JP2014172792A - Patterned aromatic carbon film and method for manufacturing the same - Google Patents

Patterned aromatic carbon film and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a patterned aromatic carbon film capable of simultaneously realizing high electroconductivity and light permeability when used for at least partially constituting a transparent electroconductive film and of executing a patterning work at a narrow line width; an aromatic carbon film patterned at a narrow line width and having homogeneous edges; and a transparent electroconductive composite.SOLUTION: The provided method for manufacturing a patterned aromatic carbon film includes a patterning work of forming a thin film including at least one type of metal species on the surface of an aromatic carbon film based on ion plating and then treating the thin film with an acidic liquid.

Description

本発明は、パターン加工されてなる芳香族炭素膜およびその製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、透明導電膜に用いた際に、高い導電性と光透過性を共に達成しうる、端部が均質で線幅の狭いパターン加工がなされた芳香族炭素膜および端部が均質で狭い線幅のパターン加工が可能でかつ大面積での処理が可能なパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a patterned aromatic carbon film and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to an aromatic carbon film having a uniform end and a pattern processing with a narrow line width, which can achieve both high conductivity and light transmittance when used in a transparent conductive film, and an end. The present invention relates to a method for producing an aromatic carbon film having a uniform pattern and capable of patterning with a narrow line width and capable of processing with a large area.

透明導電膜は、透明かつ電気伝導性(導電性)が高いという特異な性質を利用し、現在の携帯電話の中でも主流となりつつある多機能携帯電話、いわゆるスマートフォンの重要入力装置であるタッチパネルや、電子ペーパー、太陽電池、有機LEDなどの透明電極部材として広く用いられている。従来の透明導電膜の材料には高い透過性と低い電気抵抗を両立する好適な材料として、酸化インジウム・スズ(ITO)などの金属系材料が長らく用いられている。しかしながら金属系材料であることから透明導電膜単位面積当たりの重量が大きくなり易いこと、軽度の曲げや搬送中の振動で割れが生じやすいこと、等の不可避な課題があり、更には世界的に産鉱石分布が限定され、リサイクル技術が確立されつつあるものの需給及び価格は影響を受けやすい。従って、これら金属系材料に代わる透明導電膜向けの新たな素材探索が必要とされている。   The transparent conductive film uses a unique property of being transparent and having high electrical conductivity (conductivity), and is a multi-function mobile phone that is becoming mainstream among current mobile phones, a touch panel that is an important input device of a so-called smartphone, Widely used as transparent electrode members such as electronic paper, solar cells, and organic LEDs. A metal material such as indium tin oxide (ITO) has been used for a long time as a suitable material that achieves both high permeability and low electrical resistance for the material of the conventional transparent conductive film. However, since it is a metal-based material, there are inevitable problems such as that the weight per unit area of the transparent conductive film tends to be large, cracking is likely to occur due to slight bending and vibration during transportation, and also worldwide. Although the distribution of ore produced is limited and recycling technology is being established, supply and demand and prices are susceptible. Therefore, there is a need for a new material search for transparent conductive films that can replace these metal-based materials.

黒鉛は導電性の優れた炭素材料として古くから知られ、種々利用されており、また近年、黒鉛の新たな同素体とされるカーボンナノチューブや樹脂材料を炭化焼成して得られるグラファイトシート等が黒鉛同様の高導電性材料として幅広い用途に活用されつつある。最近では黒鉛の一部を形成する、ナノメートルオーダーの厚みを有するベンゼン環構造が面方向に多数敷き詰められたグラフェン構造を有する芳香族炭素膜が、高い導電性と非常に薄いことに由来する高い光透過性を両立する材料として知られつつあり、ITOなど金属系材料に替わる透明導電膜向けの新材料として利用すべく、研究開発が活発化している。   Graphite has long been known as a carbon material with excellent electrical conductivity and has been used in various ways. In recent years, carbon nanotubes, which are new allotropes of graphite, and graphite sheets obtained by carbonizing and firing resin materials are similar to graphite. As a highly conductive material, it is being used in a wide range of applications. Recently, an aromatic carbon film having a graphene structure in which a large number of benzene ring structures having a thickness on the order of nanometers, which forms a part of graphite, is spread in the plane direction is derived from high conductivity and very thin It is becoming known as a material that achieves both light transmission properties, and research and development has been activated in order to use it as a new material for a transparent conductive film that replaces metallic materials such as ITO.

芳香族炭素膜は高導電・高透過率以外にも高強度/高弾性率、高い移動度など多くの優れた特性を有する一方、化学的に安定な構造を有していることから、加工特性が極めて悪いことが判明しつつある。このことは透明導電膜として特にタッチパネル向けの利用に関し、芳香族炭素膜のパターニング加工は非常に難しいと容易に推測される。ところで従来の透明導電膜の主流である金属系材料は、酸性水溶液に容易に溶解する特徴を有することから、電極部材への適用に必要とされるパターニングにおいては、酸性水溶液でエッチングする化学的処理により所望のデザインでのパターニング加工が容易であり、このことが広く金属系材料が用いられている理由の一つであった。すなわち、芳香族炭素膜が金属系材料を代替し透明導電膜向けに広く用いられるためには、容易なパターニング技術も不可欠である。   Aromatic carbon membranes have many excellent properties such as high strength / high modulus of elasticity and high mobility in addition to high conductivity and high transmittance, but also have a chemically stable structure. Is becoming very bad. This relates to the use of the transparent conductive film particularly for the touch panel, and it is easily assumed that the patterning of the aromatic carbon film is very difficult. By the way, the metal material which is the mainstream of the conventional transparent conductive film has a feature that it is easily dissolved in an acidic aqueous solution. Therefore, in patterning required for application to an electrode member, a chemical treatment in which etching is performed with an acidic aqueous solution. Therefore, patterning with a desired design is easy, which is one of the reasons why metal-based materials are widely used. That is, in order for an aromatic carbon film to replace a metal material and be widely used for a transparent conductive film, an easy patterning technique is also indispensable.

前記課題、すなわち化学的に安定な芳香族炭素膜をパターニングする試みが幾つかなされている。例えば、芳香族炭素膜にあらかじめ酸素原子を結合させた後にレーザーによってエッチングすることでパターニングする技術が開示されている(例えば、非特許文献1参照。)。当該技術においては、酸素原子が結合した炭素膜中の炭素原子は、安定な構造のsp構造からsp構造に変化してアルゴンレーザーで容易にエッチングされ、パターニングにマスクが不要であるというメリットがある。しかし一方でレーザーは幅方向に強度分布を持つことから、芳香族炭素膜が複数層のグラフェンにより形成され、厚みを持つ場合には、エッチング端部は必ずしも同じ位置でグラフェンがエッチングされずに、一定の幅を持つこととなる。従って、レーザーでのエッチングは、加工線が重複するように同一箇所を何度も走査する必要がある。加えて、パターニングは全てレーザー描写でなされるため、パターニングデザインの密度に応じて単位面積当たりのパターニング速度は低下する傾向にある。またアルゴンレーザーにより除去された炭素膜は不要塵として除去位置周辺に残りやすく、かつ完全に除去するのは困難であるほか、更にはプラスチックフィルムなど有機系基板上に炭素膜が担持されている場合には、上記のように同一箇所を何度も走査することによって、基板自体がレーザーにより変形や着色などダメージを受けやすく、総じてパターニング技術としては多くの課題があった。 Some attempts have been made to pattern the above-mentioned problem, that is, a chemically stable aromatic carbon film. For example, a technique is disclosed in which oxygen atoms are bonded to an aromatic carbon film in advance and then patterned by etching with a laser (see, for example, Non-Patent Document 1). In this technique, the carbon atoms in the carbon film to which oxygen atoms are bonded are changed from a stable sp 2 structure to an sp 3 structure and easily etched with an argon laser, and a mask is not required for patterning. There is. However, on the other hand, since the laser has an intensity distribution in the width direction, the aromatic carbon film is formed of a plurality of layers of graphene, and when the thickness is, the etching end is not necessarily etched at the same position, It will have a certain width. Therefore, in the etching with laser, it is necessary to scan the same portion many times so that the processing lines overlap. In addition, since all patterning is performed by laser delineation, the patterning rate per unit area tends to decrease according to the density of the patterning design. In addition, the carbon film removed by the argon laser tends to remain around the removal position as unnecessary dust, and it is difficult to completely remove it. Furthermore, when the carbon film is supported on an organic substrate such as a plastic film. As described above, the substrate itself is easily damaged by deformation, coloring, and the like by scanning the same portion many times as described above, and there are many problems as a patterning technique as a whole.

またグラフェン1層から成るあるいは複数のグラフェンを積層して成る芳香族炭素膜に金属系材料からなる薄膜をマスクを通して担持し、芳香族炭素膜をパターニングする技術が開示されている(例えば、非特許文献2参照。)。該技術は、あらかじめ基板上に転写された芳香族炭素膜に、スパッタリング法でマスクを用いて数ナノメートルの厚みを持つ亜鉛や銅などの金属を担持させたのち、希塩酸で金属を溶解除去することで芳香族炭素膜をエッチングし、パターニングするものである。該技術では金属膜担持と希酸での溶解除去・エッチングの工程で、芳香族炭素膜を構成するグラフェンを1層ずつはがせるメリットがあるものの、導電性の優れる複数層のグラフェンで構成される芳香族炭素膜の場合には、全てのグラフェン層を除去するには層数に応じて前述の金属膜担持と希酸での溶解除去・エッチングの工程を層数の数だけ繰り返す必要があって非常に煩雑であり、またパターニングに関してはパターニング精度あるいは高密度パターニングを行うために、毎回、芳香族炭素膜の完全に同じ位置にマスクを設置して金属膜を担持させる必要があることから、グラフェン複数層からなる炭素膜の場合には実現性の低いものであって、総じて工業的には応用が難しい技術であった。   In addition, a technique for patterning an aromatic carbon film by carrying a thin film made of a metal-based material through a mask on an aromatic carbon film formed of one graphene layer or a plurality of graphene layers (for example, non-patent) is disclosed. Reference 2). In this technique, an aromatic carbon film previously transferred onto a substrate is loaded with a metal such as zinc or copper having a thickness of several nanometers using a mask by sputtering, and then the metal is dissolved and removed with dilute hydrochloric acid. Thus, the aromatic carbon film is etched and patterned. Although this technique has the merit that the graphene constituting the aromatic carbon film can be peeled one layer at a time in the steps of supporting the metal film and dissolving and removing with a dilute acid, the fragrance composed of multiple layers of graphene having excellent conductivity In the case of a group carbon film, in order to remove all the graphene layers, it is necessary to repeat the above-mentioned metal film support and dissolution / etching with dilute acid according to the number of layers as many times as the number of layers. In addition, in order to perform patterning accuracy or high-density patterning with respect to patterning, it is necessary to carry a metal film by placing a mask at the same position of the aromatic carbon film every time. In the case of a carbon film composed of layers, the feasibility is low, and the technique is generally difficult to apply industrially.

