JP3413892B2 - Manufacturing method of ultrafine particle dispersion material - Google Patents

Manufacturing method of ultrafine particle dispersion material

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超高速光スイッチなど
として非線形光学効果を利用する超微粒子分散材料の製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an ultrafine particle dispersed material utilizing a nonlinear optical effect as an ultrafast optical switch or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】超微粒子は、超微粒子同士の凝集がない
分散状態で量子サイズ効果を示すため、非線形光学効果
の増大など超高速光スイッチなどとして利用価値の高い
光学特性が得られることが知られている。
2. Description of the Related Art Since ultrafine particles exhibit a quantum size effect in a dispersed state without aggregation of ultrafine particles, it is known that highly useful optical characteristics such as an ultrafast optical switch can be obtained such as an increase in nonlinear optical effect. Has been.

【0003】ただし、超微粒子の光学特性をデバイスと
して利用するためには、超微粒子がなんらかのマトリッ
クス中に分散固定した超微粒子分散材料とすることが必
要であり、さらに、その非線形特性増大のためには、超
微粒子の粒径が量子サイズ効果の現われる数10nm以
下でかつ均一であること、および、マトリックス中の超
微粒子の濃度が高いことが要求される。
However, in order to utilize the optical characteristics of the ultrafine particles as a device, it is necessary to prepare an ultrafine particle dispersion material in which the ultrafine particles are dispersed and fixed in some matrix, and in order to increase the non-linear characteristics thereof. It is required that the particle diameter of the ultrafine particles is equal to or less than several tens of nm where the quantum size effect appears and is uniform, and that the concentration of the ultrafine particles in the matrix is high.

【0004】従来から知られている超微粒子分散材料の
製造方法には、半導体微粒子をマトリックスとしてのガ
ラス中に分散させる溶融急冷法がある(たとえば、湯本
潤司他:固体物理vol.24(1989)925)。
これは、半導体化合物をガラス原料と共に熔解した熔解
液を急冷することにより、化合物半導体が均一分散した
ガラスを製造し、その後このガラスを再加熱処理するこ
とによって超微粒子を析出させる方法である。
A conventionally known method for producing an ultrafine particle dispersion material is a melt-quenching method in which semiconductor particles are dispersed in glass as a matrix (for example, Junji Yumoto et al .: Solid physics vol. 24 (1989)). 925).
This is a method in which a glass melt in which a compound semiconductor is uniformly dispersed is produced by rapidly cooling a solution obtained by melting a semiconductor compound together with a glass raw material, and then the glass is reheated to precipitate ultrafine particles.

【0005】溶融急冷法による半導体超微粒子分散材料
は特定の波長範囲を遮光する機能をもつシャープカット
フィルターとして既に実用化しているが、これらのフィ
ルターには粒径10nm程度の化合物半導体超微粒子が
含有されているため、近年は光非線形材料としても研究
されている。
The semiconductor ultrafine particle dispersion material by the melt-quenching method has already been put into practical use as a sharp cut filter having a function of blocking light in a specific wavelength range, but these filters contain compound semiconductor ultrafine particles having a particle size of about 10 nm. Therefore, it has been studied as an optical nonlinear material in recent years.

【0006】しかしながら、前記溶融急冷法のようにマ
トリックス中に超微粒子を析出させる方法には、超微粒
子中にマトリックスからの不純物が混入してしまうこ
と、加熱処理の際の各粒子の成長速度が異なるため超微
粒子の粒径の均一化が困難であること、マトリックス自
身の化学的な性質が変化しないよう原料の混合濃度を制
限する必要があり高濃度に超微粒子を分散させることが
困難であること等、超高速光スイッチ等さらに大きな非
線形光学効果を要する光デバイスとして使用するには問
題があった。
However, in the method of precipitating ultrafine particles in the matrix such as the melt quenching method, impurities from the matrix are mixed in the ultrafine particles and the growth rate of each particle during the heat treatment is high. Since it is different, it is difficult to make the particle size of the ultrafine particles uniform, and it is necessary to limit the mixing concentration of the raw materials so that the chemical properties of the matrix itself do not change, and it is difficult to disperse the ultrafine particles in a high concentration. Therefore, there is a problem in using it as an optical device such as an ultra-high-speed optical switch that requires a larger nonlinear optical effect.

