JP4614330B2 - 有機基で修飾されたシリコン基板の製造方法 - Google Patents
有機基で修飾されたシリコン基板の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4614330B2 JP4614330B2 JP2005024179A JP2005024179A JP4614330B2 JP 4614330 B2 JP4614330 B2 JP 4614330B2 JP 2005024179 A JP2005024179 A JP 2005024179A JP 2005024179 A JP2005024179 A JP 2005024179A JP 4614330 B2 JP4614330 B2 JP 4614330B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon substrate
- organic
- organic group
- groups
- group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
シリコン基板表面を有機基修飾するための、これまでに知られている方法は、高温処理法、光照射法及び有機金属試薬法である。
Bansal, A.; Lewis, N. S., J. Phys. Chem. B 1998, 102, 1067-1070. (a) Strother, T.; Cai, W.; Zhao, X.; Hamers, R.; Smith, L. M., J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 1205-1209. (b) de Smet, L. C. P. M.; Stork, G. A.; Hurenkamp, G. H. R; Sun, Q.-Y; Topal, H.; Vronen, P. J. E.; Sieval, A. B.; Wright, A.; Visser, G. M.; Zuihof, H.; Sudholter, E. J. R., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13916-13917. (c) Lasseter, T. L.; Clare, B.; Abbott, N. L.; Hamers, R. J., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10220-10221. (a) Linford, M. R.; Fenter, P.; Eisenberger, P. M.; Chidsey, C. E. D., J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 3145-3155. (b) Sieval, A. B.; Vleeming, V; Zuihof, H.; Sudholter, E. J. R., Langmuir 1999, 15, 8288-8291. (a) Cicero, R. L.; Linford, M. R.; Chidsey, C. E. D., Langmuir 2000, 16, 5688-5695. (b) Sun,Q.-Y; de Smet, L. C. P. M.; van Lagen, B.; Wright, A; Zuilhof, H.; Sudholter, E. J. R., Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1352-1355. (a) Webb, L. J.; Lewis, N. S., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5404-5412. (b) Kim, N. Y; Laibinis, P. E., J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7162-7163. Himpsel, F. J.; McFeely, F. R.; Taleb-Ibrahimi, A.; Yarmoff, J. A., Phys. Rev. B 1988, 38, 6084-6096. Seah, M. P.; Dench, W. A., Surf. Interface Anal. 1979, 1, 2-11. Cumpson, P. J., Surf. Interface Anal. 2001, 31, 23-34. Okubo, T.; Tsuchiya, H.; Sadakata, M.; Yasuda, T.; Tanaka, K., Appl. Surf. Chem. 2001, 171, 252.
そのため、これらの方法より温和な条件でのシリコン表面修飾法の開発が望まれている。
本発明は、種々の官能基の導入が容易なシリコン表面修飾方法を提供することを目的とするものである。
そして、本発明の方法はエネルギー源としての光照射を必要としない上、加熱も必須のものとはしないので、製造装置も簡便なものですみ、低コストで実施することができる。
表面が水素終端化された(111)表面をもつ単結晶シリコン基板の表面に、活性化アルキンによりヒドロシリル化反応を行なって有機基を導入した。使用した有機反応液のアルキンは、プロピオール酸エステル類、プロピオール酸、プロピオーロニトリル及びアリールアセチレン類であった。
上段の式の左辺の右側はシリコン(111)基板表面を表わしており、表面のシリコンには水素が結合して水素終端化されている状態を示している。
(水素終端化基板の調製)
入手したシリコン(111)基板(抵抗率10〜15Ωcm)をアセトンに浸漬し10分〜15分超音波洗浄したのち、RCA洗浄方法により基板表面の金属不純物や有機物を除去した。RCA洗浄は4段階の洗浄を含む。第1段階では、容積比で98%硫酸4に対して30%過酸化水素水を1の割合で混合した洗浄液を用い、95〜100℃でシリコン基板を14〜16分間浸漬する。第2段階では、5%フッ酸水溶液を用いて、室温で4〜5分程度浸漬する。第3段階では、容積比で25%アンモニア1に対して30%過酸化水素水を1〜2、水5〜7の割合で混合した洗浄液を用い、75〜85℃でシリコン基板を9〜11分間浸漬する。第4段階では、容積比で塩酸1に対して30%過酸化水素水1〜2、水5〜7の割合で混合した洗浄液を用い、75〜85℃でシリコン基板を9〜11分間浸漬する。各操作の間には水洗を行なった。また、水はすべて超純水を用いた。
表面を水素終端化処理したシリコン基板を容器に入れられた有機反応液としてのアルキン液に浸漬した。シリコン基板を浸漬したアルキン反応液を撹拌するために、その容器を回転速度100〜120rpmで回転させながら反応を行なわせた。
