒＦレーザー光照射後、試料（シリコーンゴム上の３０μｍ角領域にシリカガラス微小球が２次元的に整列されている）に別の紫外レーザ光を照射することにより、接合層が白色のフォトルミネセンスを示しているときの写真図である。

符号の説明

１固体状シリコーン
２球状透明材料
３マスク
５円柱状透明材料
６中空透明材料
７板状透明材料
８多角柱状透明材料
９レンズ状透明材料
Ｌｌ波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光
Ｌ２波長２６６ｎｍ以上の紫外光

Claims

Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、被接合材料を接触させ、前記化合物と前記被接合材料との界面に波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、被接合材料を接触させ、前記化合物と前記被接合材料との界面に波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製板を例とする板状透明材料を接触させ、前記化合物と前記板状透明材料との界面に、前記板状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製角柱を例とする多角柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記多角柱状透明材料との界面に、前記多角柱状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製光ファイバーを例とする円柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記円柱状透明材料との界面に、前記円柱状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製微小球を例とする球状透明材料を接触させ、前記化合物と前記球状透明材料との界面に、前記球状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製レンズを例とするレンズ状透明材料を接触させ、前記化合物と前記レンズ状透明材料との界面に、前記レンズ状透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を透過させるシリカガラス製中空ファイバーを例とする中空透明材料を接触させ、前記化合物と前記中空透明材料との界面に、前記中空透明材料を通して波長１９０ｎｍ以上２６６ｎｍ未満の光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
請求項１、３、４、５、６、７又は８記載の光化学接合法により接合されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物と被接合材料との界面が、発光層として機能することを特徴とするデバイス。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製板を例とする板状透明材料を接触させ、前記化合物と前記板状透明材料との界面に、前記板状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製角柱を例とする多角柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記多角柱状透明材料との界面に、前記多角柱状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製光ファイバーを例とする円柱状透明材料を接触させ、前記化合物と前記円柱状透明材料との界面に、前記円柱状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製微小球を例とする球状透明材料を接触させ、前記化合物と前記球状透明材料との界面に、前記球状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製レンズを例とするレンズ状透明材料を接触させ、前記化合物と前記レンズ状透明材料との界面に、前記レンズ状透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ以上の紫外光を透過させるシリカガラス製中空ファイバーを例とする中空透明材料を接触させ、前記化合物と前記中空透明材料との界面に、前記中空透明材料を通して波長２６６ｎｍ以上の紫外光を照射することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いた光化学接合法。
請求項２、１０、１１、１２、１３、１４又は１５記載の光化学接合法により接合されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物と被接合材料との界面が、炭素層として機能することを特徴とするデバイス。