「Atomic layer etching of graphene for full graphene device fabrication」,Carbon,2012年,第50号,p.429−435“Atomic layer etching of graphene for full graphene device fabrication”, Carbon, 2012, No. 50, p. 429-435 「Layer−by−Layer Removal of Graphene for Device Patterning」,Science,2011年,第331号,p.1168−1172“Layer-by-Layer Removable of Graphene for Device Patterning”, Science, 2011, No. 331, p. 1168-1172

前述のように、芳香族炭素膜のエッチングおよびパターニング技術については、パターニング精度および密度、あるいは工業的価値の点で利用可能な技術が確立されていない。すなわち、グラフェン複数層からなる高導電性および高透過率に優れる芳香族炭素膜を利用するに際して、大面積の炭素膜であっても処理速度を損なうことなく適用しうる、高精度のパターニングが可能な工業的に利用価値の高い少工程で達成しうる、芳香族炭素膜のエッチング、パターニング技術の実現において、本発明者らは前述の課題を解決すべく、複数層のグラフェンからなる芳香族炭素膜を一度にエッチングしうる手法を確立することで大面積の炭素膜を簡便にパターニング可能としうるべく鋭意取り組んだものである。   As described above, regarding the etching and patterning technology of the aromatic carbon film, a technology that can be used in terms of patterning accuracy and density or industrial value has not been established. In other words, when using an aromatic carbon film consisting of multiple layers of graphene with high conductivity and high transmittance, high-accuracy patterning that can be applied without sacrificing the processing speed is possible even for large-area carbon films. In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have developed an aromatic carbon film composed of a plurality of layers of graphene in an aromatic carbon film etching and patterning technology that can be achieved with a small number of industrially valuable processes. We have worked hard to make it possible to easily pattern a large-area carbon film by establishing a method that can etch the film at once.

すなわち本発明の目的は、透明導電膜の少なくとも一部に用いた際に高い導電性と光透過性を共に達成しうる、端部が均質で線幅の狭いパターン加工がなされた芳香族炭素膜と該炭素膜を用いた導電樹脂フィルム、および狭い線幅のパターン加工が可能でかつ大面積での処理が可能なパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法を提供することにある。   That is, an object of the present invention is an aromatic carbon film that can achieve both high conductivity and light transmittance when used for at least a part of a transparent conductive film, and has a pattern processing with a uniform end and a narrow line width. Another object of the present invention is to provide a conductive resin film using the carbon film and a method for producing a patterned aromatic carbon film that can be patterned with a narrow line width and can be processed over a large area.

本発明は、上記の課題を解決するため、以下の構成を採用するものである。   The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.

(1)芳香族炭素膜の表面に少なくとも一種類の金属種を含んでなる薄膜をイオンプレーティングにより形成した後、該薄膜を酸性液体で処理するパターン加工を含んでなることを特徴とするパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   (1) A pattern comprising pattern processing for forming a thin film containing at least one metal species on the surface of an aromatic carbon film by ion plating and then treating the thin film with an acidic liquid. A process for producing a processed aromatic carbon film.

(2)芳香族炭素膜が複数層のグラフェンからなる前記(1)に記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   (2) The method for producing an aromatic carbon film obtained by patterning according to the above (1), wherein the aromatic carbon film is made of a plurality of layers of graphene.

(3)グラフェンの層数が2〜30である前記(2)に記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   (3) The method for producing an aromatic carbon film obtained by patterning according to (2), wherein the number of graphene layers is 2 to 30.

(4)金属種が第一遷移元素、第二遷移元素あるいは第三遷移元素の中から少なくとも一種類選ばれてなる前記(1)〜(3)のいずれかに記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   (4) The fragrance formed by pattern processing according to any one of (1) to (3), wherein the metal species is selected from at least one of the first transition element, the second transition element, and the third transition element. A method for producing a group carbon film.

(5)酸性液体が塩酸、硫酸、硝酸の中から少なくとも一つ選ばれてなる前記(1)〜(4)のいずれかに記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   (5) The method for producing an aromatic carbon film obtained by patterning according to any one of (1) to (4), wherein the acidic liquid is selected from at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid.

(6)酸性液体の水素イオン指数(pH)が2.0以下である前記(1)〜(5)のいずれかに記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   (6) The method for producing an aromatic carbon film obtained by patterning according to any one of (1) to (5), wherein the hydrogen ion exponent (pH) of the acidic liquid is 2.0 or less.

(7)芳香族炭素膜を構成する全ての層のパターン端面の幅が10マイクロメートル以下の幅で形成されていることを特徴とするパターン加工されてなる芳香族炭素膜。   (7) A patterned aromatic carbon film characterized in that the pattern end faces of all the layers constituting the aromatic carbon film are formed with a width of 10 micrometers or less.

(8)前記(7)に記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜を少なくとも一部に担持した導電性透明複合体。   (8) A conductive transparent composite comprising at least a part of the aromatic carbon film subjected to pattern processing according to (7).

本発明の製造方法は複数層からなる芳香族炭素膜のパターニングが一回の処理、すなわち一回のイオンプレーティング(以下、IPと記載する場合がある。)と酸性液体処理で達成できるため、従来のエッチング手法よりも大幅に工程数が低減されかつ短時間で処理が遂行可能であり、工業的利用価値が高い。特に芳香族炭素膜は透明性導電複合体として形成し、タッチパネルや太陽電池などの電極に用いた場合に大面積化が必要とされるが、本発明の製造方法は酸性液体処理が大面積化に適合しえかつ短時間処理しうるため、芳香族炭素膜がプラスチックフィルムなど有機系基板上に担持されている場合であっても変形や着色が極めて起こりにくく、優れた手法である。   In the production method of the present invention, the patterning of the aromatic carbon film composed of a plurality of layers can be achieved by a single treatment, that is, a single ion plating (hereinafter sometimes referred to as IP) and an acidic liquid treatment. Compared to the conventional etching method, the number of processes is greatly reduced and the processing can be performed in a short time, and the industrial utility value is high. In particular, the aromatic carbon film is formed as a transparent conductive composite and requires a large area when used for an electrode such as a touch panel or a solar cell. Therefore, even when the aromatic carbon film is supported on an organic substrate such as a plastic film, deformation and coloring are hardly caused, which is an excellent technique.

本発明の芳香族炭素膜はパターン加工されており、そのパターン端面が非常に狭い幅で揃っている、すなわち芳香族炭素膜を構成する全ての層の端面の幅が10マイクロメートル以下で形成されている。このことより当該芳香族炭素膜を少なくとも一部に担持した透明性導電複合体はパターニングして用いられる場合に、芳香族炭素膜の線幅をより細くできる、あるいは芳香族炭素膜を除去した部分を狭くしても十分な絶縁が確保できるため、結果としてパターニングのデザイン密度を高められ、より複雑化、高機能化が可能となる。すなわちタッチパネルを形成する場合により精度の高い反応応答性を発現しうる優れた透明導電膜として利用しうる。   The aromatic carbon film of the present invention is patterned, and the pattern end faces are aligned with a very narrow width, that is, the end faces of all layers constituting the aromatic carbon film are formed with a width of 10 micrometers or less. ing. Therefore, when the transparent conductive composite having the aromatic carbon film supported at least in part is used by patterning, the line width of the aromatic carbon film can be narrowed or the aromatic carbon film is removed. Since sufficient insulation can be ensured even if the width is narrowed, the patterning design density can be increased, resulting in higher complexity and higher functionality. That is, when forming a touch panel, it can be used as an excellent transparent conductive film that can exhibit highly accurate reaction responsiveness.

そして本発明の芳香族炭素膜を少なくとも一部に担持した透明性導電複合体は、高導電性および高い光透過性を有し、前述のタッチパネルや太陽電池に用いた際に優れた透明電極を構成しうる。特に芳香族炭素膜は、従来のITOなど金属系材料と同様の高い導電性を有するとともに、割れることが無く、当該金属系材料には不可能な柔軟性を有する。従って曲げ等の変形に強く、工程通過性や歩留まり向上にも大いに貢献し、金属系透明導電材料を代替しうる。   The transparent conductive composite carrying the aromatic carbon film of the present invention at least partially has high conductivity and high light transmittance, and has an excellent transparent electrode when used in the above-mentioned touch panel and solar cell. Can be configured. In particular, the aromatic carbon film has high conductivity similar to that of a metal-based material such as conventional ITO, and is not cracked, and has flexibility that is impossible for the metal-based material. Therefore, it is resistant to deformation such as bending, greatly contributes to improving process passability and yield, and can replace metal-based transparent conductive materials.

本発明における芳香族炭素膜がパターン加工された場合の、加工部分端面で各層の端面と、パターン加工端面の最も広い幅を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the widest width | variety of the end surface of each layer in a process part end surface, and the pattern processing end surface when the aromatic carbon film in this invention is patterned.

本発明における芳香族炭素膜は炭素原子のπ結合により形成される六角形のベンゼン環格子構造が蜂の巣のように平面方向に多数集合した、シート状のグラフェンが、少なくとも二層またはそれ以上の複数層、積層したものである。複数層積層している場合、各層は独立であっても、また層間で共有結合あるいは非共有結合を介して接続されていても良い。   The aromatic carbon film of the present invention is a sheet-like graphene in which a plurality of hexagonal benzene ring lattice structures formed by π bonds of carbon atoms are gathered in a planar direction like a honeycomb, at least two or more layers. Layers are stacked. When a plurality of layers are stacked, each layer may be independent, or may be connected between the layers via a covalent bond or a non-covalent bond.

該シート状のグラフェンが非常に多くの層数積層したものが光透過性を有するには導電性を損なわない範囲で薄ければ薄いほど良く、厚みは0.6〜10nmであることが好ましく、0.6〜7nmであることがより好ましく、0.6〜5nmであることが特に好ましい。そしてこれらを満たす芳香族炭素膜を構成するグラフェンの層数としては同様に導電性を損なわない範囲で少ない方が望ましいことから、層数が2〜30であることが好ましく、2〜20であることが好ましく、2〜15であることが特に好ましい。芳香族炭素膜の厚みや該炭素膜を構成するグラフェンの層数は後述するB.項のとおり、透過電子顕微鏡で測定することができる。   The sheet-like graphene laminated with a very large number of layers is light as long as it is thin as long as it does not impair electrical conductivity, and the thickness is preferably 0.6 to 10 nm. More preferably, it is 0.6-7 nm, and it is especially preferable that it is 0.6-5 nm. And since it is desirable that the number of graphene layers constituting the aromatic carbon film satisfying these is as small as possible within the range not impairing the conductivity, the number of layers is preferably 2 to 30, and preferably 2 to 20 It is preferable and it is especially preferable that it is 2-15. The thickness of the aromatic carbon film and the number of graphene layers constituting the carbon film will be described later. As described in the section, it can be measured with a transmission electron microscope.