また、反応は1昼夜又はそれ以上にわたって連続して行なわせた。すなわち、反応時間は24〜40時間であった。さらに、この反応の間は、紫外線照射などエネルギー源としての光照射も行なわなかった。
このように得られたアルケニルシリコン表面をX線光電子分光法(XPS)により測定した。XPSスペクトル測定のために、n型シリコン(111)ウエハの片面を研磨し、10mm×10mmの大きさのシリコン基板に切り出し、上述のように水素終端化処理とヒドロシリル化反応による有機基導入を行なって測定試料を調製した。その後、シリコン基板は、ジクロロメタン(CH2Cl2)とイソプロパノールでリンスし、真空乾燥させた。
サンプル4b〜4d、4f、4h及び4lについての測定結果を図2から図13に示す。図2と図3はサンプル4bについてのXPSスペクトル、図4と図5はサンプル4cについてのXPSスペクトル、図6と図7はサンプル4dについてのXPSスペクトル、図8と図9はサンプル4fについてのXPSスペクトル、図10と図11はサンプル4jについてのXPSスペクトル、図12と図13はサンプル4lについてのXPSスペクトルである。横軸は結合エネルギー(eV)、縦軸は光電子強度を表わすカウント数(CPS)である。
XPSスペクトルをいろいろな検出角度で検出し、それぞれの角度で得られたデータに基づいて被覆率を計算した。その結果を表1に示す。
d'111=2d111=1.568Åの値を用いた。
相対感度因子RSFはKRATOS−AXIS−165データライブラリーにある値を用い、MgのKα線に対してはRSFFls=1.000,RSFN1s=0.505,RSFSi2p=0.371とし、単色化したAlのKα線に対してはRSFN1s=0.477,RSFSi2p=0.328とした。
(Me3Si)3Si−CH=CH−C6H4−p−CF3)を用いて単層の距離を半経験的分子軌道計算MOPACのPM3法によって計算した。
λ……IMFP、
χ……原子結合指数、
δ(v)……全原子価電子数(水素との結合における電子を除く)、
Z……原子番号、
Z(ν)……1原子中の原子価電子数
h ……原子に結合している水素原子数
である。
表1の結果によれば、検出角0°での測定で、シリコン表面での有機基による被覆率は37〜56%と推定される。
次に、シリコン表面に有機基が導入されていることを赤外吸収によっても確認した。
ATR−IR測定のために、n型シリコン(111)ウエハを、上底面の平面形状が縦30mm×横10mm×厚さ0.8mmの長方形で、その縦方向の両端面が45°の傾斜面をもつ台形型45°入射出射のプリズム形状のシリコン基板に切り出した。すなわち、このプリズム形状の縦方向の断面形状は、上底辺が30mm、下底辺が28.4mm、高さが0.8mmの台形である。そのシリコン基板の両面及び傾斜した端面を研磨し、上述のように水素終端化処理とヒドロシリル化反応による有機基導入を行なって測定試料を調製した。その後、シリコン基板は、ジクロロメタンとイソプロパノールでリンスし、真空乾燥させた。
シリコン基板表面に有機基を導入すると、その官能基の種類によって表面の親水性に対する性状が変化することが期待される。そこで、次に水素終端化シリコン基板の接触角と、本発明により官能基を導入したシリコン基板表面の接触角を測定した。
θ=2tan-1(2h/d)
として求めた。各サンプル表面について5点ずつの測定を行ない、その平均値を求めた。
その結果を表2に示す。接触角(Contact Angle)が小さい方が親水性、大きい方が疎水性であることを意味する。標準誤差(Standard error, SE)は
(個々の測定値をxi, 平均値を
, 測定値をnとする)により求めた。
このように、接触角の測定によってもシリコン基板表面に有機基が導入されていること、及び官能基の種類により親水性に対する性状の異なるものが得られることが確認できる。
Claims (8)
- 有機基で修飾されたシリコン基板を製造する方法において、
シリコン基板を有機反応液に浸漬して攪拌する反応工程を含み、
前記有機反応液に浸漬する際のシリコン基板は表面が水素終端化されたものであり、
前記有機反応液は電子吸引性又は共役系置換基が不飽和三重結合の炭素原子に結合したアルキンを含む液であり、
前記反応工程では前記有機反応液にエネルギー源としての光照射を行なわないことを特徴とする有機基修飾シリコン基板の製造方法。 - 前記置換基はエステル基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基、アリール基、スルホン酸基、スルホンエステル酸基、リン酸基、及びリン酸エステル基、並びにそれらの塩からなる群から選ばれたいずれかである請求項1に記載の有機基修飾シリコン基板の製造方法。
- 前記アルキンは末端に不飽和三重結合をもったものである請求項1又は2に記載の有機基修飾シリコン基板の製造方法。
- 前記アルキンはアセチレン誘導体である請求項3に記載の有機基修飾シリコン基板の製造方法。
- 前記アセチレン誘導体は、プロピオール酸エステル類、プロピオール酸、プロピオーロニトリル及びアリールアセチレン類からなる群から選ばれた1種である請求項4に記載の有機基修飾シリコン基板の製造方法。
- 前記有機反応液はアルキンのみからなる液である請求項1から5のいずれかに記載の有機基修飾シリコン基板の製造方法。
- 前記有機反応液はアルキンを無水溶媒に溶解した溶液である請求項1から5のいずれかに記載の有機基修飾シリコン基板の製造方法。
- 前記反応工程は前記有機反応液を加熱しないで行なう請求項1から7のいずれかに記載の有機基修飾シリコン基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005024179A JP4614330B2 (ja) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | 有機基で修飾されたシリコン基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005024179A JP4614330B2 (ja) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | 有機基で修飾されたシリコン基板の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006210844A JP2006210844A (ja) | 2006-08-10 |
JP4614330B2 true JP4614330B2 (ja) | 2011-01-19 |
Family