【0007】これらの問題点を解消するために、超微粒
子の原料となる材料をアルゴン(Ar)等の不活性ガス
中でレーザー加熱蒸発し、その蒸気が不活性ガスとの衝
突で急速に冷却されることにより合成されるその原料の
超微粒子をマトリックス中に固定する方法が知られてい
る。
In order to solve these problems, the raw material for the ultrafine particles is laser-heated and evaporated in an inert gas such as argon (Ar), and the vapor is rapidly cooled by collision with the inert gas. A method is known in which ultrafine particles of the raw material synthesized by the above are fixed in a matrix.

【0008】たとえば、本出願人による特開平5ー96
154には、良好な分散が確認されたテルル化カドミウ
ム(CdTe)超微粒子分散ガラスの製造方法が示され
ている。この製造方法は、Arガス雰囲気中でCdTe
多結晶ウェハにYAG(イットリウム・アルミニウム・
ガーネット)レーザを照射してCdTe超微粒子を製造
する工程と、酸素雰囲気中で酸化珪素(SiO)焼結体
にYAGレーザを照射してシリカ(SiO2 )ガラスマ
トリックスを製造する工程を交互に行うものである。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-96 by the present applicant
154 shows a method for producing cadmium telluride (CdTe) ultrafine particle-dispersed glass in which good dispersion was confirmed. This manufacturing method uses CdTe in an Ar gas atmosphere.
YAG (yttrium, aluminum,
Garnet) laser irradiation to produce ultrafine CdTe particles and irradiation of a silicon oxide (SiO) sintered body with YAG laser to produce a silica (SiO 2 ) glass matrix in an oxygen atmosphere are alternately performed. It is a thing.

【0009】この製造方法によれば、超微粒子とマトリ
ックスの両製造工程が独立しているため、超微粒子中に
マトリックスから不純物が混入することがなく、超微粒
子の粒度分布の制御も容易であり、高濃度に超微粒子を
分散できる特徴をもち、溶融急冷法の前記問題点を解消
する応用性の高い非線形光学材料を提供できる。
According to this manufacturing method, since the manufacturing steps of the ultrafine particles and the matrix are independent, impurities are not mixed from the matrix into the ultrafine particles, and the particle size distribution of the ultrafine particles can be easily controlled. Further, it is possible to provide a highly applicable nonlinear optical material which has a characteristic that ultrafine particles can be dispersed in a high concentration and solves the above-mentioned problems of the melt quenching method.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、超微粒子の製造過程でAr等不活性ガスを使用す
るため、超微粒子分散材料の製造に供するチャンバ内に
おいて、この不活性ガスとマトリックスの製造過程で使
用する気体をこれらの過程を繰り返す度に交換しなけれ
ばならないという製造能率上改善すべき問題があった。
However, in this method, since an inert gas such as Ar is used in the process of producing ultrafine particles, the inert gas and the matrix are mixed in the chamber used for producing the ultrafine particle dispersed material. There is a problem that the gas used in the manufacturing process must be replaced every time these processes are repeated in order to improve the manufacturing efficiency.

【0011】また、比較的高価な不活性ガスを多量に使
用しなければならないという製造コスト上の問題もあっ
た。
Further, there is a problem in manufacturing cost that a relatively large amount of relatively expensive inert gas must be used.

【0012】特に、超微粒子をその凝集を避けながらマ
トリックス中に分散させるためには、超微粒子の製造過
程とマトリックスの製造過程を頻繁に繰り返すことが望
ましく、気体の交換頻度も高くならざるを得ない。
Particularly, in order to disperse the ultrafine particles in the matrix while avoiding the agglomeration thereof, it is desirable to repeat the production process of the ultrafine particles and the production process of the matrix frequently, and the gas exchange frequency must be high. Absent.

【0013】たとえば、前記特開平5ー96154にお
いて、良好な分散が確認された膜厚約1μmのCdTe
超微粒子分散ガラスを製造するために実施した両製造過
程の繰り返し回数は80回であり、この全ての過程ごと
に真空チャンバ内の吸気と排気を1度ずつ実施しなけれ
ばならなかった。
For example, in the above-mentioned JP-A-5-96154, CdTe having a film thickness of about 1 μm was confirmed to have good dispersion.
The number of repetitions of both manufacturing processes carried out to manufacture the ultrafine particle dispersed glass was 80 times, and it was necessary to perform suction and exhaust once in the vacuum chamber for every process.

【0014】本発明は、これらの事情に鑑み、超微粒子
同士の凝集がなく、粒径が均一で高濃度に超微粒子を分
散させた超微粒子分散材料の製造方法であって、時間的
経済的に製造効率がさらに優れた製造方法を提供するこ
とを目的とする。
In view of these circumstances, the present invention is a method for producing an ultrafine particle-dispersed material in which ultrafine particles are not aggregated with each other, have a uniform particle size, and are dispersed in a high concentration. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method with further excellent manufacturing efficiency.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は次の構成により
達成される。
The present invention is achieved by the following configurations.

【0016】すなわち、超微粒子を基板上に形成させる
工程と、該基板上にマトリックスを形成させる工程を同
一真空容器内で交互に行う超微粒子分散材料の製造方法
において、該超微粒子を形成させる工程は、超微粒子の
原料となる材料を5×10ー5Torr以下に減圧した雰
囲気中でレーザ加熱蒸発することにより該原料の超微粒
子を基板上に形成させる工程であることを特徴とする超
微粒子分散材料の製造方法である。
That is, in the method for producing an ultrafine particle dispersed material in which the step of forming ultrafine particles and the step of forming a matrix on the substrate are alternately carried out in the same vacuum container, the step of forming the ultrafine particles Is a step of forming ultrafine particles of the raw material on a substrate by laser heating evaporation of the raw material of the ultrafine particles in an atmosphere depressurized to 5 × 10 −5 Torr or less. It is a manufacturing method of a dispersion material.

【0017】従来の方法では、不活性ガス中で超微粒子
の原料となる材料をレーザ加熱蒸発し、そのエネルギー
を不活性ガスの原子と衝突させることにより奪い、かつ
急冷することで超微粒子を形成していたが、本発明では
高真空下でレーザ加熱蒸発された超微粒子の原料は、基
板上において核形成と核成長の過程を経て超微粒子を形
成する。
In the conventional method, ultrafine particles are formed by laser heating evaporation of a raw material for ultrafine particles in an inert gas, capturing the energy by colliding with atoms of the inert gas, and rapidly cooling. However, in the present invention, the raw material of the ultrafine particles vaporized by laser heating under high vacuum forms the ultrafine particles through the process of nucleation and nucleus growth on the substrate.

【0018】チャンバ内の他の気体の影響を受けずにこ
の工程を有効に進行させるためには、5×10ー5Tor
r以下の高真空下であればよいが、1×10ー6Torr
以下の高真空下であればさらによい。
In order to effectively carry out this process without being affected by other gas in the chamber, 5 × 10 −5 Tor
It should be under a high vacuum of r or less, but 1 × 10 −6 Torr
It is even more preferable under the following high vacuum.

【0019】マトリックスを形成させる工程としては、
たとえば、超微粒子を加熱蒸発させるレーザをそのまま
マトリックスの原料となる材料の加熱蒸発にも用いてマ
トリックスを形成する方法が、レーザを共用できる点に
おいて設備上は好ましい。
The steps of forming a matrix include
For example, a method of forming a matrix by using a laser for heating and evaporating ultrafine particles as it is also for heating and evaporating a material that is a raw material of a matrix is preferable in terms of equipment because the laser can be shared.

【0020】この際には、マトリックスを加熱蒸発させ
るレーザの波長のエネルギーをマトリックス材料が十分
に吸収するように両者を選択することが望ましい。
At this time, it is desirable to select both so that the matrix material can sufficiently absorb the energy of the wavelength of the laser for heating and evaporating the matrix.

【0021】また、複合超微粒子は非線形光学効果がさ
らに増大することが知られていることから(たとえば、
M.H.Birnboim et al.,Mat.R
es.Soc.Symp.Proc.Vol.164
(1990)277)、超微粒子を形成させた後マトリ
ックスを形成させる前に、形成した超微粒子の表面の少
なくとも一部に、超微粒子およびマトリックスのいずれ
とも異なる材料を形成して超微粒子を複合化し、この複
合超微粒子をマトリックス中に分散させる複合超微粒子
分散材料の製造方法としてもよい。
Further, it is known that the composite ultrafine particles further increase the nonlinear optical effect (for example,
M. H. Birnboim et al. , Mat. R
es. Soc. Symp. Proc. Vol. 164
(1990) 277), after forming the ultrafine particles and before forming the matrix, a material different from both the ultrafine particles and the matrix is formed on at least a part of the surface of the formed ultrafine particles to combine the ultrafine particles. The method for producing a composite ultrafine particle dispersion material in which the composite ultrafine particles are dispersed in a matrix may be used.

【0022】この複合化のための材料の形成工程におい
ては、この材料は、超微粒子の表面上に第2の超微粒子
として形成してもよいが、第2の超微粒子を多数形成し
て互いに接触させ連続させて皮膜状としてもよく、極端
には、第1の超微粒子の表面を全て覆うように形成して
もよい。全体として超微粒子が複合化していれば、複合
化した超微粒子がマトリックス中に分散している限り、
非線形光学効果のさらなる増大が見込めるからである。
In the step of forming the material for forming the composite, this material may be formed as the second ultrafine particles on the surface of the ultrafine particles, but a large number of the second ultrafine particles are formed on each other. It may be in contact with and continuous to form a film, or in extreme cases, it may be formed so as to cover the entire surface of the first ultrafine particles. If the ultrafine particles are compounded as a whole, as long as the compounded ultrafine particles are dispersed in the matrix,
This is because the nonlinear optical effect can be expected to increase further.

【0023】[0023]

【作用】本発明によれば、レーザ加熱蒸発により超微粒
子を形成する超微粒子分散材料の製造工程において、マ
トリックス形成工程の後に、チャンバ内に存在する気体
をチャンバ外に排出しながら同時にチャンバ内を高真空
に保つだけで、次の超微粒子形成工程に移行できる。
According to the present invention, in the manufacturing process of the ultrafine particle dispersed material for forming ultrafine particles by laser heating evaporation, after the matrix forming step, the gas existing in the chamber is exhausted to the outside of the chamber and the inside of the chamber is simultaneously discharged. Only by maintaining a high vacuum, it is possible to move to the next ultrafine particle forming step.

【0024】また、超微粒子形成工程の後には、チャン
バ内から気体を排出することなく、マトリックス形成工
程で使用する気体をチャンバ内に導入するだけで、次の
マトリックス形成工程に移行できる。すなわち、高真空
下においても超微粒子は基板上で核形成と核成長の過程
を経て形成されるため、超微粒子形成工程においてチャ
ンバ内に不活性ガスが存在する必要はなく、超微粒子分
散材料製造工程における不活性ガスの給気および排気は
一切省略される。
Further, after the ultrafine particle forming step, the gas used in the matrix forming step can be introduced into the chamber without exhausting the gas from the chamber, and the next matrix forming step can be performed. That is, since ultrafine particles are formed on the substrate through the process of nucleation and nucleus growth even under high vacuum, it is not necessary to have an inert gas in the chamber in the process of forming ultrafine particles, and it is possible to manufacture ultrafine particle dispersed materials. The supply and exhaust of the inert gas in the process are completely omitted.

【0025】超微粒子を複合材料化する工程を含む超微
粒子分散材料の製造工程においても、本発明による不活
性ガス不要の効果は同様である。
In the manufacturing process of the ultrafine particle-dispersed material including the process of forming ultrafine particles into a composite material, the effect of not using the inert gas according to the present invention is the same.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。 (実施例1)超微粒子としてCdTeを、マトリックス
としてSiO2 ガラスを採用する超微粒子分散材料の製
造方法について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. (Example 1) A method for producing an ultrafine particle dispersion material employing CdTe as ultrafine particles and SiO 2 glass as a matrix will be described.

【0027】図1は本実施例に用いた製造装置である。
マトリックスおよび超微粒子の原料として、原料の加熱
源であるYAGレーザの第2高調波(532nm)をよ
く吸収する特性を共にもつSiO粉末の焼結体およびC
dTe多結晶ウェハを、真空チャンバ1内のターゲット
ホルダ2に設置した。また、このターゲットホルダ2か
ら50mmの位置の基板ホルダ3には基板として石英を
設置した。
FIG. 1 shows a manufacturing apparatus used in this embodiment.
As a raw material for the matrix and the ultrafine particles, a sintered body of SiO powder having a characteristic of well absorbing the second harmonic (532 nm) of the YAG laser which is a heating source of the raw material, and C
The dTe polycrystalline wafer was placed on the target holder 2 in the vacuum chamber 1. Further, quartz was placed as a substrate on the substrate holder 3 located 50 mm from the target holder 2.

【0028】まず、予備実験としてマトリックスとする
SiO2 ガラスの製造を行った。真空チャンバ1内の酸
素ガス圧を5×10ー4Torrとしてから、室温中で出
力25J/cmー2のYAGレーザ第2高調波をレーザ光
導入窓4から導入してレーザパルス20000ショット
でSiO焼結体を照射した。石英基板上に無着色透明で
均一な膜厚500nmのSiO2 ガラス膜が得られた。
このSiO2 ガラス膜を分光光度計で評価したところ、
400nmから1000nmの範囲で光の吸収は認めら
れなかった。なお、基板温度が室温から450℃の範囲
内で良好なSiO2 ガラス膜が製造できることも確認し
た。
First, as a preliminary experiment, SiO 2 glass serving as a matrix was manufactured. Oxygen gas pressure in the vacuum chamber 1 from the 5 × 10 over 4 Torr, SiO laser pulse 20000 shots introducing a YAG laser second harmonic output 25 J / cm -2 from the laser beam introduction window 4 at room temperature The sintered body was irradiated. An uncolored, transparent and uniform SiO 2 glass film having a thickness of 500 nm was obtained on the quartz substrate.
When this SiO 2 glass film was evaluated by a spectrophotometer,
No light absorption was observed in the range of 400 nm to 1000 nm. It was also confirmed that a good SiO 2 glass film could be produced when the substrate temperature was in the range of room temperature to 450 ° C.

【0029】次に、以上の結果をもとにしてCdTe超
微粒子分散SiO2 ガラスの製造を行った。図2に示す
タイミングチャートに従って、第1工程として5×10
-4Torrの酸素雰囲気中でYAGレーザパルスを45
0ショット照射し、石英基板上に膜厚11.25nmの
SiO2 ガラス膜を形成した。その後、第2工程として
真空チャンバ内を1×10ー6Torrにまで真空度を上
げてレーザパルスをCdTe多結晶ウェハに50ショッ
ト照射し、第1工程で製造したSiO2 ガラス膜上にC
dTe微粒子を付着させた。この第1工程と第2工程を
交互に80回繰り返し行うことによって、図4に示すよ
うな膜厚約1μmのCdTe超微粒子分散ガラスを製造
した。
Next, based on the above results, a CdTe ultrafine particle dispersed SiO 2 glass was manufactured. According to the timing chart shown in FIG. 2, 5 × 10 5
-45 YAG laser pulse in oxygen atmosphere of -4 Torr
Irradiation was performed for 0 shots to form a 11.25 nm thick SiO 2 glass film on the quartz substrate. Then, in the second step, the vacuum degree in the vacuum chamber was raised to 1 × 10 −6 Torr and a laser pulse was irradiated on the CdTe polycrystalline wafer for 50 shots, and C was deposited on the SiO 2 glass film produced in the first step.
The dTe microparticles were attached. By repeating the first step and the second step alternately 80 times, a CdTe ultrafine particle-dispersed glass having a film thickness of about 1 μm as shown in FIG. 4 was manufactured.

【0030】このCdTe超微粒子分散ガラスを、超微
粒子形成工程において不活性ガスを用いる従来の方法に
より製造する場合のタイミングチャートは図3のように
なり、本実施例に比べて倍の給排気回数が必要であるこ
とがわかる。また、このCdTe超微粒子分散ガラスを
誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP)で化学分
析したところ、CdTeはガラス中に約30重量%分散
されていることが明らかになった。
FIG. 3 shows a timing chart when this CdTe ultrafine particle-dispersed glass is manufactured by the conventional method using an inert gas in the ultrafine particle forming step, and the number of times of supply and exhaust is twice that of this embodiment. It turns out that is necessary. Further, when this CdTe ultrafine particle-dispersed glass was chemically analyzed by an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP), it was revealed that CdTe was dispersed in the glass in an amount of about 30% by weight.

【0031】さらに、基板温度を室温から450℃の範
囲で調整することにより、製造した超微粒子を電子顕微
鏡で観察したところ、粒径3nmから50nmであるこ
とが確認された。
Furthermore, when the manufactured ultrafine particles were observed with an electron microscope by adjusting the substrate temperature in the range of room temperature to 450 ° C., it was confirmed that the particle size was 3 nm to 50 nm.

【0032】この試料の吸収特性の評価結果を図5に示
す。薄膜状態のCdTe結晶の吸収端は820nmであ
るが、これと比較して量子サイズ効果による吸収端の高
エネルギー側へのシフトが観測され、良好なCdTe超
微粒子が分散されていることがわかった。濃度、粒径に
ついては再現性よく制御できた。
The evaluation results of the absorption characteristics of this sample are shown in FIG. Although the absorption edge of the thin film CdTe crystal is 820 nm, a shift of the absorption edge to the high energy side due to the quantum size effect was observed in comparison with this, and it was found that good CdTe ultrafine particles were dispersed. . The concentration and particle size could be controlled with good reproducibility.

【0033】本実施例ではCdTe超微粒子分散ガラス
について述べたが、超微粒子としてはCdTeに限ら
ず、CdS、CdSSe、ZnSeなどのII−VI族
化合物半導体やGaAs、InP、InGaAsなどの
III−V族化合物半導体、Siなどの単元素半導体に
ついても適用できる。また、マトリックス材料としては
ガラスに限らず、酸化チタン(TiO2 )、酸化アルミ
ニウム(Al2 3 )等の酸化物または有機物について
も適用できる。
Although CdTe ultrafine particle-dispersed glass has been described in the present embodiment, the ultrafine particles are not limited to CdTe, but II-VI group compound semiconductors such as CdS, CdSSe and ZnSe and III-V such as GaAs, InP and InGaAs. It is also applicable to group compound semiconductors and single element semiconductors such as Si. Further, the matrix material is not limited to glass, and oxides or organic substances such as titanium oxide (TiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be applied.

【0034】材料によってはここで述べたYAGレーザ
の第2高調波を吸収しない場合があるが、第3高調波
(354nm)を使用するか、あるいは別のレーザ(た
とえばエキシマレーザなど)を使用して材料を加熱蒸発
させることにより、超微粒子分散材料の製造が可能であ
る。
Some materials may not absorb the second harmonic of the YAG laser described here, but the third harmonic (354 nm) may be used, or another laser (such as an excimer laser) may be used. It is possible to produce an ultrafine particle dispersed material by heating and evaporating the material.

【0035】また、Ti,Alなどの金属を酸素中で蒸
発させることにより有用なマトリックスが得られるた
め、マトリックス形成法としてこの方法を用いてもよ
い。
Since a useful matrix can be obtained by evaporating a metal such as Ti or Al in oxygen, this method may be used as a matrix forming method.

【0036】さらに、マトリックスを形成する方法に
は、化学的気相堆積法を使用してもよい。この方法によ
れば、マトリックス内の応力を小さくすることが可能で
あり、マトリックス層の厚さを厚くしても膜はがれの恐
れが少ないため、超微粒子分散材料の要求特性によって
は、装置外部から導入した気体による化学的気相堆積法
とすることが望ましい。
Further, a chemical vapor deposition method may be used as the method of forming the matrix. According to this method, it is possible to reduce the stress in the matrix, and even if the thickness of the matrix layer is increased, there is little risk of film peeling. A chemical vapor deposition method using the introduced gas is desirable.

【0037】(実施例2)図6は実施例2に用いた製造
装置である。マトリックスおよび超微粒子の原料として
それぞれSiO粉末の焼結体およびCdTe多結晶ウェ
ハを真空チャンバ1内のターゲットホルダ2に設置し
た。また、このターゲットホルダ2から50mmの位置
の基板ホルダ3には基板として石英を設置した。
(Embodiment 2) FIG. 6 shows a manufacturing apparatus used in Embodiment 2. A sintered body of SiO powder and a CdTe polycrystalline wafer were placed in a target holder 2 in a vacuum chamber 1 as a matrix and a raw material of ultrafine particles, respectively. Further, quartz was placed as a substrate on the substrate holder 3 located 50 mm from the target holder 2.

【0038】まず、第1の工程として、真空チャンバ1
内を1×10ー6Torrとしてパルス幅10ns、出力
50J/cm2 のYAGレーザ第2高調波をCdTe多
結晶ウェハに照射し、基板上にCdTe超微粒子を形成
した。
First, as the first step, the vacuum chamber 1
The CdTe polycrystalline wafer was irradiated with the second harmonic of a YAG laser having a pulse width of 10 ns and an output of 50 J / cm 2 with the inside of 1 × 10 −6 Torr to form CdTe ultrafine particles on the substrate.

【0039】次に、第2の工程として、真空チャンバ内
の真空度を1×10ー6Torrに保ったまま、坩堝に金
(Au)粉末を入れた電子ビーム金蒸着ガン13から金
蒸気を石英ガラス基板めがけて蒸発させた。1分間蒸発
させた後、金蒸着ガン13のシャッターを閉じてCdT
e超微粒子への蒸着を終了させた。
Next, as a second step, gold vapor is vaporized from the electron beam gold vapor deposition gun 13 in which gold (Au) powder is put in the crucible, while maintaining the degree of vacuum in the vacuum chamber at 1 × 10 −6 Torr. It was evaporated toward a quartz glass substrate. After evaporating for 1 minute, the shutter of the gold vapor deposition gun 13 is closed and CdT
e The vapor deposition on the ultrafine particles was completed.

【0040】さらに、第3の工程として、酸素ガス導入
管より酸素ガスをチャンバ内に導入し、同ガス圧を5×
10ー5Torrとした後、YAGレーザ第2高調波でS
iO粉末の焼結体を照射して石英ガラス基板上にSiO
2 ガラス膜を形成した。
Further, in the third step, oxygen gas is introduced into the chamber through the oxygen gas introducing pipe, and the gas pressure is adjusted to 5 ×.
After the 10 @ 5 Torr, S in YAG laser second harmonic
Irradiation of a sintered body of iO powder on a quartz glass substrate
Two glass films were formed.

【0041】上記の第1から第3の工程を100回繰り
返して、金蒸着により複合化したCdTe超微粒子分散
ガラスを製造した。
The above first to third steps were repeated 100 times to produce a CdTe ultrafine particle dispersed glass compounded by gold deposition.

【0042】この薄膜を電子顕微鏡で観察したところ、
図7のように、CdTe超微粒子12の表面にCdTe
とは異なる物質の超微粒子14が観察され、一部のCd
Te超微粒子は、図8のように、その表面の全てがCd
Teとは異なる物質の皮膜15によって覆われていた。
分析電子顕微鏡で同定したところ、この超微粒子11ま
たは皮膜15は金であることが確認された。
When this thin film was observed with an electron microscope,
As shown in FIG. 7, CdTe is formed on the surface of the CdTe ultrafine particles 12.
Ultrafine particles 14 of a substance different from
As shown in FIG. 8, the entire surface of Te ultrafine particles is Cd.
It was covered with a film 15 of a substance different from Te.
As a result of identification with an analytical electron microscope, it was confirmed that the ultrafine particles 11 or the film 15 was gold.

【0043】また、この薄膜の非線形効果を評価したと
ころ、超微粒子を複合化しない場合、すなわち、CdT
e超微粒子または金超微粒子のみを分散させた場合と比
較してその効果は2倍から3倍に増大していた。
Further, the non-linear effect of this thin film was evaluated, and when the ultrafine particles were not compounded, that is, CdT
e The effect was increased by a factor of 2 to 3 compared to the case where only ultrafine particles or gold ultrafine particles were dispersed.

【0044】実施例2では、第1工程で製造する超微粒
子としてCdTeを、第2工程で製造する超微粒子とし
て金を、第3工程で製造するマトリックスとしてSiO
2 ガラスを使用したが、実施例1と同様にCdTeはI
I−VI族またはIII−V族化合物半導体であっても
よく、SiO2 ガラスはTiO2 、Al2 3 などの酸
化物または有機物であってもよく、さらに、金は銀(A
g)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)等であってもよ
い。
In Example 2, CdTe was used as the ultrafine particles produced in the first step, gold was used as the ultrafine particles produced in the second step, and SiO was used as the matrix produced in the third step.
2 glass was used, but CdTe was I as in Example 1.
It may be a group I-VI or group III-V compound semiconductor, the SiO 2 glass may be an oxide or an organic substance such as TiO 2 , Al 2 O 3 , and gold may be silver (A
It may be g), platinum (Pt), rhodium (Rh), or the like.

【0045】なお、本実施例では、超微粒子を第1工程
と第2工程の2工程に分けて製造したが、第1工程と第
2工程の順序を逆にすれば、第1工程で使用可能な材料
は第2工程でも使用可能であり、第2工程で使用可能な
材料は第1工程でも使用可能である。
In this example, the ultrafine particles were manufactured by dividing them into the first step and the second step. However, if the order of the first step and the second step is reversed, they are used in the first step. Possible materials can be used in the second step, and materials that can be used in the second step can be used in the first step.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、粒子の大きさが数nm
から数10nmの範囲で、かつ粒子同士の凝集が無く、
高濃度に超微粒子または複合化した超微粒子を分散させ
た材料が、時間的経済的に効率よく製造できる。
According to the present invention, the particle size is several nm.
To a few tens nm, and there is no aggregation of particles,
A material in which ultrafine particles or composite ultrafine particles are dispersed at a high concentration can be manufactured efficiently in a timely and economical manner.

【0047】また、超微粒子の製造をマトリックスとは
独立に実施できるため、超微粒子の結晶性の制御および
粒度分布の制御が可能であり、また、超微粒子とマトリ
ックスそれぞれの材料も幅広く選択できる。
Further, since the ultrafine particles can be produced independently of the matrix, the crystallinity and particle size distribution of the ultrafine particles can be controlled, and the materials for the ultrafine particles and the matrix can be widely selected.

【0048】以上より、応用性の極めて高い非線形光学
材料を従来よりも効率的な製造方法により提供できる。
As described above, it is possible to provide a highly versatile nonlinear optical material by a more efficient manufacturing method than ever before.

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

【図1】本発明の実施例1によりCdTe超微粒子分散
ガラスを製造するための製造装置の模式図
FIG. 1 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus for manufacturing CdTe ultrafine particle dispersed glass according to Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例1のタイミングチャートFIG. 2 is a timing chart of the first embodiment of the present invention.

【図3】従来の方法によりCdTe超微粒子分散ガラス
を製造するためのタイミングチャート
FIG. 3 is a timing chart for producing CdTe ultrafine particle dispersed glass by a conventional method.

【図4】本発明の実施例1により製造したCdTe超微
粒子分散ガラスの模式図
FIG. 4 is a schematic view of CdTe ultrafine particle-dispersed glass produced according to Example 1 of the present invention.

【図5】本発明の実施例1により製造したCdTe超微
粒子分散ガラスの吸収特性
FIG. 5: Absorption characteristics of CdTe ultrafine particle dispersed glass produced according to Example 1 of the present invention

【図6】本発明の実施例2によりCdTe複合超微粒子
分散ガラスを製造するための製造装置の模式図
FIG. 6 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus for manufacturing CdTe composite ultrafine particle dispersed glass according to Example 2 of the present invention.

【図7】本発明の実施例2により製造したCdTe複合
超微粒子を示す模式図
FIG. 7 is a schematic diagram showing CdTe composite ultrafine particles produced according to Example 2 of the present invention.

【図8】本発明の実施例2により製造した一部のCdT
e複合超微粒子を示す模式図
FIG. 8 is a partial CdT produced according to Example 2 of the present invention.
e Schematic diagram showing composite ultrafine particles

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:真空チャンバ、2:ターゲットホルダ、3:基板ホ
ルダ 4:レーザ光導入窓、5:ガス導入管、6:ストップバ
ルブ 7:マスフローコントローラ、8:ターボ分子ポンプ、
9:ロータリーポンプ 10:石英基板、11:SiO2 ガラス、12:CdT
e超微粒子 13:金蒸着ガン、14:金超微粒子、15:金皮膜 16:CdTe複合超微粒子
1: Vacuum chamber, 2: Target holder, 3: Substrate holder 4: Laser light introduction window, 5: Gas introduction pipe, 6: Stop valve, 7: Mass flow controller, 8: Turbo molecular pump,
9: Rotary pump 10: Quartz substrate, 11: SiO 2 glass, 12: CdT
e Ultrafine particles 13: Gold vapor deposition gun, 14: Gold ultrafine particles, 15: Gold film 16: CdTe composite ultrafine particles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 修平 大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日 本板硝子株式会社内 (72)発明者 常友 啓司 大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日 本板硝子株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−214860(JP,A) 特開 平5−254883(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 19/12 C03C 14/00 - 17/58 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shuhei Tanaka, 3-5-11 Doshumachi, Chuo-ku, Osaka City Nihon Sheet Glass Co., Ltd. (72) Keiji Tsuneto, 3-5 Doshomachi, Chuo-ku, Osaka No. 11 within Nihon Sheet Glass Co., Ltd. (56) Reference JP-A-4-214860 (JP, A) JP-A-5-254883 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) ) B01J 19/12 C03C 14/00-17/58

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 超微粒子を基板上に形成させる工程と、
該基板上にマトリックスを形成させる工程を同一真空容
器内で交互に行う超微粒子分散材料の製造方法におい
て、該超微粒子を形成させる工程は、超微粒子の原料と
なる材料を5×10-5Torr以下に減圧した雰囲気中
でレーザ加熱蒸発させ、前記基板上における核形成およ
び核成長の過程を経ることを特徴とする超微粒子分散材
料の製造方法。
1. A step of forming ultrafine particles on a substrate,
In the method for producing an ultrafine particle dispersed material in which the step of forming a matrix on the substrate is alternately performed in the same vacuum container, the step of forming the ultrafine particles is performed at a material of 5 × 10 −5 Torr. Laser heating and evaporation in a reduced pressure atmosphere are performed below to allow nucleation and nucleation on the substrate.
Method for producing ultrafine particle-dispersed material, characterized in Rukoto through the process of fine nucleation.
【請求項2】 超微粒子を形成させた後マトリックスを
形成させる前に、該超微粒子の原料および該マトリック
スの原料のいずれとも異なる材料を、該超微粒子の表面
の少なくとも一部に、超微粒子としてもしくは超微粒子
が連続してなる皮膜として形成し、超微粒子の複合化を
行う請求項1記載の超微粒子分散材料の製造方法。
2. A material different from both the raw material of the ultrafine particles and the raw material of the matrix is formed on at least a part of the surface of the ultrafine particles as the ultrafine particles after forming the ultrafine particles and before forming the matrix. Alternatively, the method for producing an ultrafine particle dispersion material according to claim 1, wherein the ultrafine particles are formed as a continuous film to composite the ultrafine particles.
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