また前記六角形のベンゼン環格子からなるグラフェン構造は、炭素原子以外の異元素、例えばホウ素(B)や窒素(N)、酸素(O)などを含んでいても良く、特にドーピングとして10%以下の原子数分率で含まれても良い。該炭素原子以外の異元素の解析は、後述するD.項の方法により行うことができる。 本発明における芳香族炭素膜は高い導電性と光透過性を有するものであって、多種多様な手法で作製しうる。具体的には、熱CVD法が挙げられ、該手法では通常100Pa以下の高真空中でメタンあるいは他の炭化水素系ガス、水素ガス、アルゴンやヘリウム等の希ガスを一定の割合で供給しつつ、通常500℃〜1200℃の範囲内で雰囲気を加熱しながら基板上に合成される。ガスとしてはその他に窒素、アンモニアなどの炭素原子以外の異元素を含むガスも合わせて用いられることもある。また基板としては鉄、ニッケル、コバルト、銅などの遷移金属を単独あるいは複数種用いた主として金属からなる箔が多く用いられうるが、SiOあるいはSiO/Siといったケイ素系基板、酸化アルミ(Al)系基板なども好適に用いられる。 Further, the graphene structure composed of the hexagonal benzene ring lattice may contain foreign elements other than carbon atoms, for example, boron (B), nitrogen (N), oxygen (O), etc., especially 10% or less as doping. May be included in the atomic fraction. The analysis of foreign elements other than the carbon atom is described later in D.C. It can be performed by the method of the item. The aromatic carbon film in the present invention has high conductivity and light transmittance, and can be produced by various methods. Specifically, there is a thermal CVD method, in which a methane or other hydrocarbon gas, hydrogen gas, rare gas such as argon or helium is supplied at a constant rate in a high vacuum of 100 Pa or less. Usually, it is synthesized on the substrate while heating the atmosphere within a range of 500 ° C. to 1200 ° C. In addition, a gas containing a different element other than a carbon atom such as nitrogen or ammonia may be used as the gas. Further, as the substrate, a foil mainly composed of metal using a single or a plurality of transition metals such as iron, nickel, cobalt, and copper can be used, but a silicon substrate such as SiO 2 or SiO 2 / Si, aluminum oxide (Al A 2 O 3 ) -based substrate is also preferably used.

また熱CVD法の他にプラズマCVD法でも芳香族炭素膜は作製しうる。該手法では高真空雰囲気において熱CVD法と同様にメタンあるいは他の炭化水素系ガス、水素ガス、アルゴンやヘリウム等の希ガスを一定の割合で供給しつつ、マイクロ波などの電磁波あるいは数kV以上の高電圧を印加してプラズマを発生しながら、前述の基板上に芳香族炭素膜が合成される。プラズマCVD法の場合、基板はプラズマ中に発生するガス由来のイオンや中性子などによって影響を受け、実質的に加熱に晒されるが、基板の下部に加熱源を設置して、通常100℃〜1000℃の範囲で加熱してもよい。   In addition to the thermal CVD method, the aromatic carbon film can be formed by a plasma CVD method. In this method, electromagnetic waves such as microwaves or several kV or more are supplied in a high vacuum atmosphere while supplying a constant ratio of methane or other hydrocarbon gas, hydrogen gas, rare gas such as argon or helium as in the thermal CVD method. An aromatic carbon film is synthesized on the aforementioned substrate while applying a high voltage of In the case of the plasma CVD method, the substrate is affected by ions or neutrons derived from gas generated in the plasma, and is substantially exposed to heating. However, a heating source is installed at the lower part of the substrate, and usually 100 ° C. to 1000 ° C. You may heat in the range of ° C.

上記各CVD法の他に、芳香族炭素膜は、フィルム状の樹脂を非常に高温の不活性雰囲気で不融化した後に焼成することでも作製しうる。ポリマーの種類としては、ポリアクリロニトリル系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリアミド系ポリマー、ポリイミド系ポリマーやフェノール系ポリマー、ピッチなどを用いることが可能で、通常1000℃以下の温度で不融化した後、3500℃以下の温度で焼成処理して芳香族炭素膜が得られる。   In addition to the above CVD methods, the aromatic carbon film can also be produced by incinerating a film-like resin after infusibilizing it in a very high temperature inert atmosphere. As the type of polymer, polyacrylonitrile-based polymer, cellulose-based polymer, polyamide-based polymer, polyimide-based polymer, phenol-based polymer, pitch, etc. can be used, and after infusibilizing at a temperature of usually 1000 ° C. or lower, 3500 ° C. An aromatic carbon film is obtained by baking at the following temperature.

フィルム状の樹脂の厚みは芳香族炭素膜を形成する際の残存炭素化率を考慮して決定され、過度に厚いと芳香族炭素膜も厚くなり光透過性が低くなり易く、逆に過度に薄いと芳香族炭素膜を形成せずに無くなってしまう傾向があることから、5nm〜10μmの範囲であることが好ましく、10nm〜1μmの範囲であることが特に好ましい。   The thickness of the film-like resin is determined in consideration of the residual carbonization rate at the time of forming the aromatic carbon film. If the film is excessively thick, the aromatic carbon film is also thick and the light transmittance tends to be low. If it is thin, it tends to disappear without forming an aromatic carbon film. Therefore, it is preferably in the range of 5 nm to 10 μm, and particularly preferably in the range of 10 nm to 1 μm.

また芳香族炭素膜は、平面方向に極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトが多数敷き詰められて積層されたものであっても良い。極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトを多数敷き詰めて積層するには幾つかの手法があり、粉体となした極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトを吹き付けて基板上に積層させる方法や、極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトを水系あるいは有機溶媒系の溶媒中に分散させた分散液を、噴霧法あるいはスピンコート法、ディップ(浸漬)法,Layer−by−Layer法などにより、基板の上に塗布した後に分散液の溶媒が気化、蒸発して消失することで極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトが基板上に敷き詰められ、積層されて得られる。   In addition, the aromatic carbon film may be formed by laminating a large number of extremely fine graphene or exfoliated graphite in the plane direction. There are several methods for laminating and laminating a large number of ultra-fine graphene or exfoliated graphite, and there are methods of spraying ultra-fine graphene or exfoliated graphite in a powder form and laminating them on the substrate, A dispersion in which graphene or exfoliated graphite is dispersed in an aqueous or organic solvent is applied onto the substrate by spraying, spin coating, dipping (dipping), Layer-by-Layer method, or the like. After that, the solvent of the dispersion liquid is vaporized and evaporated to disappear, so that very fine graphene or exfoliated graphite is spread on the substrate and laminated.

この時、分散液中の極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトの濃度は、均質に積層したものが得られることを考慮して、0.005重量%〜15重量%であることが好ましく、0.01重量%〜10重量%がより好ましく、0.05重量%〜5重量%が特に好ましい。また該極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトの平面方向の大きさは、メジアン値で10nm〜50μmであることが好ましく、20nm〜10μmであることがより好ましく、50nm〜5μmであることが特に好ましい。また分散液中には極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトをより均一に分散させるための分散剤が含まれていても良い。   At this time, the concentration of ultrafine graphene or exfoliated graphite in the dispersion is preferably 0.005 to 15% by weight in consideration of obtaining a homogeneously laminated layer. It is more preferably from 01% by weight to 10% by weight, particularly preferably from 0.05% by weight to 5% by weight. Further, the size in the planar direction of the ultrafine graphene or exfoliated graphite is preferably 10 nm to 50 μm, more preferably 20 nm to 10 μm, and particularly preferably 50 nm to 5 μm in terms of median value. The dispersion may contain a dispersing agent for more uniformly dispersing ultrafine graphene or exfoliated graphite.

ここで極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトを水系あるいは有機溶媒系の溶媒中に分散させる方法について好ましい手法を挙げる。極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトを分散させた分散液としては、濃硝酸中で塩素酸カリウムを酸化剤として用いて黒鉛を酸化した後に水で処理するBrodie法、硝酸と硫酸の混合溶液に黒鉛を投入し塩素酸カリウムで酸化処理を行うStaudenmaier法、硫酸ナトリウムを含む冷却した濃硫酸中に黒鉛を投入して均質になるまで撹拌した後、過マンガン酸カリウムを投入して酸化するHummers法、あるいはこれら手法を改良した黒鉛原料を用いた化学的な分散液調製法が好適に用いられる。これら手法の中で特にHummers法あるいは改良されたHummers法は反応が最も穏やかで工業的に利用しやすく好ましい。   Here, a preferred method is described as a method of dispersing ultrafine graphene or exfoliated graphite in an aqueous or organic solvent. As a dispersion liquid in which ultrafine graphene or exfoliated graphite is dispersed, a Brodie method in which graphite is oxidized using concentrated potassium nitric acid as an oxidizing agent in concentrated nitric acid and then treated with water, or a mixed solution of nitric acid and sulfuric acid is mixed with graphite. Staudenmeier method in which chlorate is added and oxidized with potassium chlorate, Hummers method in which graphite is added to cooled concentrated sulfuric acid containing sodium sulfate and stirred until homogeneous, and then potassium permanganate is added to oxidize, Alternatively, a chemical dispersion preparation method using a graphite raw material obtained by improving these methods is preferably used. Among these methods, the Hummers method or the improved Hummers method is particularly preferable because the reaction is the mildest and industrially easy to use.

これら化学的な調製法では、得られた反応液を遠心分離あるいは濾過により不要な金属化合物、金属イオン、酸系イオンなどを除去することで、水系溶媒を用いた分散液が得られる。当該水系分散液中の極微小の芳香族炭素膜は酸素原子由来の官能基、すなわち水酸基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、エステル(−COO−)、エーテル(−O−)などを有することで水系溶媒や有機溶媒に分散されやすくなる。ただし官能基を有することで芳香族炭素膜が本来有している導電性や移動度などの特性は低下する傾向にある。   In these chemical preparation methods, a dispersion using an aqueous solvent can be obtained by removing unnecessary metal compounds, metal ions, acid ions, and the like from the obtained reaction solution by centrifugation or filtration. The extremely small aromatic carbon film in the aqueous dispersion contains functional groups derived from oxygen atoms, that is, hydroxyl groups (—OH), carboxyl groups (—COOH), esters (—COO—), ethers (—O—), and the like. It becomes easy to be dispersed in an aqueous solvent or an organic solvent. However, by having a functional group, characteristics such as conductivity and mobility inherently possessed by the aromatic carbon film tend to be lowered.

そしてこれら酸素原子由来の官能基を有する極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトは、多数敷き詰められて積層したのちでも、あるいは分散液の状態でも、還元処理を経ることで一部の酸素原子を失って、元の芳香族炭素膜に近い状態まで特性を回復しうる。ここで還元処理としては、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)やヒドラジン(N)などの還元剤による化学的還元、レーザー光やフラッシュ光、紫外線、マイクロ波などの光源や電磁波による還元、不活性雰囲気中、100℃以上に加熱する加熱還元など、多種多様な方法を採用することが出来る。ただし分散液の状態で還元処理を行うと、薄く分散していた極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイト同士が相互作用で凝集することもあるため、還元処理は基板上に多数敷き詰められて積層したのちに行われる方が好ましい。 These ultrafine graphenes or exfoliated graphites having functional groups derived from oxygen atoms lose some oxygen atoms through a reduction treatment, even after they are laid down and laminated, or in the state of dispersion. The characteristics can be recovered to a state close to that of the original aromatic carbon film. Here, as the reduction treatment, chemical reduction with a reducing agent such as sodium borohydride (NaBH 4 ) or hydrazine (N 2 H 4 ), reduction with a light source such as laser light, flash light, ultraviolet light, microwave, or electromagnetic wave, A wide variety of methods can be employed, such as heating and reducing to 100 ° C. or higher in an inert atmosphere. However, if the reduction process is performed in the state of a dispersion, the very finely dispersed graphene or exfoliated graphite may aggregate due to interaction. It is preferable to be performed.