ID=36967296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005024179A Expired - Fee Related JP4614330B2 (ja) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | 有機基で修飾されたシリコン基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4614330B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5345034B2 (ja) * | 2009-09-28 | 2013-11-20 | 富士フイルム株式会社 | 撥液膜形成方法 |
JP5248454B2 (ja) * | 2009-09-28 | 2013-07-31 | 富士フイルム株式会社 | ノズルプレートの製造方法 |
JP5397999B2 (ja) * | 2009-09-28 | 2014-01-22 | 富士フイルム株式会社 | 基材同士の接合方法及び接合体 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002501001A (ja) * | 1998-01-22 | 2002-01-15 | パーデュー・リサーチ・ファウンデーション | 官能性多孔性珪素表面 |
WO2003101905A1 (fr) * | 2002-05-31 | 2003-12-11 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procede pour l'elaboration d'un substrat mineral modifie en surface, et substrat obtenu |
JP2005244173A (ja) * | 2003-12-05 | 2005-09-08 | Sony Internatl Europ Gmbh | シリコン表面の活性化方法、これにより生成される分子パターン及びその分子パターンの使用方法 |
JP2006076936A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | シランカップリング剤、基板及び液晶素子 |
JP2008503893A (ja) * | 2004-06-21 | 2008-02-07 | ワヘニンヘン ユニバーシティー | テーラーメイドで官能化されたケイ素及び/又はゲルマニウム表面 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03146129A (ja) * | 1989-11-01 | 1991-06-21 | Hitachi Ltd | 有機薄膜の作製方法 |
JP2861776B2 (ja) * | 1993-12-28 | 1999-02-24 | 日立電線株式会社 | 保護膜付き半導体ウェハ |
JP3324740B2 (ja) * | 1997-03-24 | 2002-09-17 | 信越半導体株式会社 | 珪素半導体結晶及びその製造方法 |
US6689858B2 (en) * | 2000-09-08 | 2004-02-10 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Halogen-modified silicon, surfaces |
-
2005
- 2005-01-31 JP JP2005024179A patent/JP4614330B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002501001A (ja) * | 1998-01-22 | 2002-01-15 | パーデュー・リサーチ・ファウンデーション | 官能性多孔性珪素表面 |
WO2003101905A1 (fr) * | 2002-05-31 | 2003-12-11 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procede pour l'elaboration d'un substrat mineral modifie en surface, et substrat obtenu |
JP2005244173A (ja) * | 2003-12-05 | 2005-09-08 | Sony Internatl Europ Gmbh | シリコン表面の活性化方法、これにより生成される分子パターン及びその分子パターンの使用方法 |
JP2008503893A (ja) * | 2004-06-21 | 2008-02-07 | ワヘニンヘン ユニバーシティー | テーラーメイドで官能化されたケイ素及び/又はゲルマニウム表面 |
JP2006076936A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | シランカップリング剤、基板及び液晶素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006210844A (ja) | 2006-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wong et al. | What a difference a bond makes: the structural, chemical, and physical properties of methyl-terminated Si (111) surfaces | |
Chusuei et al. | Correlation of relative X-ray photoelectron spectroscopy shake-up intensity with CuO particle size | |
Buriak | Organometallic chemistry on silicon and germanium surfaces | |
Cummings et al. | Functionalization of flat Si surfaces with inorganic compounds—towards molecular CMOS hybrid devices | |
CA2560658C (fr) | Procede de revetement selectif d'une surface composite, fabrication d'interconnexions en microelectronique utilisant ce procede, et circuits integres | |
