JP4296281B2 - Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法及びデバイス作製法 - Google Patents

Description

本発明は、発光性改質部を形成するための化合物の改質法及びデバイスに係り、とくにＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物に、波長２６６ｎｍ未満の光を照射することにより、従来困難とされてきたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部への発光性改質部の形成が可能な、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法及びデバイス作製法に関する。

オプトエレクトロニクス、フォトニクス、バイオ／メディカルあるいは福祉工学分野において、発光デバイスは必要不可欠である。現在発光デバイスは、ケイ素やシリカガラスなどリジッドな基体上に形成されることが多い。このことが、デバイスの軽量性、耐衝撃性、耐候性、フレキシブル性などの点において使用を制限していた。

Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、発光性改質部を形成することにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を基礎とした新規発光デバイスの作製法の確立を課題とする。

そこで、本発明は、上記の点に鑑み、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、発光性改質部を形成可能としたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法及びデバイス作製法を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明のある態様のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を１０分〜６０分間照射することにより、炭素の混入していない酸化ケイ素の発光性改質部を形成することを特徴としている。
また、本発明の別の態様のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を照射して酸化ケイ素を形成するとともに、前記酸化ケイ素に炭素が混入していない状態となる照射時間として前記酸化ケイ素の発光性改質部を形成することを特徴としている。

前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法において、前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への光照射を真空中又は非酸化雰囲気中で行ってもよい。また、前記光照射以前より前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を真空中又は非酸化雰囲気中に配置しておいてもよい。

前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法において、前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の表面にマスクを配置し、前記マスクの開口部を通して、前記波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を照射してもよいし、あるいは前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に光学素子を通して、前記波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を集光照射してもよい。

本発明の別の態様のデバイス作製法は、前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法によって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の表面又は内部に、発光性材料を形成したことを特徴としている。

本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、発光性改質部を形成することにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を基礎とした新規発光デバイスの作製法を確立できる。

また、マスクや集光のための光学素子等を用いる場合、発光性改質部を位置選択的並びに空間選択的に形成可能であり、さらに、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としてシリコーンゴム等のフレキシブル材料を選択することで、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を基礎とした新規フレキシブル発光デバイスを作製可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法及びデバイス作製法の実施の形態を図面に従って説明する。

図１で本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法及びデバイス作製法の実施の形態を示す。

図１（Ａ）は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面に発光性改質層を形成する場合の実施の形態１で用いる実験概略構成であり、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としてのシリコーン１の表面にはマスク３が配置され、波長２６６ｎｍ未満のレーザー光２がマスク３の開口部を通してシリコーン１表面に照射される。

前記マスク３の開口部を通して光照射を受けたシリコーン１の表面には発光性改質層が形成される。この発光性改質層は、酸化ケイ素であるが、化学量論組成ではない（二酸化ケイ素ではない）ものである。発光性改質層については後述の実施例で詳述する。

大気中若しくは酸化雰囲気中でレーザー光２を照射する場合、レーザー光波長が１９０ｎｍ以下になると化学量論組成の二酸化ケイ素が主に改質層として形成されるようになり、発光性が無くなるので、照射するレーザー光は１９０ｎｍより長く、２６６ｎｍより短い波長であることが望ましい。

また、真空中又は非酸化雰囲気中で前記レーザー光の照射を行う場合、大気中若しくは酸化雰囲気中における場合よりも短い波長（つまり１９０ｎｍ以下の波長）でも化学量論組成ではない酸化ケイ素が形成されやすくなると考えられる。

さらに、シリコーン１が、内部に酸素分子が入り込んでいるシリコーンゴム等の場合には、内部の酸素分子を除外するために、前記レーザー光の照射以前よりシリコーン１を真空中又は非酸化雰囲気中に配置しておくことがいっそう好ましい。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) シリコーン１にマスク３を通してレーザー光２を照射することで、位置選択的に発光性改質層を形成することができる。すなわち、所望の開口部形状のマスク３を用いることにより、開口部位置で規定された所望の位置に、開口部形状及び大きさで規定された所望の形状及び大きさの発光性改質層を、シリコーン１表面に形成することができる。

(2) Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としてのシリコーン１への光照射を真空中又は非酸化雰囲気中で行うことで、大気中若しくは酸化雰囲気中より短い波長の光でも化学量論組成ではない酸化ケイ素（発光性改質層）を形成可能である。さらに、シリコーン１内部の酸素分子を除外するために前記光照射以前よりシリコーン１を真空中又は非酸化雰囲気中に配置しておくことで、内部に酸素分子が入り込んでいるシリコーンゴム等の化合物に対しても発光性改質層を短い波長の光照射で形成可能となる。

(3) 発光性改質層を設けるシリコーン１としてフレキシブルなシリコーンゴム等の材料を採用することで、発光性材料が形成されたフレキシブル発光デバイスを作製できる。

図１（Ｂ）は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物内部に発光性改質部を形成する場合の実施の形態２で用いる実験概略構成であり、シリコーン１内部に波長２６６ｎｍ未満のレーザー光２が光学素子としてのレンズ４を介して集光照射される。

この場合、シリコーン１は精密に三次元的に微動可能であり、結果的にレーザー光２が精密に三次元的に走査される。

この実施の形態２においても、大気中若しくは酸化雰囲気中でレーザー光２を照射する場合、レーザー光の波長が短くなると化学量論組成の二酸化ケイ素が改質層として形成されるようになり、発光性が無くなるので、照射するレーザー光は１９０ｎｍより長く、２６６ｎｍより短い波長であることが望ましい。

また、真空中又は非酸化雰囲気中で前記レーザー光の照射を行う場合、大気中若しくは酸化雰囲気中より短い波長でも化学量論組成ではない酸化ケイ素が形成されやすくなると考えられ、さらに、シリコーン１が、内部に酸素分子が入り込んでいるシリコーンゴム等の場合には、内部の酸素分子を除外するために、前記レーザー光の照射以前よりシリコーン１を真空中又は非酸化雰囲気中に配置しておくことがいっそう好ましい。

この実施の形態２によれば、シリコーン１の内部にレーザー光２の焦点位置を合わせることで、位置選択的並びに空間選択的（三次元的）に発光性改質部を形成することができる。その他の作用効果は、実施の形態１と同様である。

なお、図１（Ｂ）において、レーザー光２の焦点位置をシリコーン１の表面に合わせることにより、シリコーン１表面の所望の位置に、所望の形状及び大きさの発光性改質層を形成することもできる。

また、図１（Ａ），（Ｂ）において波長２６６ｎｍ未満のレーザー光をシリコーン１に照射したが、レーザー光に限定されるものではない。

以下、本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法及びデバイス作製法を実施例で詳述する。

図１（Ａ）の実験概略構成において、レーザー光２として波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いた。レーザー光照射部分でのエネルギー密度は、約３０ｍＪ／ｃｍ^２／pulse一定とした。また、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ一定とした。レーザー光照射時間は１０〜６０分まで変化させた。シリコーン１としてはシリコーンゴムを用い、その厚さは０．５ｍｍ及び２ｍｍとした。実験は大気中で行った。いずれのシリコーンゴムの厚さの場合も、発光性改質層を表面に形成できた。

図２は、６０分間のレーザー光照射により、シリコーンゴム表面に発光性改質層を形成した試料の写真図である。改質された試料に、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザー光を照射すると、改質層からの強い白色蛍光が観察された。この蛍光スペクトルは、試料のポストアニーリングにより変化することも判明した。

発光性改質層の化学組成を、Ｘ線光電子分光分析及び赤外分光分析により調べた。その結果、発光性改質層は、酸化ケイ素であることがわかった。しかし、この酸化ケイ素層は、化学量論組成ではない（二酸化ケイ素ではない）こともわかった。また、この改質層には、炭素は全く混入していないことも判明した。

ＡｒＦエキシマレーザーに代えて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いた場合、上記のような発光性改質層は全く形成されず、代わりにシリコーンゴム表面には炭素が析出した。

ＡｒＦエキシマレーザーに代えて、波長１５７ｎｍのＦ_２レーザー光を用いた場合（エネルギー密度：約１０ｍＪ／ｃｍ^２／pulse一定、パルス繰り返し周波数：１０Ｈｚ一定）、上記のような発光性改質層は全く形成されず、代わりにシリコーンゴム表面には二酸化ケイ素層が形成された。しかし、シリコーンゴムを予め真空中（１０^−４ｐａ）で６４時間保持し、その後引き続きＦ_２レーザー光を照射すると、シリコーンゴム表面には発光性改質層が形成された。

これは、真空中に予めシリコーンゴムを放置しておくことで、シリコーンゴム中の酸素分子がシリコーンゴムから除外され、発光性改質層が形成されやすい状態（化学量論組成の二酸化ケイ素が形成されにくい状態）になったからだと思われる。

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

本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を照射することにより、従来困難とされてきたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部への発光性改質層の形成が可能であり、また前記発光性改質層を位置選択的並びに空間選択的に行うことも可能となる。その結果、本発明は、電気、電子分野のみならずオプトエレクトロニクス、フォトニクス、バイオ／メディカルあるいは福祉工学分野でのデバイス作製の基盤技術として利用可能であるなど多機能マイクロ／ナノデバイス作製のための必要不可欠な技術となる。

また、本発明は、これら分野にとどまらず、今後マイクロ・ナノマシーニング技術を利用して発展するデバイス作製の分野に多大に利用可能である。

本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法及びデバイス作製法の実施の形態であって、（Ａ）はマスクを用いる実施の形態１、（Ｂ）は光学素子としてのレンズを用いる実施の形態２を示す構成図である。 本発明の実施例において、発光性改質層が形成されたシリコーンゴムに、Ｈｅ−Ｃｄレーザー光を照射することにより、白色蛍光が観察された写真図である。本発明の実施例によって形成された

符号の説明

１ シリコーン
２ レーザー光
３ マスク
４ レンズ

Claims (7)

1. Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を１０分〜６０分間照射することにより、炭素の混入していない酸化ケイ素の発光性改質部を形成することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法。
2. Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に、波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を照射して酸化ケイ素を形成するとともに、前記酸化ケイ素に炭素が混入していない状態となる照射時間として前記酸化ケイ素の発光性改質部を形成することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法。
3. 前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への光照射を真空中又は非酸化雰囲気中で行う請求項１又は２記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法。
4. 前記光照射以前より前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を真空中又は非酸化雰囲気中に配置しておく請求項３記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法。
5. 前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の表面にマスクを配置し、前記マスクの開口部を通して、前記波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を照射する請求項１，２，３又は４記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法。
6. 前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は内部に光学素子を通して、前記波長が２６６ｎｍ未満で１９０ｎｍより長い光を集光照射する請求項１，２，３又は４記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法。
7. 請求項１，２，３，４，５又は６記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の改質法で、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の表面又は内部に、発光性材料を形成することを特徴とするデバイス作製法。