そして上記の各種の芳香族炭素膜の中で、本発明に用いる芳香族炭素膜は、熱CVD法またはプラズマCVD法で作製される芳香族炭素膜と、極微小のグラフェンあるいは薄片化グラファイトが多数敷き詰められて積層された芳香族炭素膜がより好ましく、特に熱CVD法またはプラズマCVD法で作製される芳香族炭素膜が、構成するグラフェンの層数が少なくかつ導電性の高い高品質のグラフェン構造を有しており最も好ましい。   Among the various aromatic carbon films described above, the aromatic carbon film used in the present invention is composed of an aromatic carbon film produced by a thermal CVD method or a plasma CVD method, and a very small amount of graphene or exfoliated graphite. An aromatic carbon film laminated and laminated is more preferable, and in particular, an aromatic carbon film produced by a thermal CVD method or a plasma CVD method has a small number of graphene layers and a high-quality graphene structure with high conductivity. It is most preferable.

本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法におけるイオンプレーティングにより形成される薄膜は少なくとも一種類の金属種を含んでなる。金属種の種類は一種類でもあるいは二種類以上の金属種を併用して用いても良い。ここで二種類以上の金属種を併用する場合は、例えば一種類目の金属あるいは金属化合物を用いて薄膜を形成した後に二種類目以上の金属あるいは金属化合物を上から薄膜形成させる積層でもよいし、あるいは複数種の金属あるいは金属化合物を同時に存在させてイオンプレーティングにより薄膜形成させても良いし、また該積層と同時に複数種の金属を存在させてイオンプレーティングする手法を併用しても良い。そして高々三種類の金属を含んでなることが好ましい。これらの中で工程および時間が少なくて済む点で一種類の金属であることがより好ましい。なお一種類の金属であることが好ましいものの、イオンプレーティングにおいて用いるターゲットの純度が十分高くないこともあるため、0.1%未満の割合の金属成分は、イオンプレーティングにより薄膜形成された金属種の数に含まない。
またイオンプレーティングでの薄膜形成に用いる材料としては、金属としては、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、スカンジウム(Sc)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ヒ素(As)、セレン(Se)、ストロンチウム(Sr)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)、バリウム(Ba)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、白金(Pt)、金(Au)、鉛(Pb)が挙げられ、これらの金属が単体で用いられてもよく、あるいはこれらの金属の化合物、すなわち、酸化物、窒化物、炭化物、硫黄化物、フッ化物、塩化物、臭素化物、ヨウ化物等の金属化合物として用いられてもよく、あるいは複数種類の金属から構成されてなる金属化合物として用いられてもよい。
The thin film formed by ion plating in the method for producing a patterned aromatic carbon film of the present invention comprises at least one metal species. One kind of metal species may be used, or two or more kinds of metal species may be used in combination. Here, when two or more kinds of metal species are used in combination, for example, a lamination in which a thin film is formed using the first type of metal or metal compound and then the second or more type of metal or metal compound is formed from the top may be used. Alternatively, a plurality of types of metals or metal compounds may be present at the same time to form a thin film by ion plating, or a method of ion plating in the presence of a plurality of types of metals may be used in combination with the lamination. . And it is preferable to contain at most three kinds of metals. Among these, it is more preferable to use one kind of metal in that the process and time are reduced. Although it is preferable to use one kind of metal, the purity of the target used in ion plating may not be sufficiently high. Therefore, the metal component with a ratio of less than 0.1% is a metal formed into a thin film by ion plating. Not included in the number of species.
As a material used for forming a thin film by ion plating, as a metal, magnesium (Mg), aluminum (Al), calcium (Ca), scandium (Sc), vanadium (V), chromium (Cr), manganese ( Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), arsenic (As), selenium (Se), strontium (Sr), yttrium ( Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), cadmium (Cd), indium (In), tin ( Sn), antimony (Sb), tellurium (Te), barium (Ba), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W , Platinum (Pt), gold (Au), lead (Pb), and these metals may be used alone, or compounds of these metals, that is, oxides, nitrides, carbides, sulphides Further, it may be used as a metal compound such as fluoride, chloride, bromide or iodide, or may be used as a metal compound composed of a plurality of types of metals.

そしてこれらの金属種の中で、イオンプレーティングが良好に行われるという点で、第一遷移元素、第二遷移元素あるいは第三遷移元素であるクロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、銀、インジウム、スズ、タングステン、白金、金、あるいはこれらの酸化物が好ましく、入手が容易である点で第一遷移元素あるいは第二遷移元素である鉄、ニッケル、銅、亜鉛、インジウム、スズあるいはこれらの酸化物がより好ましく、薄膜形成時に容易に酸性液体に溶解、除去しえ安全性が比較的高い点で、第一遷移元素である鉄、ニッケル、銅、亜鉛あるいはこれらの酸化物が特に好ましい。なおこれら薄膜を構成する金属種やその他組成の同定は下記実施例D.項の方法によりなされる。   Among these metal species, chromium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, molybdenum, which are first transition elements, second transition elements, or third transition elements, are used in that ion plating is performed well. Silver, indium, tin, tungsten, platinum, gold, or oxides thereof are preferable, and iron, nickel, copper, zinc, indium, tin, which are first transition elements or second transition elements in terms of easy availability. Alternatively, these oxides are more preferable, and can be easily dissolved and removed in an acidic liquid at the time of forming a thin film, and the safety is relatively high, so that the first transition element iron, nickel, copper, zinc or these oxides are Particularly preferred. In addition, identification of the metal species and other compositions constituting these thin films is described in Example D. below. It is done by the method of the item.

本発明のイオンプレーティングにより形成される薄膜は、薄いほど形成の時間が短くまた酸性液体で処理する時間も少なくなり好ましいが、薄すぎると後述するような芳香族炭素膜を十分に除去することが難しくなる場合がある。そして該薄膜の厚みについては1nm以上が好ましく、2nm以上がより好ましく、5nm以上が特に好ましい。また1μm以下が好ましく、300nm以下がより好ましく、100nm以下が特に好ましい。なお該薄膜の厚みは下記実施例B.項の方法により確認される。   The thinner the thin film formed by the ion plating of the present invention, the shorter the formation time and the shorter the time for treatment with an acidic liquid. However, if the film is too thin, the aromatic carbon film as described later can be sufficiently removed. May be difficult. The thickness of the thin film is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and particularly preferably 5 nm or more. Moreover, 1 micrometer or less is preferable, 300 nm or less is more preferable, and 100 nm or less is especially preferable. The thickness of the thin film is the same as in Example B. below. It is confirmed by the method in the section.

本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法では、少なくとも一種の金属種を含んでなる薄膜をイオンプレーティングで形成する。前述のように少なくとも一種類の金属種を含んでなる薄膜を形成する手法としては、従来、物理的薄膜形成技術である真空蒸着法やスパッタリング法が知られている。真空蒸着法は、高真空中で薄膜を形成させる固体を抵抗加熱や電子ビーム、レーザー、高周波誘導、アークなどにより蒸発させ、該蒸気を基板上に堆積させて薄膜を形成させる手法で、基板上の密着性は比較的弱い手法である。またスパッタリング法は、高真空中でアルゴンガスなど不活性ガスを入れ、該雰囲気に高電圧を掛け放電することでプラズマを発生させ不活性ガスをイオン化・加速することで、薄膜を形成させる固体(ターゲットと称することがある)に照射して不活性ガスのイオンがターゲットを構成する原子または分子を弾き出し、弾き出された原子または分子が基板上に付着することを利用し、基板上に前述の真空蒸着法対比で密着性の良い薄膜を形成させる手法である。   In the method for producing a patterned aromatic carbon film of the present invention, a thin film containing at least one metal species is formed by ion plating. As described above, as a method of forming a thin film containing at least one kind of metal species, a vacuum vapor deposition method and a sputtering method, which are physical thin film forming techniques, are conventionally known. The vacuum deposition method is a technique in which a solid that forms a thin film in a high vacuum is evaporated by resistance heating, electron beam, laser, high frequency induction, arc, etc., and the vapor is deposited on the substrate to form a thin film on the substrate. Is a relatively weak technique. Moreover, sputtering method puts inactive gas, such as argon gas, in a high vacuum, generates a plasma by applying a high voltage to the atmosphere and discharges it, and ionizes and accelerates the inert gas to form a thin film ( In some cases, the inert gas ions eject atoms or molecules constituting the target upon irradiation to the target, and the ejected atoms or molecules adhere to the substrate. This is a technique for forming a thin film with good adhesion as compared with a vapor deposition method.

しかしながら、本発明者らは、これら真空蒸着法やスパッタリング法に比べ、イオンプレーティングが、芳香族炭素膜のパターニングが極めて好適に用いることができることを見出したものである。その理由としては、以下のように考えられる。   However, the present inventors have found that ion plating can be used very favorably for patterning of an aromatic carbon film as compared with these vacuum deposition methods and sputtering methods. The reason is considered as follows.

イオンプレーティングは基板に対して非常に密着性の良い薄膜形成手法で、薄膜を形成する際の粒子のエネルギー(eV)はスパッタリング法よりも高く、10倍〜100倍も高い手法である。イオンプレーティングは前述の真空蒸着法と同様に、まず高真空中で薄膜を形成させる固体を抵抗加熱や電子ビーム、レーザー、高周波誘導、アークなどにより蒸発させる。この時初めの到達真空度は通常10−3Pa〜10−5Paである。そしてこの蒸発粒子自体に高電圧を掛けてイオン化させ高エネルギー粒子と成すとともに蒸発粒子が加速され、薄膜を載せる基板に蒸発粒子が高速で衝突することで薄膜が形成される。薄膜形成時の条件は各種設定可能であるが、特に重要なのは蒸発粒子自体をイオン化させ高エネルギー粒子と成してさらに加速して高速で基板上に衝突させるための条件設定であって、導入ガス圧力としては0.0001〜20.0Paが好ましく、イオン化電流としては1〜200Aが好ましく、イオン化電圧としては10〜300Vが好ましい。 Ion plating is a method for forming a thin film with very good adhesion to a substrate, and the energy (eV) of particles when forming a thin film is higher than that of a sputtering method and is 10 to 100 times higher. In ion plating, as in the above-described vacuum deposition method, first, a solid for forming a thin film in a high vacuum is evaporated by resistance heating, electron beam, laser, high frequency induction, arc, or the like. At this time, the initial degree of vacuum is usually 10 −3 Pa to 10 −5 Pa. The evaporated particles themselves are ionized by applying a high voltage to form high energy particles, the evaporated particles are accelerated, and the evaporated particles collide with the substrate on which the thin film is placed at a high speed to form a thin film. Various conditions can be set for forming the thin film, but the most important is to set the conditions for ionizing the vaporized particles themselves to form high energy particles and further accelerating them to collide with the substrate at high speed. The pressure is preferably 0.0001 to 20.0 Pa, the ionization current is preferably 1 to 200 A, and the ionization voltage is preferably 10 to 300 V.

ここでいう基板とは本発明では芳香族炭素膜であり、上述の通り、構成するグラフェンが複数層積層したものであるが、このようにイオンプレーティングでは高エネルギー粒子と成して少なくとも一種の金属種を含んでなる薄膜が形成されるため、詳細についてはまだよく分かっていないものの、おそらくは少なくとも一種の金属種を含んでなる薄膜が形成された部分の芳香族炭素膜の構造が、上述のスパッタリング法のようにグラフェン一層だけでなく、複数層のグラフェンに渡って基板に接するグラフェン層まで厚み方向に損なわれると考えられる。従って後述するような酸性液体で処理する場合に、少なくとも一種の金属種を含んでなる薄膜が形成された部分の芳香族炭素膜が基板に接するグラフェンに至る複数層のグラフェンが除去されて、一気にパターン加工がなされると考えられる。   The substrate here is an aromatic carbon film in the present invention, and as described above, a plurality of layers of constituting graphene are laminated. In this way, ion plating forms at least one kind of high energy particles. Since the thin film containing the metal species is formed, the structure of the aromatic carbon film in the portion where the thin film containing at least one metal species is formed is probably the above-mentioned, although the details are not yet well understood. It is considered that not only the graphene layer as in the sputtering method but also the graphene layer in contact with the substrate over a plurality of layers of graphene is damaged in the thickness direction. Therefore, when processing with an acidic liquid as will be described later, a plurality of layers of graphene reaching the graphene where the aromatic carbon film in the portion where the thin film containing at least one metal species is formed is in contact with the substrate is removed at once. It is thought that pattern processing is performed.

そしてイオンプレーティングでは、蒸発粒子を形成させるための手法が幾つかあるものの、より高エネルギー粒子と成して少なくとも一種の金属種を含んでなる薄膜を形成しうることから、電子ビーム法、ホローカソード電子ビーム法、クラスターイオンビーム法、マルチアーク法の中から選ばれてなる蒸発粒子形成法を採用したイオンプレーティングがより好ましい。   In ion plating, although there are several methods for forming evaporated particles, it is possible to form a thin film containing at least one metal species by forming higher energy particles. Ion plating employing an evaporated particle forming method selected from a cathode electron beam method, a cluster ion beam method, and a multi-arc method is more preferable.

本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法における、少なくとも一種類の金属種を含んでなる薄膜は、酸性液体で処理する。酸性液体としては前述のイオンプレーティングにより形成された少なくとも一種類の金属種を含んでなる薄膜を処理する際に、該薄膜を溶解除去して処理しうるものであればよい。   The thin film containing at least one kind of metal in the method for producing an aromatic carbon film subjected to pattern processing of the present invention is treated with an acidic liquid. Any acidic liquid may be used as long as it can be processed by dissolving and removing the thin film containing at least one metal species formed by ion plating.

ここで好ましい酸性液体としては、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸や、メタンスルホン酸やパラトルエンスルホン酸などのスルホン酸、シュウ酸やギ酸などのカルボン酸であり、特に前述の少なくとも一種類の金属種を含んでなる薄膜の短時間での溶解除去性が優れることから塩酸、硫酸、硝酸が特に好ましい。   Preferred acidic liquids here include inorganic acids such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid, sulfonic acids such as methanesulfonic acid and paratoluenesulfonic acid, oxalic acid and formic acid, etc. Of these carboxylic acids, hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid are particularly preferred because the thin film comprising at least one metal species described above is excellent in dissolution and removal in a short time.

そしてこれらの酸性液体は水溶液であることが特に好ましく、またこれら酸性液体の酸性の度合いを示す水素イオン指数(pH)は、前述の薄膜の短時間での溶解除去性が優れることから低いほど好ましく、2.0以下であることがより好ましく、1.5以下であることが特に好ましい。   These acidic liquids are particularly preferably aqueous solutions, and the hydrogen ion index (pH) indicating the acidity of these acidic liquids is preferably as low as possible because the above-described thin film can be dissolved and removed in a short time. 2.0 or less, more preferably 1.5 or less.

また前記処理する際の酸性液体の温度は、温度が高いほど溶解除去性が優れるため好ましいものの、過度に温度が高い場合は芳香族炭素膜自体や芳香族炭素膜が載っている基板が劣化する場合がある他、酸性液体の危険性が増す場合もあるため、5℃〜98℃であることが好ましく、10℃〜80℃であることがより好ましく、15℃〜70℃であることが特に好ましい。   Further, the temperature of the acidic liquid at the time of treatment is preferable because the higher the temperature, the better the dissolution and removal. However, when the temperature is excessively high, the aromatic carbon film itself or the substrate on which the aromatic carbon film is mounted deteriorates. In some cases, the risk of an acidic liquid may increase, so it is preferably 5 ° C to 98 ° C, more preferably 10 ° C to 80 ° C, and particularly preferably 15 ° C to 70 ° C. preferable.

本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法はパターン加工を含んでなる。該パターン加工は前述の、イオンプレーティングにより形成された少なくとも一種類の金属種を含んでなる薄膜を酸性液体で処理することによってなされるが、イオンプレーティングにより薄膜を形成する際に、所望のパターンを施したマスクを芳香族炭素膜の表面に保持して、マスクの上からイオンプレーティングを行うことで薄膜によるパターンが描かれる。また酸性液体で処理することにより、除去される不要物はすべて洗い流されて除去され、パターン加工された除去部あるいはパターン加工されない非除去部両方ともに、前述のレーザーパターニングのような不要塵は残らない。   The method for producing a patterned aromatic carbon film of the present invention includes pattern processing. The pattern processing is performed by treating the thin film containing at least one type of metal species formed by ion plating with an acidic liquid. When the thin film is formed by ion plating, a desired pattern is processed. A pattern with a thin film is drawn by holding the patterned mask on the surface of the aromatic carbon film and performing ion plating from above the mask. In addition, by treating with an acidic liquid, all unnecessary objects to be removed are washed away and both the patterned removal part and the non-patterned non-removal part do not leave unnecessary dust like the laser patterning described above. .

ここで描かれた薄膜のパターンは、前述のように、続けて行う酸性液体での処理により除去される部分であり、酸性液体により薄膜が除去されるとともに薄膜の直下にある芳香族炭素膜も全て除去され、薄膜が形成されなかった部分の芳香族炭素膜によるパターンが描かれる。すなわちパターン精度はマスクの精度に依存する。また該パターン加工において、芳香族炭素膜は酸性液体に対する耐性が高いため、劣化などは起こらないか殆ど起こらないため、本発明を用いた用途で必要とされる導電性は性能が変化しない。   The thin film pattern drawn here is a portion that is removed by the subsequent treatment with the acidic liquid, as described above. The thin film is removed by the acidic liquid, and the aromatic carbon film directly below the thin film is also removed. A pattern by the aromatic carbon film is drawn in a portion where all the film is removed and no thin film is formed. That is, the pattern accuracy depends on the accuracy of the mask. In the pattern processing, since the aromatic carbon film has high resistance to acidic liquid, the degradation or the like does not occur or hardly occurs. Therefore, the conductivity required for the application using the present invention does not change in performance.

本発明の芳香族炭素膜はパターン加工されてなるが、構成するすべての層のパターン端面の幅が10マイクロメートル以下で形成されている。これはすなわち、例えば芳香族炭素膜が10層で構成されていてパターン加工された場合、加工部分端面で各層の端面の最も離れた部分の幅が10マイクロメートル以下である、という意味である。図1に示す、芳香族炭素膜の加工端面の説明図では、基板1上にある芳香族炭素膜2のなかで加工端面の最も広い幅を示す層3と層4との距離5が10マイクロメートル以下である、という意味である。パターン端面の幅を10マイクロメートル以下となすことでパターン加工におけるパターンの精度が向上し、緻密なパターンを描く場合に有利である。該パターン端面の幅は狭いほどパターンの精度が高められ緻密なパターンを描けるため良く、8マイクロメートル以下がより好ましく、5マイクロメートル以下であることが特に好ましく、3マイクロメートル以下が最も好ましい。なお該幅は下記実施例E.項の方法により確認される。   Although the aromatic carbon film of the present invention is patterned, the width of the pattern end faces of all the layers constituting the layer is formed to be 10 micrometers or less. This means that, for example, when an aromatic carbon film is composed of 10 layers and patterned, the width of the farthest part of the end face of each layer at the processed part end face is 10 micrometers or less. In the explanatory view of the processed end face of the aromatic carbon film shown in FIG. 1, the distance 5 between the layer 3 and the layer 4 showing the widest width of the processed end face in the aromatic carbon film 2 on the substrate 1 is 10 micrometers. It means that it is less than a meter. By making the width of the pattern end face 10 μm or less, the pattern accuracy in pattern processing is improved, which is advantageous when a dense pattern is drawn. The narrower the end face of the pattern, the better the pattern accuracy and the more precise the pattern can be drawn, which is more preferably 8 micrometers or less, particularly preferably 5 micrometers or less, and most preferably 3 micrometers or less. The width is the same as in Example E. below. It is confirmed by the method in the section.

そして本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜は後述する導電性を利用した用途に有望であることから、高い導電性を有することが好ましく、導電性の指標である表面抵抗率としては低いほど好ましく、2000Ω/□以下であることが好ましく、1000Ω/□以下であることがより好ましく、500Ω/□以下であることが特に好ましく、300Ω/□以下であることが最も好ましい。ここで該表面抵抗率は下記実施例C.項の方法により測定される。   And since the aromatic carbon film formed by patterning according to the present invention is promising for applications utilizing conductivity described later, it preferably has high conductivity, and the surface resistivity as a conductivity index is low. More preferably, it is preferably 2000Ω / □ or less, more preferably 1000Ω / □ or less, particularly preferably 500Ω / □ or less, and most preferably 300Ω / □ or less. Here, the surface resistivity is the following Example C.I. It is measured by the method of item.

本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜は膜状ではない他の形態の材料、すなわち粒子状や棒状、繊維状の材料を、本発明で目的とする優れた透明性や導電性を損なわない範囲において担持しても良い。ここで担持可能なものとしては、金属微粒子やファーネスブラック、ケッチェンブラックあるいはアセチレンブラック等の炭素系微粒子が挙げられる。該金属微粒子や炭素系微粒子は粒子径が小さいほど好ましく、1μm以下であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることが特に好ましく、50nm以下であることが最も好ましい。   The aromatic carbon film obtained by pattern processing according to the present invention is not a film-like material, that is, particles, rods, fibers, and the like, and the excellent transparency and conductivity intended by the present invention are impaired. You may carry | support in the range which is not. Examples of the particles that can be supported here include metal fine particles and carbon-based fine particles such as furnace black, ketjen black, and acetylene black. The metal fine particles and carbon-based fine particles are preferably as the particle diameter is small, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less, particularly preferably 100 nm or less, and most preferably 50 nm or less.

また単層カーボンナノチューブ(以下カーボンナノチューブをCNTと略記することがある)や2層以上を有する複層CNT、気相成長炭素繊維(以下VGCFと略記することがある)、カップスタック型CNT、カーボンナノホーン等の棒状炭素材あるいは繊維状炭素材も担持可能な材料として挙げられ、これら棒状炭素材あるいは繊維状炭素材の直径は200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることが特に好ましい。該棒状炭素材あるいは繊維状炭素材は細いほど光透過性に優れ好ましいものの、構造を維持しうる強度を保持することから直径は1nm以上であることが好ましく、2nm以上であることがより好ましい。   In addition, single-walled carbon nanotubes (hereinafter, carbon nanotubes may be abbreviated as CNT), multi-walled CNTs having two or more layers, vapor-grown carbon fibers (hereinafter sometimes abbreviated as VGCF), cup-stacked CNTs, carbon Examples of the material that can also support a rod-like carbon material or a fibrous carbon material such as nanohorn, and the diameter of the rod-like carbon material or the fibrous carbon material is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and 50 nm. It is particularly preferred that The thinner the rod-like carbon material or the fibrous carbon material, the better the light transmittance. However, the diameter is preferably 1 nm or more and more preferably 2 nm or more in order to maintain the strength capable of maintaining the structure.

また本発明の透明性導電複合体とは、パターン加工されてなる芳香族炭素膜を少なくとも一部に担持したものであり、透明性導電複合体は、例えば前述の図面1における基板aで透明なガラス基板あるいは透明なプラスチック基板を採用することで、非常に優れた光透明性と導電性を両立しうる。中でも透明なプラスチック基板を用いるのが好ましい。   In addition, the transparent conductive composite of the present invention is one in which an aromatic carbon film formed by pattern processing is supported at least in part, and the transparent conductive composite is transparent on, for example, the substrate a in FIG. By adopting a glass substrate or a transparent plastic substrate, it is possible to achieve both excellent optical transparency and conductivity. Among these, it is preferable to use a transparent plastic substrate.

ここで前述の、芳香族炭素膜の表面にイオンプレーティングにより形成された薄膜を酸性液体で処理してパターン加工を行う際には、該透明なガラス基板あるいは透明なプラスチック基板上に芳香族炭素膜が担持された状態で行うことが好ましい。透明なガラス基板あるいは透明なプラスチック基板は、光透過性が高い方が好ましく、光透過率は90%以上であることが好ましく、92%以上であることがより好ましい。また透明なガラス基板あるいは透明なプラスチック基板上に芳香族炭素膜が担持された透明性導電複合体の光透過率は高いほど好ましいものの、87%以上であることが好ましく、89%以上であることがより好ましく、91%以上であることが特に好ましい。ここで該光透過率の測定方法は下記実施例A.項の方法により確認される。   Here, when pattern processing is performed by treating the thin film formed by ion plating on the surface of the aromatic carbon film with an acidic liquid, the aromatic carbon film is placed on the transparent glass substrate or the transparent plastic substrate. It is preferable to carry out with the membrane supported. The transparent glass substrate or the transparent plastic substrate preferably has a high light transmittance, and the light transmittance is preferably 90% or more, and more preferably 92% or more. Further, the higher the light transmittance of the transparent conductive composite in which an aromatic carbon film is supported on a transparent glass substrate or a transparent plastic substrate, the better, but it is preferably 87% or more, and more preferably 89% or more. Is more preferable, and 91% or more is particularly preferable. Here, the light transmittance is measured by the following Example A.1. It is confirmed by the method in the section.

以下、実施例により本発明を具体的かつより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに制限されるものではない。なお実施例中の部は特に具体的な記載のない限り重量部を意味する。実施例中の物性値は、下記の方法によって測定した。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely and in detail, this invention is not restrict | limited only to these Examples. In the examples, “parts” means “parts by weight” unless otherwise specified. The physical property values in the examples were measured by the following methods.

A.光透過率の測定
株式会社島津製作所製紫外可視近赤外分光光度計SolidSpec−3700DUV UV−VIS−NIR SPECTROPHOTOMETERを用いて、測定すべき試料を装填して、波長550nmでの光線透過率を測定して得た。
A. Measurement of light transmittance Using a UV-VIS-NIR SPECTROTOPOMETER with UV-VIS-NIR SPECTROTOPOMETER made by Shimadzu Corporation, visible light near-infrared spectrophotometer, the light transmittance at a wavelength of 550 nm was measured. I got it.

B.イオンプレーティングにより形成される金属薄膜の厚み、芳香族炭素膜の厚み、および芳香族炭素膜を構成するグラフェン層数の測定方法
イオンプレーティングにより形成された薄膜試料は、窒素雰囲気下80℃で乾燥した後、また芳香族炭素膜は窒素雰囲気下80℃で乾燥した後、表面保護層としてアモルファスカーボンを担持させたのち、ともにFEI社製Strata DB235を用いて加速電圧30kVで集束イオンビーム法により試料薄膜を作製して、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製透過電子顕微鏡H−9000UHR IIIを用い、加速電圧300kVで、芳香族炭素膜厚みが25nm未満であれば400万倍で、25nm以上50nm未満であれば200万倍で観察して厚みを測定し、100μm以上離れた異なる3点の厚みの平均値で薄膜の厚みとした。また芳香族炭素膜のグラフェンの総数の確認は、前記400万倍で観察して、層数を数え、100μm以上離れた異なる3点の平均値で層数とした。
B. Method of measuring the thickness of the metal thin film formed by ion plating, the thickness of the aromatic carbon film, and the number of graphene layers constituting the aromatic carbon film The thin film sample formed by ion plating is at 80 ° C. in a nitrogen atmosphere. After drying, the aromatic carbon film was dried at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere, and after supporting amorphous carbon as a surface protective layer, both were subjected to a focused ion beam method using an FEI Strata DB235 at an acceleration voltage of 30 kV. Using a transmission electron microscope H-9000UHR III manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation with an acceleration voltage of 300 kV and an aromatic carbon film thickness of less than 25 nm, it is 4 million times, and 25 nm or more and less than 50 nm. If there are two million times, observe the thickness and measure the thickness. And the thickness of the thin film with an average value of the thickness. In addition, the total number of graphenes in the aromatic carbon film was confirmed by observing the above 4 million times, counting the number of layers, and setting the number of layers as an average value of three different points separated by 100 μm or more.

C.表面抵抗率の測定方法
測定は、温度23℃、湿度55%の大気中で測定すべき試料を少なくとも該雰囲気中に1時間保持した後に行った。電極間隔1.5mm、電極半径0.26mmの四探針のPSPプローブを用いて、株式会社三菱化学アナリテック社製ロレスタGP(MCP−T610)にて測定した。そして同一試料の異なる10点測定して、最も高い値と最も低い値を除いた8回の測定平均値をその試料の表面抵抗率とした。
C. Method for Measuring Surface Resistivity Measurement was performed after holding a sample to be measured in the atmosphere at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 55% for at least 1 hour in the atmosphere. Using a four-probe PSP probe with an electrode spacing of 1.5 mm and an electrode radius of 0.26 mm, the measurement was performed with Loresta GP (MCP-T610) manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. And 10 different points of the same sample were measured, and the average value of 8 measurements excluding the highest value and the lowest value was taken as the surface resistivity of the sample.

D.イオンプレーティングにより形成される薄膜および酸性液体で処理した後の薄膜上の原子組成の解析方法
解析する試料は、窒素雰囲気下80℃で乾燥した後、用いた。株式会社堀場製作所製エネルギー分散型X線検出器(EDX)X−Max SILICON DRIFT X−RAY DETECTORが付属した、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製走査電子顕微鏡SU8020を用い、加速電圧1kV、倍率100倍で観察しながら、各元素の原子数濃度を算出して得た。
D. Method for Analyzing Atomic Composition on Thin Film Formed by Ion Plating and Acid Liquid The sample to be analyzed was used after drying at 80 ° C. in a nitrogen atmosphere. Using a scanning electron microscope SU8020 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation with an energy dispersive X-ray detector (EDX) X-Max SILICON DRIVE X-RAY DETECTOR manufactured by HORIBA, Ltd. at an acceleration voltage of 1 kV and a magnification of 100 times While observing, the atomic number concentration of each element was calculated and obtained.

E.パターン加工された芳香族炭素膜端面の幅の解析方法、不要塵の確認およびパターン描画幅の解析方法
解析する試料は、窒素雰囲気下80℃で乾燥した後、解析に供した。株式会社島津製作所製SFT−3500を用い、パターン加工された芳香族炭素膜端面の幅については、観察視野が15μm×15μmのKFMモードで誘電率の電圧の差異でマッピング観察し、1mm以上異なる点10か所の幅を測定して平均値を算出し、幅として得た。またパターン描画幅の解析は、該ナノサーチ顕微鏡に付属のレーザー顕微鏡で、倍率20倍で観察して、スケールバーから算出して幅を求め、1mm以上異なる点10か所の幅から平均値を算出してパターン描画幅として得た。
E. Method for analyzing width of end face of aromatic carbon film subjected to pattern processing, confirmation of unnecessary dust and method for analyzing pattern drawing width The sample to be analyzed was dried at 80 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then subjected to analysis. Using SFT-3500 manufactured by Shimadzu Corporation, the width of the end face of the aromatic carbon film that has been patterned is mapped and observed with a difference in dielectric constant voltage in the KFM mode with an observation field of view of 15 μm × 15 μm. The average value was calculated by measuring the width at 10 locations and obtained as the width. The pattern drawing width is analyzed with a laser microscope attached to the nanosearch microscope, observed at a magnification of 20 times, calculated from a scale bar to obtain a width, and an average value is obtained from the widths of 10 points different by 1 mm or more. The pattern drawing width was calculated and obtained.

[参考例1](極微小薄片化グラファイト分散液からの芳香族炭素膜製造方法)
氷冷した405部の98%硫酸を撹拌しながら、平均粒径80μmの天然黒鉛10部、純度99%以上の硝酸ナトリウム5部を加え、更に純度99.3%以上の過マンガン酸カリウム30部を少しずつ添加して加えたのち、20℃で4時間反応させた。反応物は460部の純水で氷冷しながら希釈した後15分間強撹拌し、更に680部の純水で希釈しながら30分間強撹拌したのち、濃度30%の過酸化水素水60部を添加して更に10分間強撹拌して反応を停止した。
[Reference Example 1] (Aromatic carbon film production method from ultrafine exfoliated graphite dispersion)
While stirring ice-cooled 405 parts of 98% sulfuric acid, 10 parts of natural graphite having an average particle size of 80 μm, 5 parts of sodium nitrate having a purity of 99% or more are added, and 30 parts of potassium permanganate having a purity of 99.3% or more are further added. Was added little by little, followed by reaction at 20 ° C. for 4 hours. The reaction product was diluted with 460 parts of pure water while cooling with ice, and then vigorously stirred for 15 minutes. Further, the mixture was vigorously stirred for 30 minutes while diluted with 680 parts of pure water, and then 60 parts of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% was added. The reaction was stopped by vigorous stirring for 10 minutes after the addition.

得られた混合物は株式会社久保田製作所製高速冷却遠心機7780IIを用いて、重力の2000倍(2000×g)に相当する遠心力で遠心分離を行った。遠心分離後に上澄み液を除去して試料を得たのち、得られた試料に対して除去した上澄み液と同量の純水を添加し、遠心分離操作で5000×gの遠心力で20分間かけて分離して固体を得た後、更に同様に純水を用いてpHが3以上となるまで純水での洗浄と20000×gでの遠心分離処理を繰り返して、極微小芳香族炭素膜が0.5重量%含有された水分散液を得た。   The obtained mixture was centrifuged with a centrifugal force equivalent to 2000 times gravity (2000 × g) using a high-speed cooling centrifuge 7780II manufactured by Kubota Corporation. After centrifuging, the supernatant is removed to obtain a sample, and then the same amount of pure water as that of the removed supernatant is added to the obtained sample, followed by centrifugation at a centrifugal force of 5000 × g for 20 minutes. In the same manner, the solid is obtained in the same manner, and then the pure minute water is repeatedly washed with pure water and centrifuged at 20000 × g until the pH becomes 3 or more. An aqueous dispersion containing 0.5% by weight was obtained.

該水分散液を用いて芳香族炭素膜を基板上に製造するに際して、あらかじめUVオゾン処理を30秒施して得た、厚さ0.5mmで大きさ2cm×2cmの親水化石英ガラス基板を用意し、該石英ガラス基板上にミカサ株式会社製スピンコーター(MS−A150)を用いて、スピン速度1500rpmで石英ガラス基板を回転させながら前述の薄片化グラファイト水分散液を1回滴下した後30秒待つことを50回、100回、150回、それぞれ繰り返して、石英ガラス基板上に担持された芳香族炭素膜試料3種類を得た。その後該試料を100℃で24時間真空加熱乾燥したのち、ヒドラジン一水和物を含浸させた濾紙と芳香族炭素膜を担持した石英ガラス基板を内直径116mmで高さ24mmのシャーレ内に一緒に入れて90℃で15分処理を行った。その後シャーレから芳香族炭素膜を担持した石英ガラス基板を取り出し、250℃で24時間真空加熱乾燥して、わずかに黒色となった石英ガラス基板上に担持された芳香族炭素膜試料を得た。   When producing an aromatic carbon film on a substrate using the aqueous dispersion, a hydrophilic quartz glass substrate having a thickness of 0.5 mm and a size of 2 cm × 2 cm, which is obtained by applying UV ozone treatment for 30 seconds in advance, is prepared. Then, using the spin coater (MS-A150) manufactured by Mikasa Co., Ltd. on the quartz glass substrate, the above exfoliated graphite aqueous dispersion was dropped once for 30 seconds while rotating the quartz glass substrate at a spin speed of 1500 rpm. Waiting was repeated 50 times, 100 times, and 150 times to obtain three types of aromatic carbon film samples supported on a quartz glass substrate. Thereafter, the sample was vacuum-dried at 100 ° C. for 24 hours, and the filter paper impregnated with hydrazine monohydrate and the quartz glass substrate carrying the aromatic carbon film were put together in a petri dish having an inner diameter of 116 mm and a height of 24 mm. The mixture was then treated at 90 ° C. for 15 minutes. Thereafter, the quartz glass substrate carrying the aromatic carbon film was taken out of the petri dish and dried by heating under vacuum at 250 ° C. for 24 hours to obtain a sample of the aromatic carbon film carried on the quartz glass substrate slightly blackened.

該手法により得た芳香族炭素膜の厚み、表面抵抗率およびガラス基板を含めた光透過率はそれぞれ、平均で9.3層(厚み3.53nm、表面抵抗率489Ω/□、光透過率79%;50回塗布、以後試料(a))、17.9層(6.80nm、231Ω/□、59%;100回塗布、以後試料(b))、25.8層(9.80nm、136Ω/□、46%;150回塗布、以後試料(c))であった。   The thickness, surface resistivity, and light transmittance including the glass substrate of the aromatic carbon film obtained by this method were 9.3 layers on average (thickness 3.53 nm, surface resistivity 489 Ω / □, light transmittance 79 %: 50 times coating, hereafter sample (a)), 17.9 layers (6.80 nm, 231 Ω / □, 59%; 100 times coating, hereafter sample (b)), 25.8 layers (9.80 nm, 136 Ω) / □, 46%; 150 times of application, hereinafter sample (c)).

[参考例2](大面積芳香族炭素膜の製造方法)
真空装置内に33μmの厚さの圧延銅箔を入れ、真空度1.0×10−5Paとしたのち、水素(H):アルゴン(Ar)=50:10標準流量(sccm,25℃)の組成で各ガスを総圧10Paとして導入し、2.455GHzのマイクロ波5kWを照射することでプラズマを発生させて圧延銅箔を20分間処理した。その後、マイクロ波照射を停止した後再び真空度1.0×10−5Paとしたのち、水素:アルゴン:メタン(CH)=15:30:45sccm(25℃)の組成で各ガスを総圧5Paとして導入し、2.455GHzのマイクロ波25kWを10秒、30秒、60秒、120秒間、それぞれ照射することでプラズマを発生させて、4種類の圧延銅箔上に形成させた芳香族炭素膜試料を得た。
[Reference Example 2] (Method for producing large area aromatic carbon film)
A rolled copper foil having a thickness of 33 μm is placed in a vacuum apparatus, and the degree of vacuum is set to 1.0 × 10 −5 Pa, and then hydrogen (H 2 ): argon (Ar) = 50: 10 standard flow rate (sccm, 25 ° C. ), Each gas was introduced at a total pressure of 10 Pa, and plasma was generated by irradiating a microwave of 2.455 GHz at 5 kW to treat the rolled copper foil for 20 minutes. Then, after stopping the microwave irradiation, the degree of vacuum was again set to 1.0 × 10 −5 Pa, and then each gas was totaled with a composition of hydrogen: argon: methane (CH 4 ) = 15: 30: 45 sccm (25 ° C.). Aromatic formed on 4 types of rolled copper foil by introducing plasma at a pressure of 5 Pa and irradiating 25 kW microwave of 2.455 GHz for 10 seconds, 30 seconds, 60 seconds and 120 seconds, respectively. A carbon film sample was obtained.

その後マイクロ波照射を停止し、真空度1.0×10−5Paとしたのち、30分後に真空装置内を大気圧に戻して、4種類の圧延銅箔上に形成させた芳香族炭素膜試料を取り出した。圧延銅箔上に形成させた芳香族炭素膜試料は圧延銅箔毎1.5cm×1.5cmの大きさに切りだした後、1.0重量%のポリメチルメタクリレート(数平均分子量10万、以後PMMA)を含有するテトラヒドロフラン(以後、THF)溶液を載せてすぐに、前述のスピンコーターで1000rpmで1分間スピンさせた後で回収し、PMMAでコートした圧延銅箔上に形成させた芳香族炭素膜試料を得た。そして該PMMAでコートした圧延銅箔上に形成させた芳香族炭素膜試料を濃度20重量%の塩化第二鉄(FeCl)水溶液100mL上に静かに浮かべ、30分かけて圧延銅箔を溶解させたのち、水面を揺らさないように該塩化第二鉄水溶液を純水で10cm/分の速度で置換して、無色の水となった後、PMMAコート芳香族炭素膜試料の下に参考例1と同じ石英ガラス基板またはポリエチレンテレフタレート(以下、PET)フィルム(厚さ125マイクロメートル、光透過率94%)を差し入れてPMMAコート芳香族炭素膜試料をすくい取り、室温で24時間乾燥させたのちに、THFでPMMAを洗浄することで、石英ガラス基板上またはPETフィルム基板上に担持した芳香族炭素膜試料4種を得た。 Thereafter, the microwave irradiation was stopped, the vacuum degree was set to 1.0 × 10 −5 Pa, and after 30 minutes, the inside of the vacuum apparatus was returned to atmospheric pressure to form an aromatic carbon film formed on four types of rolled copper foils. A sample was removed. The aromatic carbon film sample formed on the rolled copper foil was cut into a size of 1.5 cm × 1.5 cm per rolled copper foil, and then 1.0 wt% polymethyl methacrylate (number average molecular weight 100,000, An aromatic formed on a rolled copper foil coated with PMMA, immediately after placing a tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF) solution containing PMMA), immediately after spinning for 1 minute at 1000 rpm with the above-mentioned spin coater. A carbon film sample was obtained. Then, the aromatic carbon film sample formed on the rolled copper foil coated with the PMMA is gently floated on 100 mL of a 20 wt% ferric chloride (FeCl 3 ) aqueous solution, and the rolled copper foil is dissolved over 30 minutes. After that, the aqueous ferric chloride solution was replaced with pure water at a rate of 10 cm 3 / min so as not to shake the water surface, and became colorless water. The same quartz glass substrate or polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET) film (thickness 125 μm, light transmittance 94%) as in Example 1 was inserted and the PMMA-coated aromatic carbon film sample was skimmed and dried at room temperature for 24 hours. Later, PMMA was washed with THF to obtain four types of aromatic carbon film samples supported on a quartz glass substrate or a PET film substrate.

それぞれの試料の芳香族炭素膜の厚み、表面抵抗率、ガラス基板またはPETフィルム基板を含めた光透過率は、それぞれ、平均で2.3層(厚み0.77nm、表面抵抗率451Ω/□、ガラス基板上で光透過率92%;マイクロ波を10秒間照射(以後試料(d))、7.2層(2.45nm、表面抵抗率296Ω/□、PETフィルム基板上で83%;30秒間照射、以後試料(e))、12.9層(4.32nm、232Ω/□、ガラス基板上で70%;60秒間照射、以後試料(f))、23.5層(7.87nm、117Ω/□、ガラス基板上で52%;120秒間照射、以後試料(g))の厚みであった。   The thickness of the aromatic carbon film of each sample, the surface resistivity, and the light transmittance including the glass substrate or the PET film substrate are each 2.3 layers (thickness 0.77 nm, surface resistivity 451 Ω / □, Light transmittance 92% on glass substrate; microwave irradiation for 10 seconds (hereinafter sample (d)), 7.2 layer (2.45 nm, surface resistivity 296Ω / □, 83% on PET film substrate; 30 seconds Irradiation, hereafter sample (e)), 12.9 layer (4.32 nm, 232 Ω / □, 70% on glass substrate; irradiation for 60 seconds, hereafter sample (f)), 23.5 layer (7.87 nm, 117 Ω) / □, 52% on the glass substrate; irradiation for 120 seconds, and then the thickness of the sample (g)).

[実施例1〜3]
参考例1および2で得た試料(a)、(d)、(g)を用いて、到達圧力を1.73×10−3Paとした後、導入ガス,圧力,流量:アルゴン(Ar),0.1Pa,15sccm、イオン化電流:110A,イオン化電圧:90V、薄膜形成時間:60秒、ターゲット:銅(純度99.99%以上)、試料加熱無しの条件で、「G」の字がくり抜かれた、厚み0.5mmのステンレス鋼(SUS;タイプ304)製マスク(くり抜き文字の太さ300μm)を各試料上に載せてポリイミドテープで四隅を固定し、ホローカソード型イオンプレーティングを行い、「G」型の銅薄膜を各試料の表面に形成した。銅薄膜の膜厚を表1に示す。
[Examples 1 to 3]
Using the samples (a), (d), and (g) obtained in Reference Examples 1 and 2, the ultimate pressure was set to 1.73 × 10 −3 Pa, and then introduced gas, pressure, and flow rate: Argon (Ar) , 0.1 Pa, 15 sccm, ionization current: 110 A, ionization voltage: 90 V, thin film formation time: 60 seconds, target: copper (purity 99.99% or more), no sample heating A stainless steel (SUS; type 304) mask (thickness 300 μm) is placed on each sample, and the four corners are fixed with polyimide tape, and hollow cathode ion plating is performed. A “G” type copper thin film was formed on the surface of each sample. Table 1 shows the film thickness of the copper thin film.

Figure 2014172792
Figure 2014172792

銅薄膜を形成した各試料を、40℃の0.1Mの塩酸(pH=1.0)に30秒浸漬し、銅薄膜が除去された芳香族炭素膜を得た。銅および芳香族炭素膜が完全に除去され不要塵が残っていないことを前記D.およびE.の方法により確認した。パターン加工した芳香族炭素膜による「G」の字の線幅、およびパターン端面幅について表1に示す。非除去部の導電性(表面抵抗率)および光透過率の変化はなく、優れた透明導電性を維持していた。   Each sample on which the copper thin film was formed was immersed in 0.1 M hydrochloric acid (pH = 1.0) at 40 ° C. for 30 seconds to obtain an aromatic carbon film from which the copper thin film was removed. The copper and aromatic carbon film is completely removed and no unnecessary dust remains. And E.E. It confirmed by the method of. Table 1 shows the line width of the letter “G” and the pattern end face width of the patterned aromatic carbon film. The conductivity (surface resistivity) and light transmittance of the non-removed part were not changed, and excellent transparent conductivity was maintained.

[比較例1]
実施例2において、イオンプレーティングの代わりに、マグネトロンRFスパッタ装置を用いて、到達圧力5.0×10−4Pa、導入ガス,圧力:Ar,0.67Pa、200Wで60秒の条件下、スパッタリング法で「G」の字がくり抜かれた銅の薄膜を実施例2と同様に形成し、40℃の0.1Mの塩酸(pH=1.0)に30秒浸漬し、銅薄膜が除去された芳香族炭素膜を得た。銅および不要塵は完全に除去されたが、銅薄膜の直下にあった芳香族炭素膜は1層分のみ除去されたものの完全に除去されなかったことを前記D.およびE.の方法により確認した。加工した「G」の字の線幅およびパターン端面は確認できなかった。
[Comparative Example 1]
In Example 2, instead of ion plating, using a magnetron RF sputtering apparatus, the ultimate pressure is 5.0 × 10 −4 Pa, the introduced gas, the pressure is Ar, 0.67 Pa, 200 W, 60 seconds, A copper thin film in which the letter “G” was cut out by sputtering was formed in the same manner as in Example 2, and immersed in 0.1 M hydrochloric acid (pH = 1.0) at 40 ° C. for 30 seconds to remove the copper thin film. An aromatic carbon film was obtained. Although the copper and unnecessary dust were completely removed, the aromatic carbon film directly under the copper thin film was removed only for one layer, but it was not completely removed. And E.E. It confirmed by the method of. The line width and pattern end face of the processed “G” character could not be confirmed.

[実施例4〜7]
参考例1および2で得た試料(b)、(c)、(e)および(f)を用いて、実施例1と同様の手法でイオンプレーティングを行う際に、それぞれ亜鉛(実施例4)、ニッケル(純度99.99%以上、実施例5)、アルミニウム(純度99.999%以上、実施例6)およびインジウム(純度99.99%以上、実施例7)をターゲットとして用いてそれぞれ表1に示す厚みの薄膜を形成させて、更にマスクとして厚み0.5mmのステンレス鋼(SUS;タイプ304)製マスク(くり抜き文字の太さ50μm)を用いて、酸性液体としてそれぞれ0.1M塩酸(実施例4)、0.1M硫酸(実施例5)、0.1M硝酸(実施例6および7)を用いた以外は実施例1と同様の手法により、パターン加工された芳香族炭素膜を得た。実施例4〜7全てで形成した薄膜および薄膜直下の芳香族炭素膜が完全に除去され、不要塵が無いことを前記D.およびE.の方法により確認した。非除去部の導電性(表面抵抗率)および光透過率の変化はなく、優れた透明導電性を維持していた。
[Examples 4 to 7]
When ion plating was performed in the same manner as in Example 1 using the samples (b), (c), (e), and (f) obtained in Reference Examples 1 and 2, zinc (Example 4) was used. ), Nickel (purity 99.99% or more, Example 5), aluminum (purity 99.999% or more, Example 6) and indium (purity 99.99% or more, Example 7) as targets. A thin film having the thickness shown in FIG. 1 was formed, and a mask made of stainless steel (SUS; type 304) having a thickness of 0.5 mm (thickness of hollow letters) was used as a mask, and 0.1 M hydrochloric acid ( Example 4) A patterned aromatic carbon film was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.1M sulfuric acid (Example 5) and 0.1M nitric acid (Examples 6 and 7) were used. It was. D. that the thin film formed in all of Examples 4 to 7 and the aromatic carbon film immediately below the thin film were completely removed and that there was no unnecessary dust. And E.E. It confirmed by the method of. The conductivity (surface resistivity) and light transmittance of the non-removed part were not changed, and excellent transparent conductivity was maintained.

以上の如く、本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法およびパターン加工されてなる芳香族炭素膜に関して、芳香族炭素膜の優れた導電性および光透過性を損なうことなく、大面積でも適用可能なパターン加工が可能で、かつパターン精度も非常に高い。従って、本発明のパターン加工されてなる芳香族炭素膜が少なくとも1部に担持された透明性導電複合体は、タッチパネルや電子ペーパー、太陽電池、有機ELの透明電極として用いた場合に電極として機能を十分に発現するとともに高い光透過性を有することから優れた性能を発現しうる。   As described above, the method for producing a patterned aromatic carbon film of the present invention and the patterned aromatic carbon film can be obtained without losing the excellent electrical conductivity and light transmittance of the aromatic carbon film. Pattern processing applicable to the area is possible, and the pattern accuracy is very high. Therefore, the transparent conductive composite having the patterned aromatic carbon film of the present invention supported on at least one part functions as an electrode when used as a transparent electrode of a touch panel, electronic paper, a solar cell, or an organic EL. Can be fully expressed and can exhibit excellent performance since it has high light transmittance.

本発明の製造方法により得られたパターン加工されてなる芳香族炭素膜は、非常に精密なパターン加工が可能でかつ透明導電性に優れることから、透明性の基板上に担持させることで高性能の透明性導電複合体と成して、透明電極を必要とするタッチパネル、電子ペーパー、太陽電池あるいは有機EL素子に好適に用いることができる。   The aromatic carbon film obtained by patterning obtained by the production method of the present invention is capable of very precise patterning and is excellent in transparent conductivity. It can be suitably used for a touch panel, electronic paper, a solar cell, or an organic EL element that requires a transparent electrode.

1:芳香族炭素膜が担持されている基板
2:芳香族炭素膜の各層
3:芳香族炭素膜を構成する層で最も右端(内側)となる層(層3)
4:芳香族炭素膜を構成する層で最も左端(外側)となる層(層4)
5:パターン加工端面の最も広い幅を示す層3と層4との距離
1: Substrate on which an aromatic carbon film is supported 2: Each layer of the aromatic carbon film 3: Layer (layer 3) which is the rightmost (inner side) layer constituting the aromatic carbon film
4: Layer (layer 4) which is the leftmost (outside) layer constituting the aromatic carbon film
5: Distance between layer 3 and layer 4 indicating the widest width of the patterned edge

Claims (8)

芳香族炭素膜の表面に少なくとも一種類の金属種を含んでなる薄膜をイオンプレーティングにより形成した後、該薄膜を酸性液体で処理するパターン加工を含んでなることを特徴とするパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   A pattern process comprising: patterning comprising forming a thin film comprising at least one metal species on the surface of an aromatic carbon film by ion plating and then treating the thin film with an acidic liquid. A method for producing an aromatic carbon film. 芳香族炭素膜が複数層のグラフェンからなる請求項1に記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   The method for producing a patterned aromatic carbon film according to claim 1, wherein the aromatic carbon film comprises a plurality of layers of graphene. グラフェンの層数が2〜30である請求項2に記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   The method for producing a patterned aromatic carbon film according to claim 2, wherein the number of graphene layers is 2 to 30. 金属種が第一遷移元素、第二遷移元素あるいは第三遷移元素の中から少なくとも一種類選ばれてなる請求項1〜3のいずれかに記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   The method for producing an aromatic carbon film formed by pattern processing according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal species is selected from at least one of the first transition element, the second transition element and the third transition element. . 酸性液体が塩酸、硫酸、硝酸の中から少なくとも一つ選ばれてなる請求項1〜4のいずれかに記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   The method for producing an aromatic carbon film obtained by pattern processing according to any one of claims 1 to 4, wherein the acidic liquid is selected from at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid. 酸性液体の水素イオン指数(pH)が2.0以下である請求項1〜5のいずれかに記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜の製造方法。   The method for producing an aromatic carbon film obtained by patterning according to any one of claims 1 to 5, wherein the acidic liquid has a hydrogen ion index (pH) of 2.0 or less. 芳香族炭素膜を構成する全ての層のパターン端面の幅が10マイクロメートル以下の幅で形成されていることを特徴とするパターン加工されてなる芳香族炭素膜。   A pattern-processed aromatic carbon film characterized in that the pattern end faces of all layers constituting the aromatic carbon film have a width of 10 micrometers or less. 請求項7に記載のパターン加工されてなる芳香族炭素膜を少なくとも一部に担持した透明性導電複合体。   The transparent conductive composite which carry | supported at least one part the aromatic carbon film by which the pattern process of Claim 7 was carried out.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016166113A (en) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社仁科マテリアル Carbon-metal complex
JP2019125613A (en) * 2018-01-12 2019-07-25 コニカミノルタ株式会社 Organic functional thin film, organic functional laminated film, organic electroluminescent element, photoelectric conversion element, and coating liquid for forming organic functional thin film
JP2020514835A (en) * 2017-03-24 2020-05-21 ソウル大学校産学協力団Seoul National University R&Db Foundation Functional contact lens and manufacturing method thereof

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