Volatron et al. | Electron transfer properties of a monolayer of hybrid polyoxometalates on silicon | |
Plymale et al. | Synthesis, characterization, and reactivity of ethynyl-and propynyl-terminated Si (111) surfaces | |
Thissen et al. | Controlled, low-coverage metal oxide activation of silicon for organic functionalization: Unraveling the phosphonate bond | |
US20140364574A1 (en) | Surface-Selective Carbon Nanotube Deposition via Polymer-Mediated Assembly | |
Jia et al. | Graphene oxide modified light addressable potentiometric sensor and its application for ssDNA monitoring | |
Louault et al. | The electrochemical grafting of a mixture of substituted phenyl groups at a glassy carbon electrode surface | |
Bashouti et al. | Heterojunction based hybrid silicon nanowire solar cell: surface termination, photoelectron and photoemission spectroscopy study | |
JP4614330B2 (ja) | 有機基で修飾されたシリコン基板の製造方法 | |
Egorov et al. | Initial and steady-state Ru growth by atomic layer deposition studied by in situ Angle Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy | |
Yu et al. | Preparation and characterisation of an aligned carbon nanotube array on the silicon (100) surface | |
US20070098902A1 (en) | Fabricating inorganic-on-organic interfaces for molecular electronics employing a titanium coordination complex and thiophene self-assembled monolayers | |
Plymale et al. | A mechanistic study of the oxidative reaction of hydrogen-terminated Si (111) surfaces with liquid methanol | |
Ullien et al. | Controlled amino-functionalization by electrochemical reduction of bromo and nitro azobenzene layers bound to Si (111) surfaces | |
CN106770162A (zh) | 一种检测甜味剂的表面增强拉曼散射的基底及其制备方法和应用 | |
Yang et al. | Chemistry of olefin-terminated homogeneous and mixed monolayers on scribed silicon | |
Sano et al. | Formation of uniform ferrocenyl-terminated monolayer covalently bonded to Si using reaction of hydrogen-terminated Si (1 1 1) surface with vinylferrocene/n-decane solution by visible-light excitation | |
Kurylo et al. | Characterization of peptide attachment on silicon nanowires by X-ray photoelectron spectroscopy and mass spectrometry | |
Dattilo et al. | Wetting behavior of porous silicon surfaces functionalized with a fulleropyrrolidine | |
Fleury et al. | Electrostatic immobilization of polyoxometallates on silicon: X-ray Photoelectron Spectroscopy and electrochemical studies | |
Boccia et al. | Assembly of gold nanoparticles on functionalized Si (100) surfaces through pseudorotaxane formation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071101 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080304 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100727 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100825 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100914 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101015 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131029 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |