JP4729704B2 - Method for producing metal oxide film - Google Patents

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Description

本発明は、基体上に金属酸化物膜を製造する方法に関し、特に、真空紫外光を利用して結晶性の金属酸化物膜を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a metal oxide film on a substrate, and more particularly to a method of manufacturing a crystalline metal oxide film using vacuum ultraviolet light.

基体表面に金属酸化物膜を形成する方法の一つとしてゾルゲル法が知られている。このゾルゲル法の典型的な態様では、目的とする金属酸化物を構成する金属のアルコキシド等を含むゾルを調製し、該ゾルを基体表面に塗布しての前記金属酸化物の前駆体を含むゲル状皮膜を形成する。次いで、そのゲル状皮膜に熱処理を施して金属酸化物を結晶化する。一般的なゾル−ゲル法によって結晶性の金属酸化物膜を得るには、前記熱処理を高温で行う必要がある。このため、例えば熱可塑性樹脂のように耐熱性の低い材料を用いて構成された基体の表面に結晶性の金属酸化物膜を形成する場合には、該酸化物膜の形成方法としてゾル−ゲル法を採用することは困難であった。この点に関し、特許文献1および2には、金属酸化物ゲルの薄膜に対して波長360nm以下の紫外線を照射することにより、高温での熱処理を必要とせずに金属酸化物を結晶化する技術が記載されている。   A sol-gel method is known as one method for forming a metal oxide film on the surface of a substrate. In a typical embodiment of the sol-gel method, a sol containing a metal alkoxide or the like constituting a target metal oxide is prepared, and the sol is applied to a substrate surface, and the gel includes the metal oxide precursor. A film is formed. Next, the gel-like film is subjected to heat treatment to crystallize the metal oxide. In order to obtain a crystalline metal oxide film by a general sol-gel method, it is necessary to perform the heat treatment at a high temperature. For this reason, when a crystalline metal oxide film is formed on the surface of a substrate made of a material having low heat resistance such as a thermoplastic resin, a sol-gel is used as a method for forming the oxide film. It was difficult to adopt the law. In this regard, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for crystallizing a metal oxide without requiring heat treatment at a high temperature by irradiating the metal oxide gel thin film with ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less. Are listed.

特開平09−157855号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-157855 特開2000−247608号公報JP 2000-247608 A 特開平08− 69809号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-69809

ところで、波長200nm以下の紫外線は真空紫外(Vacuum Ultra-Violet,VUV)光と呼ばれる。この波長域の紫外線が「真空紫外」と呼ばれるのは、195nm付近から酸素分子による吸収が始まるため大気中では伝播距離が短いため、真空中あるいは窒素ガス中等のようにO2が実質的に存在しない雰囲気中で使用されることに由来している。特許文献3には、金属有機化合物の前駆体を基板に塗布して乾燥し、これを真空チャンバー内で加熱すると同時に真空紫外光を照射することによって低温度でYSZ薄膜を結晶化させるYSZ薄膜の合成方法が記載されている。
しかし、この特許文献3に記載された方法では、従来の方法に比べて低温度とはいえ、結晶化のためには依然として通常の熱可塑性樹脂等の耐熱温度を超える温度域での熱処理(実施例では330℃)が必要である。真空紫外光を利用する金属酸化物膜の製造において、より低い温度で結晶性の金属酸化物膜を形成可能な製造方法を提供することができれば有益である。
By the way, ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less is referred to as vacuum ultraviolet (Vacuum Ultra-Violet, VUV) light. Ultraviolet rays in this wavelength range are called “vacuum ultraviolet rays” because absorption by oxygen molecules starts from around 195 nm and the propagation distance is short in the atmosphere, so O 2 is substantially present as in vacuum or nitrogen gas. It is derived from being used in an atmosphere that does not. In Patent Document 3, a precursor of a metal organic compound is applied to a substrate, dried, heated in a vacuum chamber and simultaneously irradiated with vacuum ultraviolet light to crystallize the YSZ thin film at a low temperature. A synthesis method is described.
However, in the method described in Patent Document 3, although the temperature is lower than that of the conventional method, the heat treatment (implementation in a temperature range exceeding the heat resistance temperature of a normal thermoplastic resin or the like is still performed for crystallization. In the example, 330 ° C.) is necessary. In the manufacture of a metal oxide film using vacuum ultraviolet light, it would be beneficial if a manufacturing method capable of forming a crystalline metal oxide film at a lower temperature could be provided.

本発明により提供される金属酸化物膜製造方法は、熱分解により金属酸化物を形成可能な金属酸化物前駆体を含む前駆体皮膜を用意することを含む。この製造方法はまた、O2濃度が凡そ7モル/m3以上(典型的には、凡そ7〜40モル/m3)の雰囲気中で、前記皮膜に向けて主波長130〜180nmの真空紫外光を照射して、該皮膜から結晶性の金属酸化物膜を形成させることを含む。かかる方法によると、O2に吸収されやすい波長の真空紫外光を、敢えてO2濃度の高い雰囲気中で前記皮膜に向けて照射することにより、該皮膜に含まれる金属酸化物前駆体から結晶性の金属酸化物膜を効率よく形成させることができる。
なお、ここに開示される方法により得られた金属酸化物膜が結晶性であることは、該金属酸化物膜についてX線回折(XRD)法による分析を行うことにより(例えば、該X線回折の測定結果を示すチャートにおいて明瞭なピークが認められることにより)把握され得る。ここに開示される方法によると、X線回折測定において明瞭なピークが認められる結晶性金属酸化物膜を製造することが可能である。
The metal oxide film manufacturing method provided by the present invention includes preparing a precursor film containing a metal oxide precursor capable of forming a metal oxide by thermal decomposition. This manufacturing method also provides a vacuum ultraviolet ray having a dominant wavelength of 130 to 180 nm toward the film in an atmosphere having an O 2 concentration of about 7 mol / m 3 or more (typically, about 7 to 40 mol / m 3 ). Irradiating with light to form a crystalline metal oxide film from the film. According to such a method, the vacuum ultraviolet light is absorbed by the O 2 easy wavelengths by irradiating toward the coating with daringly O 2 concentration high atmosphere, the crystalline metal oxide precursor contained in said coating This metal oxide film can be formed efficiently.
Note that the metal oxide film obtained by the method disclosed herein is crystalline by analyzing the metal oxide film by an X-ray diffraction (XRD) method (for example, the X-ray diffraction). Can be grasped by the fact that a clear peak is observed in the chart showing the measurement results. According to the method disclosed herein, it is possible to produce a crystalline metal oxide film in which a clear peak is observed in X-ray diffraction measurement.

前記皮膜は、例えば、該金属酸化物膜を構成する金属のアルコキシド(例えば、炭素原子数1〜4のアルコキシド)および/または塩(例えば、塩化物のようなハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩等)を含むゾルを用意すること、および、該ゾルを基体表面に付与してゲル状の皮膜を形成すること、を含む方法によって適切に用意することができる。   The film is, for example, a metal alkoxide (for example, an alkoxide having 1 to 4 carbon atoms) and / or a salt (for example, a halide such as chloride, nitrate, acetate, etc.) constituting the metal oxide film. Can be appropriately prepared by a method including preparing a sol containing, and applying the sol to the surface of the substrate to form a gel-like film.

ここに開示される方法の一つの好ましい態様では、前記真空紫外光を照射する光源から前記皮膜表面までの距離を凡そ3mm以下(典型的には、凡そ0.5〜3mm)とする。このような近距離から真空紫外光を照射することにより、該真空紫外光のエネルギーを、より効率よく結晶性金属酸化物膜の形成に利用することができる。   In one preferred embodiment of the method disclosed herein, the distance from the light source that irradiates the vacuum ultraviolet light to the surface of the coating is about 3 mm or less (typically about 0.5 to 3 mm). By irradiating the vacuum ultraviolet light from such a short distance, the energy of the vacuum ultraviolet light can be used for the formation of the crystalline metal oxide film more efficiently.

前記真空紫外光を照射する光源としては、例えば、キセノンエキシマランプ、F2エキシマランプおよびアルゴンエキシマランプから選択される一種または二種以上の光源を使用し得る。このような光源を用いることにより、前記前駆体皮膜から結晶性金属酸化物膜を、より効率よく形成させることができる。 As the light source for irradiating the vacuum ultraviolet light, for example, one or more light sources selected from a xenon excimer lamp, an F 2 excimer lamp, and an argon excimer lamp can be used. By using such a light source, a crystalline metal oxide film can be more efficiently formed from the precursor film.

ここに開示される方法の一つの好ましい態様では、前記皮膜から前記結晶性金属酸化物膜を80℃以下(典型的には、常温〜80℃)の温度域で形成させる。かかる態様によると、より広範な基体(耐熱性の低い基体を含む。)の表面に金属酸化物膜を適切に形成することができる。   In one preferred embodiment of the method disclosed herein, the crystalline metal oxide film is formed from the film in a temperature range of 80 ° C. or lower (typically, room temperature to 80 ° C.). According to such an embodiment, the metal oxide film can be appropriately formed on the surface of a wider range of substrates (including substrates with low heat resistance).

ここに開示される方法の他の一つの好ましい態様では、前記皮膜から前記結晶性金属酸化物膜を室温で(典型的には、外部から強制的に加熱または冷却を行うことなく)形成させる。かかる態様によると、より広範な基体(耐熱性の低い基体を含む。)上に金属酸化物膜を適切に形成することができる。また、真空紫外光を照射する際に加熱または冷却を行うための機構を省略または簡略化することができるので、より簡単な構成の、かつ/または、より小型の装置を用いても本発明の方法を実施し得るという利点がある。   In another preferred embodiment of the method disclosed herein, the crystalline metal oxide film is formed from the film at room temperature (typically without forced heating or cooling from the outside). According to such an embodiment, the metal oxide film can be appropriately formed on a wider range of substrates (including substrates having low heat resistance). In addition, since a mechanism for heating or cooling when irradiating vacuum ultraviolet light can be omitted or simplified, the present invention can be used even with a simpler configuration and / or a smaller apparatus. There is an advantage that the method can be implemented.

ここに開示される方法の他の一つの好ましい態様では、前記皮膜から前記結晶性金属酸化物膜を大気圧の空気中で形成させる。かかる態様によると、真空紫外光を照射する際に、雰囲気ガスの組成を調節する機構および/または雰囲気圧力を調節する機構の少なくとも一方を省略または簡略化することができる。したがって、より簡単な構成の、かつ/または、より小型の装置を用いても本発明の方法を実施することができる。   In another preferred embodiment of the method disclosed herein, the crystalline metal oxide film is formed from the film in air at atmospheric pressure. According to this aspect, at the time of irradiation with vacuum ultraviolet light, at least one of a mechanism for adjusting the composition of the atmospheric gas and / or a mechanism for adjusting the atmospheric pressure can be omitted or simplified. Therefore, the method of the present invention can be carried out using a simpler device and / or a smaller device.

ここに開示される方法を適用して製造される金属酸化物膜の好適例としては、結晶性酸化亜鉛膜および結晶性酸化インジウム膜が挙げられる。すなわち、ここに開示される方法は、例えば、前記金属酸化物が酸化亜鉛または酸化インジウムである態様で好ましく実施され得る。   Preferable examples of the metal oxide film manufactured by applying the method disclosed herein include a crystalline zinc oxide film and a crystalline indium oxide film. That is, the method disclosed herein can be preferably performed, for example, in an embodiment in which the metal oxide is zinc oxide or indium oxide.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここに開示される方法は、遷移金属元素および典型金属元素から選択されるいずれかの金属の酸化物、および/または、これらの金属元素から選択される二種以上の金属を構成金属元素とする複合酸化物から実質的に構成される金属酸化物膜の製造に適用され得る。例えば、酸化亜鉛(典型的にはZnO)、酸化インジウム(典型的にはIn23)、酸化スズ(典型的にはSnO2)、インジウム−スズ酸化物(Indium Tin Oxide, 通常ITOと称される)、酸化銅(典型的にはCuO)、酸化アルミニウム(典型的にはAl23)、酸化ジルコニウム(例えばZrO2)、酸化タングステン(例えばWO3)酸化チタン(例えばTiO2)、酸化タンタル(例えばTaO6)、酸化ケイ素(例えばSiO2)等から選択されるいずれかの酸化物、またはこれらから選択される二種以上の酸化物を含む金属酸化物膜の製造方法として好適に採用され得る。また、ここに開示される方法の適用対象は上述した具体的な金属酸化物から実質的に構成される金属酸化物膜の製造に限定されるものではなく、従来の一般的なゾルゲル法により(金属酸化物の前駆体を含むゲルを高温で熱分解させることにより)製造可能な各種金属酸化物膜の製造に該方法を適用し得る。本発明の製造方法は、このような金属酸化物の一種または二種以上(典型的には一種)から実質的に構成される金属酸化物膜であって、結晶性の(例えば、X線回折測定により明瞭なピークを示す)金属酸化物膜を形成する方法として好適である。本発明の製造方法の特に好ましい適用対象としては、結晶性の酸化亜鉛(ZnO)膜および結晶性の酸化インジウム(In23)膜が例示される。 In the method disclosed herein, an oxide of any metal selected from a transition metal element and a typical metal element, and / or two or more kinds of metals selected from these metal elements are used as constituent metal elements. It can be applied to the production of a metal oxide film substantially composed of a composite oxide. For example, zinc oxide (typically ZnO), indium oxide (typically In 2 O 3 ), tin oxide (typically SnO 2 ), indium tin oxide (usually ITO) Copper oxide (typically CuO), aluminum oxide (typically Al 2 O 3 ), zirconium oxide (eg ZrO 2 ), tungsten oxide (eg WO 3 ) titanium oxide (eg TiO 2 ), Suitable as a method for producing a metal oxide film containing any oxide selected from tantalum oxide (eg TaO 6 ), silicon oxide (eg SiO 2 ), etc., or two or more oxides selected from these oxides Can be employed. Further, the object of application of the method disclosed herein is not limited to the production of a metal oxide film substantially composed of the above-described specific metal oxide, but by a conventional general sol-gel method ( The method can be applied to the production of various metal oxide films that can be produced (by thermally decomposing gels containing metal oxide precursors at high temperatures). The production method of the present invention is a metal oxide film substantially composed of one or more (typically one) of such metal oxides, which is crystalline (for example, X-ray diffraction). This method is suitable as a method for forming a metal oxide film that shows a clear peak by measurement. As a particularly preferable application target of the manufacturing method of the present invention, a crystalline zinc oxide (ZnO) film and a crystalline indium oxide (In 2 O 3 ) film are exemplified.

ここに開示される方法は、結晶性の金属酸化物膜を各種基体の表面に形成する方法として好適である。この基体の材質は特に限定されず、例えば、ガラス、セラミックス、金属、高分子材料等から選択される一種または二種以上の材質からなる基体であり得る。基体を構成する高分子材料は、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。例えば、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET))樹脂、各種合成ゴム等を用いて構成された基体を好ましく選択し得る。本発明の方法によると、従来の一般的なゾルゲル法におけるような高温(例えば300℃以上)での熱処理を必要とすることなく、前駆体皮膜から結晶性の金属酸化物膜を形成させることが可能である。したがって、本発明の方法を適用して耐熱温度が300℃以下(好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下、さらに好ましくは100℃以下)の材質を用いて構成された基体の表面に結晶性の金属酸化物膜を形成する場合には、該発明の効果が特によく発揮され得る。使用する基体の形状は特に限定されない。前駆体皮膜の形成および真空紫外光の照射を均一に行いやすいという観点からは、少なくとも金属酸化物膜の形成される面がほぼ平らな形状の基体(例えば平板状の基体)が好ましい。   The method disclosed herein is suitable as a method for forming a crystalline metal oxide film on the surface of various substrates. The material of the substrate is not particularly limited, and for example, it may be a substrate made of one or more materials selected from glass, ceramics, metal, polymer material, and the like. The polymer material constituting the substrate may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. For example, polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyvinyl chloride, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) resin, acrylic resin, polyester (for example, polyethylene terephthalate (PET)) resin, various synthetic rubbers, etc. are used. A substrate constructed in this manner can be preferably selected. According to the method of the present invention, a crystalline metal oxide film can be formed from a precursor film without requiring heat treatment at a high temperature (for example, 300 ° C. or higher) as in the conventional general sol-gel method. Is possible. Therefore, by applying the method of the present invention, crystals are formed on the surface of a substrate formed using a material having a heat resistant temperature of 300 ° C. or lower (preferably 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower). When forming a conductive metal oxide film, the effects of the present invention can be exhibited particularly well. The shape of the substrate to be used is not particularly limited. From the standpoint that the formation of the precursor film and the irradiation with vacuum ultraviolet light are easily performed uniformly, a base (for example, a flat base) having at least a substantially flat surface on which the metal oxide film is formed is preferable.

本発明の金属酸化物膜製造方法では、熱分解により金属酸化物を形成可能な金属酸化物前駆体を含む前駆体皮膜に向けて、所定の主波長を有する真空紫外光を所定の条件で照射する。ここで「熱分解により金属酸化物を形成可能な金属酸化物前駆体」とは、従来の一般的なゾルゲル法と同様に該前駆体を高温で熱分解させることによって金属酸化物を形成し得る金属酸化物前駆体をいう。このような前駆体皮膜は、典型的には、目的とする金属酸化物膜を構成する金属酸化物の組成に応じた金属アルコキシドおよび/または金属塩を含むゾルを用いて形成することができる。このようなゾルは、例えば、目的とする金属酸化物膜を構成する金属酸化物の組成に応じた金属塩と、該金属塩を加水分解させるための水とを用いて調製することができる。該ゾルの調製には、必要に応じてさらに、適当な溶媒(均質な溶液を調製し得るものを選択することが好ましい。)、上記加水分解を促進し得る触媒(典型的には、酸またはアルコール)およびその他の添加剤(例えば界面活性剤)から選択される一種または二種以上を用いることができる。   In the method for producing a metal oxide film of the present invention, irradiation with vacuum ultraviolet light having a predetermined dominant wavelength is performed under predetermined conditions toward a precursor film containing a metal oxide precursor capable of forming a metal oxide by thermal decomposition. To do. Here, “a metal oxide precursor capable of forming a metal oxide by pyrolysis” can form a metal oxide by thermally decomposing the precursor at a high temperature as in the conventional general sol-gel method. It refers to a metal oxide precursor. Such a precursor film can be typically formed using a sol containing a metal alkoxide and / or a metal salt corresponding to the composition of the metal oxide constituting the target metal oxide film. Such a sol can be prepared using, for example, a metal salt corresponding to the composition of the metal oxide constituting the target metal oxide film and water for hydrolyzing the metal salt. For the preparation of the sol, if necessary, an appropriate solvent (preferably one that can prepare a homogeneous solution is preferably selected), a catalyst that can promote the hydrolysis (typically an acid or One or two or more selected from alcohol) and other additives (for example, surfactant) can be used.

ここに開示される方法の好ましい一つの態様では、かかるゾルを基体表面に付与し、その基体上で前記ゾルを反応させてゲル状の皮膜を形成する。該ゲル状皮膜の形成(ゲル化)を促進するために、基体表面に付与されたゾルを必要に応じて適度に(例えば室温以上100℃以下、好ましくは40℃以上80℃以下の温度に)加温してもよい。このようにして得られたゲル状皮膜に向けて真空紫外光を照射する。あるいは、該ゲル状皮膜を適当に乾燥させた皮膜に向けて真空紫外光を照射してもよい。なお、上記ゾルの調製、該ゾルの基体への付与および上記前駆体皮膜の形成は、従来の一般的なゾルゲル法と同様の手法を適宜採用して実施すればよく、特に本発明を特徴づけるものではないため、詳細な説明は省略する。   In a preferred embodiment of the method disclosed herein, such a sol is applied to a substrate surface, and the sol is reacted on the substrate to form a gel-like film. In order to promote the formation (gelation) of the gel-like film, the sol applied to the surface of the substrate is appropriately used as necessary (for example, at a temperature of room temperature to 100 ° C., preferably 40 ° C. to 80 ° C.). You may heat. The gel-like film thus obtained is irradiated with vacuum ultraviolet light. Or you may irradiate a vacuum ultraviolet light toward the film | membrane which dried this gel-like film | membrane appropriately. The preparation of the sol, the application of the sol to the substrate, and the formation of the precursor film may be carried out by appropriately adopting a technique similar to the conventional general sol-gel method, and particularly characterizes the present invention. Since it is not a thing, detailed description is abbreviate | omitted.

本発明では、上記前駆体皮膜に向けて、主波長(分光スペクトルにおける最大ピークをいう。)が130〜180nmの真空紫外光を照射することにより結晶性の金属酸化物膜を形成させる。この主波長の範囲は、酸素分子に吸収されやすい(特に、153nm付近にある酸素の吸収帯を利用しやすい)という観点から選択されたものである。かかる主波長を有する真空紫外光によると、雰囲気中の酸素分子から酸素ラジカル(典型的には、二重項原子状ラジカル)を効率よく発生させることができる。ここに開示される製造方法では、さらに、上記真空紫外光の照射をO2濃度7モル/m3以上(典型的には、凡そ7〜40モル/m3)の雰囲気中で行う。より好ましくは、O2濃度が8モル/m3以上(典型的には、凡そ8〜40モル/m3)の雰囲気中で上記真空紫外光を照射する。本発明の方法では、真空紫外光の通常の使用形態に比べて著しく高いO2濃度のもとで上記主波長を有する真空紫外光を照射することによって多量の酸素ラジカルを発生させることができる。かかる酸素ラジカルが結晶性金属酸化物膜の形成に寄与することにより、前駆体皮膜から結晶性金属酸化物膜を効率よく形成させることができる。すなわち、本発明の製造方法によると、このような酸素増感型プロセスを利用することにより、従来の一般的なゾルゲル法のような高温での熱処理を必要とすることなく、前駆体皮膜から結晶性の金属酸化物膜を形成させることができる。 In the present invention, a crystalline metal oxide film is formed by irradiating vacuum ultraviolet light having a dominant wavelength (the maximum peak in a spectroscopic spectrum) of 130 to 180 nm toward the precursor film. This range of the main wavelength is selected from the viewpoint of being easily absorbed by oxygen molecules (in particular, an oxygen absorption band near 153 nm is easily used). According to vacuum ultraviolet light having such a main wavelength, oxygen radicals (typically, doublet atomic radicals) can be efficiently generated from oxygen molecules in the atmosphere. In the production method disclosed herein, the irradiation of the vacuum ultraviolet light is further performed in an atmosphere having an O 2 concentration of 7 mol / m 3 or more (typically about 7 to 40 mol / m 3 ). More preferably, the vacuum ultraviolet light is irradiated in an atmosphere having an O 2 concentration of 8 mol / m 3 or more (typically about 8 to 40 mol / m 3 ). In the method of the present invention, a large amount of oxygen radicals can be generated by irradiating vacuum ultraviolet light having the above-mentioned dominant wavelength under an O 2 concentration that is remarkably higher than that of normal use of vacuum ultraviolet light. Such oxygen radicals contribute to the formation of the crystalline metal oxide film, whereby the crystalline metal oxide film can be efficiently formed from the precursor film. That is, according to the manufacturing method of the present invention, by utilizing such an oxygen sensitizing type process, it is possible to crystallize the precursor film without requiring heat treatment at a high temperature as in the conventional general sol-gel method. Metal oxide film can be formed.

上述のような主波長の真空紫外光を照射するために採用し得る光源としては、キセノンエキシマ、F2エキシマ、クリプトンエキシマ、アルゴンエキシマ、ArBrエキシマおよびArClエキシマからなる群から選択される一種または二種以上のエキシマにより得られるエキシマ光を利用したものを例示することができる。例えば、キセノンエキシマランプ(主波長172nm)、F2エキシマランプ(主波長157nm)およびアルゴンエキシマランプ(主波長126nm)からなる群から選択される一種または二種以上の光源を好ましく使用することができる。 As the light source that can be used for irradiating vacuum ultraviolet light having the above-mentioned main wavelength, one or two selected from the group consisting of xenon excimer, F 2 excimer, krypton excimer, argon excimer, ArBr excimer, and ArCl excimer are used. The thing using the excimer light obtained by the excimer of a seed | species or more can be illustrated. For example, one or more light sources selected from the group consisting of a xenon excimer lamp (main wavelength 172 nm), an F 2 excimer lamp (main wavelength 157 nm), and an argon excimer lamp (main wavelength 126 nm) can be preferably used. .

好ましい一つの態様では、上述したO2濃度であって、かつO2分圧が全圧(すなわち、雰囲気ガスの圧力)の凡そ20〜100%である雰囲気中において上記真空紫外光の照射を行う。装置構成を簡単にし得るという観点から、上記全圧の大きさは、大気圧に対して概ね50〜200%(例えば5×104Pa〜2×105Pa程度)の範囲とすることが好ましく、大気圧に対して概ね80〜150%(例えば8×104Pa〜1.5×105Pa程度)の範囲とすることがより好ましく、大気圧またはその±10%程度の範囲とすることがさらに好ましい。また、雰囲気ガスの取り扱いおよび照射条件の制御の容易性の観点から、酸素分圧(PO2)が全圧の20〜50%である雰囲気中で上記真空紫外光の照射を行うことが好ましい。例えば、O2濃度が空気と同程度か、あるいは空気中のO2濃度を100%として凡そ100〜150%の範囲にあるO2濃度の雰囲気中で上記真空紫外光を照射するとよい。ここに開示される方法の特に好ましい一つの態様として、大気圧の空気中で上記真空紫外光の照射を行う態様が挙げられる。 In a preferred embodiment, the vacuum ultraviolet light irradiation is performed in an atmosphere having the above-described O 2 concentration and an O 2 partial pressure of approximately 20 to 100% of the total pressure (ie, the pressure of the atmospheric gas). . From the viewpoint of simplifying the device configuration, the total pressure is preferably set to a range of approximately 50 to 200% (for example, about 5 × 10 4 Pa to 2 × 10 5 Pa) with respect to the atmospheric pressure. It is more preferable that the pressure is within the range of about 80 to 150% (for example, about 8 × 10 4 Pa to 1.5 × 10 5 Pa) with respect to the atmospheric pressure, and the atmospheric pressure or the range of about ± 10% thereof is preferable. Is more preferable. Further, from the viewpoint of easy handling of atmospheric gas and control of irradiation conditions, it is preferable to irradiate the vacuum ultraviolet light in an atmosphere having an oxygen partial pressure (P O2 ) of 20 to 50% of the total pressure. For example, may the O 2 concentration Do the same extent as the air, or the O 2 concentration in the air in the O 2 concentration atmosphere in the range of approximately 100 to 150 percent 100 percent irradiating the vacuum ultraviolet light. One particularly preferable embodiment of the method disclosed herein includes an embodiment in which the vacuum ultraviolet light is irradiated in air at atmospheric pressure.

上述のようなO2濃度のもとでは上記真空紫外光は距離とともに急激に減衰する。このため、光源から前駆体皮膜までの距離が大きすぎると酸素ラジカルの発生位置が皮膜から遠くなり、該酸素ラジカルの利用効率が低下傾向となることがある。かかる観点から上記光源から前駆体皮膜までの距離は概ね3mm以下(典型的には、凡そ0.5〜3mm)とすることが好ましく、概ね2.5mm以下(典型的には、凡そ0.5〜2.5mm)とすることがより好ましい。ここで、光源から前駆体皮膜までの距離とは、光源として用いられるランプの外表面から前駆体皮膜の外表面までの距離をいう。したがって当該距離は、光源と前駆体皮膜との間に介在する雰囲気ガス(上述したO2濃度を有する。)の厚さとして把握することができる。 Under the O 2 concentration as described above, the vacuum ultraviolet light attenuates rapidly with distance. For this reason, if the distance from the light source to the precursor film is too large, the position where oxygen radicals are generated becomes far from the film, and the utilization efficiency of the oxygen radicals tends to decrease. From this point of view, the distance from the light source to the precursor film is preferably about 3 mm or less (typically about 0.5 to 3 mm), and about 2.5 mm or less (typically about 0.5 mm). More preferably, it is set to 2.5 mm). Here, the distance from the light source to the precursor film refers to the distance from the outer surface of the lamp used as the light source to the outer surface of the precursor film. Therefore, the distance can be grasped as the thickness of the atmospheric gas (having the above-described O 2 concentration) interposed between the light source and the precursor film.

上記真空紫外光の照射を行う際の温度(すなわち、上記前駆体皮膜から金属酸化物膜を形成させる際の温度)は特に限定されない。本発明の方法では、上記照射条件で所定の真空紫外光を照射することにより、上記前駆体皮膜から結晶性の金属酸化物膜を例えば120℃以下(好ましい態様では100℃以下、より好ましい態様では80℃以下、さらに好ましい態様では60℃以下)の温度域で形成させることができる。したがって、本発明の方法によると、従来の一般的なゾルゲル法の適用が困難な基体(典型的には、ポリエチレンのように耐熱温度の低い材質を用いて構成された基体)の表面にも、結晶性の金属酸化物皮膜を適切に形成することができる。上記真空紫外光の照射温度の下限は特に限定されないが、製造効率、エネルギーコスト、製造装置の簡略化等を考慮すると、通常は、照射温度の下限を室温(環境温度)とほぼ同程度とすることが適当である。本発明の製造方法によると、例えば、上記真空紫外光の照射を室温で(典型的には、外部から強制的に加熱または冷却を行うことなく)行うことによって、結晶性の金属酸化物膜を適切に形成することができる。もっとも、得られる金属酸化物膜の品質安定化等の目的から、上記真空紫外光の照射温度が室温付近に維持されるように温度調節を行ってもよい。
なお、本発明の方法を適用して比較的耐熱性の高い材質(シリコン基板等)からなる基体の表面に金属酸化物膜を形成する場合には、より耐熱性の低い材質からなる基体の表面に金属酸化物膜を形成する場合に比べて、上記真空紫外光の照射温度をより幅広い温度域から適宜選択することができる。
The temperature at which the irradiation with the vacuum ultraviolet light is performed (that is, the temperature at which the metal oxide film is formed from the precursor film) is not particularly limited. In the method of the present invention, a crystalline metal oxide film is, for example, 120 ° C. or less (in a preferred embodiment, 100 ° C. or less, in a more preferred embodiment) by irradiating predetermined vacuum ultraviolet light under the above irradiation conditions. It can be formed in a temperature range of 80 ° C. or lower, and more preferably 60 ° C. or lower. Therefore, according to the method of the present invention, the surface of a substrate that is difficult to apply the conventional general sol-gel method (typically, a substrate formed using a material having a low heat-resistant temperature such as polyethylene) A crystalline metal oxide film can be appropriately formed. The lower limit of the irradiation temperature of the vacuum ultraviolet light is not particularly limited. However, in consideration of production efficiency, energy cost, simplification of the manufacturing apparatus, etc., the lower limit of the irradiation temperature is usually approximately the same as room temperature (environment temperature). Is appropriate. According to the manufacturing method of the present invention, for example, by performing irradiation with the vacuum ultraviolet light at room temperature (typically without forcibly heating or cooling from the outside), a crystalline metal oxide film is formed. It can be formed appropriately. However, for the purpose of stabilizing the quality of the obtained metal oxide film, the temperature may be adjusted so that the irradiation temperature of the vacuum ultraviolet light is maintained near room temperature.
In addition, when a metal oxide film is formed on the surface of a substrate made of a material having relatively high heat resistance (such as a silicon substrate) by applying the method of the present invention, the surface of the substrate made of a material having lower heat resistance Compared with the case where a metal oxide film is formed, the irradiation temperature of the vacuum ultraviolet light can be appropriately selected from a wider temperature range.

上記真空紫外光の照射を行う時間は特に限定されず、目的とする結晶性を有する金属酸化物膜を形成可能な時間とすればよい。製造効率の観点から、通常は、該照射時間が凡そ24時間以下(より好ましくは12時間以下、さらに好ましくは8時間以下)となるように照射条件(例えば、雰囲気ガスのO2濃度、光源の種類、光源の出力、光源から前駆体皮膜までの距離および照射温度から選択される一または二以上の条件)を選択することが適当である。 The time for performing the vacuum ultraviolet light irradiation is not particularly limited, and may be a time during which a target metal oxide film having crystallinity can be formed. From the viewpoint of production efficiency, usually, the irradiation conditions (for example, the O 2 concentration of the atmospheric gas, the light source of the light source) are set so that the irradiation time is about 24 hours or less (more preferably 12 hours or less, more preferably 8 hours or less). It is appropriate to select one or more conditions selected from the type, the output of the light source, the distance from the light source to the precursor film, and the irradiation temperature.

ここに開示される方法の特に好ましい一つの態様では、金属酸化物(例えば、酸化亜鉛および/または酸化インジウム)の前駆体皮膜に向けて、大気圧の空気中で、室温にて、主波長130〜180nmの真空紫外光を照射する。このことによって結晶性の金属酸化物膜を形成する。かかる態様によると、照射条件(雰囲気ガスの組成および雰囲気温度)の調節を行うための機構の省略または簡略化、該調節に要するエネルギーの削減、該調節に要する材料費の削減、照射条件の制御の容易化、のうち一または二以上の効果が実現され得る。このときの照射距離(光源から前駆体皮膜までの距離)は0.5〜3mmの範囲とすることが好ましい。   In one particularly preferred embodiment of the method disclosed herein, a primary wavelength of 130 at a room temperature in air at atmospheric pressure toward a precursor film of a metal oxide (eg, zinc oxide and / or indium oxide). Irradiate vacuum ultraviolet light of ˜180 nm. This forms a crystalline metal oxide film. According to this aspect, the mechanism for adjusting the irradiation conditions (the composition of the atmospheric gas and the atmospheric temperature) is omitted or simplified, the energy required for the adjustment is reduced, the material cost required for the adjustment is reduced, and the irradiation conditions are controlled. One or two or more effects can be realized. The irradiation distance (distance from the light source to the precursor film) at this time is preferably in the range of 0.5 to 3 mm.

前駆体被膜に向けて前記真空紫外光を照射して結晶性の金属酸化物膜を形成するのに適した装置の概略構成例を図6に示す。この金属酸化物膜製造装置10は、大まかにいって、チャンバ12と、該チャンバ内に真空紫外光を照射する真空紫外光照射手段20と、該チャンバ内のO2濃度を調節するO2濃度制御手段30とを備える。 FIG. 6 shows a schematic configuration example of an apparatus suitable for irradiating the vacuum ultraviolet light toward the precursor film to form a crystalline metal oxide film. This metal oxide film manufacturing apparatus 10 roughly includes a chamber 12, vacuum ultraviolet light irradiation means 20 for irradiating the chamber with vacuum ultraviolet light, and an O 2 concentration for adjusting the O 2 concentration in the chamber. And control means 30.

真空紫外光照射手段20は、チャンバ12の壁面(ここでは天井面)に設けられた石英ガラス製の照射窓22と、この照射窓22を通してチャンバ12内に所定の真空紫外光(典型的には、主波長130〜180nmの真空紫外光)を照射可能なキセノンエキシマランプ等の真空紫外光源24と、該真空紫外光源を収容するランプハウス26とを備える。ランプハウス26の一端にはガス流入口27が形成されている。この流入口27に接続されたガス供給手段28から不活性ガス(例えばN2ガス)を供給することにより、ランプハウス26内を不活性ガス雰囲気(N2ガス雰囲気)に保つことができる。 The vacuum ultraviolet light irradiation means 20 includes a quartz glass irradiation window 22 provided on the wall surface (here, the ceiling surface) of the chamber 12 and a predetermined vacuum ultraviolet light (typically, through the irradiation window 22 into the chamber 12. A vacuum ultraviolet light source 24 such as a xenon excimer lamp capable of irradiating a vacuum ultraviolet light having a main wavelength of 130 to 180 nm, and a lamp house 26 that houses the vacuum ultraviolet light source. A gas inlet 27 is formed at one end of the lamp house 26. By supplying an inert gas (for example, N 2 gas) from the gas supply means 28 connected to the inlet 27, the inside of the lamp house 26 can be maintained in an inert gas atmosphere (N 2 gas atmosphere).

チャンバ12の内部であって照射窓22の下方にはステージ14が配設されている。このステージ14は、被照射物(前駆体皮膜の形成された基体等)3を配置する載置台142と、該載置台142を昇降可能に支持する脚部144とを備える。かかる構成を有するステージ14によって、載置台142に配置された被照射物3の表面(典型的には、前駆体皮膜の外表面)から照射窓22の外表面までの距離を適宜調節することができる。例えば、この距離を概ね3mm以下(典型的には、凡そ0.5〜3mm)とし、さらには概ね2.5mm以下(典型的には、凡そ0.5〜2.5mm)とすることができる。   A stage 14 is disposed inside the chamber 12 and below the irradiation window 22. The stage 14 includes a mounting table 142 on which an object to be irradiated (a substrate on which a precursor film is formed) 3 is disposed, and leg portions 144 that support the mounting table 142 so as to be movable up and down. The stage 14 having such a configuration can appropriately adjust the distance from the surface of the irradiation object 3 (typically, the outer surface of the precursor film) disposed on the mounting table 142 to the outer surface of the irradiation window 22. it can. For example, this distance can be about 3 mm or less (typically about 0.5 to 3 mm), and further about 2.5 mm or less (typically about 0.5 to 2.5 mm). .

2濃度制御手段30は、チャンバ12に設けられたガス流入口122に接続されて該流入口からチャンバ内にO2を含むガスを供給するO2ガス供給手段32と、チャンバ12に設けられたガス排出口124に接続された排気ポンプ(例えばロータリーポンプ)34とを備える。チャンバ12から排気ポンプ34に至るガス排出通路にはバルブ36が設けられており、これにより該通路の開閉の状態(程度)を制御することができる。 The O 2 concentration control means 30 is provided in the chamber 12 and an O 2 gas supply means 32 that is connected to a gas inlet 122 provided in the chamber 12 and supplies a gas containing O 2 into the chamber from the inlet. And an exhaust pump (for example, a rotary pump) 34 connected to the gas exhaust port 124. A valve 36 is provided in the gas discharge passage extending from the chamber 12 to the exhaust pump 34, whereby the open / close state (degree) of the passage can be controlled.

かかる構成の装置10を用いて、例えば次のようにして結晶性の金属酸化物膜を製造することができる。以下、図7に示す概略工程図を参照しつつ、金属酸化物膜を製造する方法の好ましい一例を説明する。   Using the apparatus 10 having such a configuration, for example, a crystalline metal oxide film can be manufactured as follows. Hereinafter, a preferred example of a method for producing a metal oxide film will be described with reference to a schematic process diagram shown in FIG.

まず、金属酸化物膜の形成対象となる基体を用意する。高品質の金属酸化物膜を形成するため、通常は、該基体の表面をあらかじめ洗浄することが好ましい(ステップ110)。この洗浄は、例えば、アセトン、エタノールおよび水(例えば超純水)をこの順で使用して行うことができる。
一方、ゾル構成成分として、目的とする金属酸化物膜を構成する金属酸化物の組成に応じた金属アルコキシドおよび/または金属塩(例えば塩化物)と、それを加水分解させるための水とを秤量する(ステップ120)。それらのゾル構成成分を攪拌混合してゾルを調製する(ステップ130)。
このゾルを上記基体の表面に塗布する(ステップ140)。塗布方法としては、例えばスピンコーティング法を好ましく採用することができる。次いで、ゾルが塗布された基体を例えば電気炉により加温(好ましくは、40〜80℃程度に加温)して、該ゾルを乾燥および反応させる。例えば、後続するステップ160において水分量が概ね3〜10質量%程度(より好ましくは3〜7質量%程度、例えば5質量%前後)となるようにゾルを乾燥させるとよい。このようにして基体表面に前駆体皮膜を形成する(ステップ150)。
First, a substrate on which a metal oxide film is to be formed is prepared. In order to form a high-quality metal oxide film, it is usually preferable to previously clean the surface of the substrate (step 110). This cleaning can be performed using, for example, acetone, ethanol, and water (for example, ultrapure water) in this order.
On the other hand, as a sol constituent, a metal alkoxide and / or a metal salt (for example, chloride) corresponding to the composition of the metal oxide constituting the target metal oxide film and water for hydrolyzing it are weighed. (Step 120). These sol components are stirred and mixed to prepare a sol (step 130).
This sol is applied to the surface of the substrate (step 140). As a coating method, for example, a spin coating method can be preferably employed. Next, the substrate on which the sol has been applied is heated by an electric furnace (preferably, heated to about 40 to 80 ° C.) to dry and react the sol. For example, in the subsequent step 160, the sol may be dried so that the water content is about 3 to 10% by mass (more preferably about 3 to 7% by mass, for example, around 5% by mass). In this way, a precursor film is formed on the surface of the substrate (step 150).

図6に示す装置10のチャンバ12内に、上述のようにして該前駆体皮膜が形成された基体(被照射物)3を搬入し、ステージ14の載置台142に載せる。照射窓22の外表面から前駆体皮膜の外表面までの距離が所定値となるように、載置台142の高さを脚部144により調整する。そして、真空紫外光源24を点け、照射窓22を通して前駆体皮膜に真空紫外光を所定時間照射する(ステップ160)。このとき、チャンバ12内の温度は室温とすることができ、該チャンバ内の圧力および雰囲気は大気圧の空気雰囲気とすることができる。また、O2濃度制御手段30を利用して雰囲気ガスの組成および/または圧力を調整することにより、チャンバ12内を空気中よりもO2濃度の高い雰囲気とすることもできる。このようにして金属酸化物膜が製造される。 The substrate (object to be irradiated) 3 on which the precursor film is formed as described above is carried into the chamber 12 of the apparatus 10 shown in FIG. 6 and placed on the mounting table 142 of the stage 14. The height of the mounting table 142 is adjusted by the legs 144 so that the distance from the outer surface of the irradiation window 22 to the outer surface of the precursor film becomes a predetermined value. Then, the vacuum ultraviolet light source 24 is turned on, and the precursor film is irradiated with vacuum ultraviolet light through the irradiation window 22 for a predetermined time (step 160). At this time, the temperature in the chamber 12 can be room temperature, and the pressure and atmosphere in the chamber can be an atmospheric air atmosphere. Further, by adjusting the composition and / or pressure of the atmospheric gas using the O 2 concentration control means 30, it is possible to make the atmosphere in the chamber 12 have a higher O 2 concentration than in the air. In this way, a metal oxide film is manufactured.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。   Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

<実施例1:ZnO膜の作製(1)>
塩化亜鉛(ZnCl2)エタノールに溶解させてゾルを調製した。このゾルを、あらかじめ洗浄したシリコン基板(洗浄液としては、アセトン、エタノールおよび超純水をこの順で使用した。)の表面に上記ゾルをスピンコーティングし、これを電気炉内にて40〜80℃に加温する(乾燥・反応させる)ことにより、目的とするZnO膜の前駆体皮膜を形成させた。この前駆体皮膜に、異なるO2濃度の下で主波長130〜180nmの真空紫外光を照射してサンプル1〜3のZnO膜を得た。
<Example 1: Production of ZnO film (1)>
A sol was prepared by dissolving in zinc chloride (ZnCl 2 ) ethanol. The sol was spin-coated on the surface of a previously cleaned silicon substrate (acetone used was acetone, ethanol, and ultrapure water in this order), and this was coated at 40-80 ° C. in an electric furnace. The precursor film of the target ZnO film was formed by heating (drying / reacting). This precursor film was irradiated with vacuum ultraviolet light having a main wavelength of 130 to 180 nm under different O 2 concentrations to obtain ZnO films of Samples 1 to 3.

[サンプル1]
この前駆体皮膜付シリコン基板を大気圧の空気中(雰囲気ガスの圧力約1×105Pa、O2濃度約8モル/m3)に配置し、キセノンエキシマランプ(ウシオ電機株式会社製、型式「UER20−172V」)を用いて、室温で、該皮膜に向けて主波長172nmの真空紫外光を5時間照射した。ランプの外表面から前駆体皮膜の表面までの距離は2mmとした。このようにして、シリコン基板の表面にZnO膜(サンプル1)を作製した。
[Sample 1]
This precursor-coated silicon substrate is placed in air at atmospheric pressure (atmospheric gas pressure of about 1 × 10 5 Pa, O 2 concentration of about 8 mol / m 3 ), and a xenon excimer lamp (made by USHIO INC., Model number) Using “UER20-172V”), the film was irradiated with vacuum ultraviolet light having a dominant wavelength of 172 nm at room temperature for 5 hours. The distance from the outer surface of the lamp to the surface of the precursor film was 2 mm. Thus, a ZnO film (sample 1) was produced on the surface of the silicon substrate.

[サンプル2]
真空紫外光の照射を雰囲気ガス圧力1×103Paの空気中(O2濃度約8×10-3モル/m3)で行った点以外は上記サンプル1の作製と同様にして、シリコン基板の表面にZnO膜(サンプル2)を作製した。
[Sample 2]
A silicon substrate was prepared in the same manner as Sample 1 except that the vacuum ultraviolet light was irradiated in air at an atmospheric gas pressure of 1 × 10 3 Pa (O 2 concentration: about 8 × 10 −3 mol / m 3 ). A ZnO film (sample 2) was produced on the surface of the film.

[サンプル3]
真空紫外光の照射を雰囲気ガス圧力10Paの空気中(O2濃度約8×10-5モル/m3)で行った点以外は上記サンプル1の作製と同様にして、シリコン基板の表面にZnO膜(サンプル3)を作製した。
[Sample 3]
The surface of the silicon substrate was coated with ZnO in the same manner as in the preparation of Sample 1 except that the irradiation with vacuum ultraviolet light was performed in air with an atmospheric gas pressure of 10 Pa (O 2 concentration: about 8 × 10 −5 mol / m 3 ). A membrane (Sample 3) was prepared.

サンプル1、サンプル2およびサンプル3の各ZnO膜と、スピンコーティングされたゾルを40〜80℃の電気炉内で加温して得られた(すなわち、真空紫外光照射前の)上記ZnO膜の前駆体皮膜(比較サンプル1)とについてX線回折測定を行った。それらの結果を図1に示す。図1では、サンプル間の回折結果の比較を容易にするために、各サンプルについての測定結果を縦方向に位置をずらして示している(上から、比較サンプル1、サンプル1、サンプル2、サンプル3の順)。この図1から判るように、キセノンエキシマランプ照射時における雰囲気ガスのO2濃度を8モル/m3として得られたサンプル1のZnO膜では、ZnOの結晶性を示す明瞭なピーク(図1中で黒丸を付したピーク)が確認された。すなわち、サンプル1のZnO膜は結晶性であることが確認された。サンプル1のZnO膜を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して得られた像を図2に示す。図中のスケールバーは1μmを示している。この図から明らかなように、サンプル1のZnO膜が実際に高い結晶性を有することがSEMによる観察結果からも確認された。 Each of the ZnO films of Sample 1, Sample 2, and Sample 3 and the above-described ZnO films obtained by heating the spin-coated sol in an electric furnace at 40 to 80 ° C. (ie, before irradiation with vacuum ultraviolet light) X-ray diffraction measurement was performed on the precursor film (Comparative Sample 1). The results are shown in FIG. In FIG. 1, in order to facilitate the comparison of diffraction results between samples, the measurement results for each sample are shown with their positions shifted in the vertical direction (from the top, Comparative Sample 1, Sample 1, Sample 2, Sample 3)). As can be seen from FIG. 1, in the ZnO film of Sample 1 obtained by setting the O 2 concentration of the atmospheric gas at the time of xenon excimer lamp irradiation to 8 mol / m 3 , a clear peak indicating ZnO crystallinity (in FIG. 1) (A peak with a black circle) was confirmed. That is, it was confirmed that the ZnO film of Sample 1 was crystalline. FIG. 2 shows an image obtained by observing the ZnO film of Sample 1 with a scanning electron microscope (SEM). The scale bar in the figure indicates 1 μm. As is clear from this figure, it was also confirmed from the observation result by SEM that the ZnO film of Sample 1 actually has high crystallinity.

これに対して、キセノンエキシマランプ照射時における雰囲気ガスのO2濃度を8×10-3モル/m3(サンプル2;図1中、上から3番目のデータ)および8×10-5モル/m3(サンプル3;図1中、一番下のデータ)として得られたZnO膜では、照射前の皮膜(比較サンプル1;図1中、一番上のデータ)と同様に、結晶性を示すピークは認められなかった。このことは、O2濃度の低い条件下で真空紫外光を照射して得られたサンプル2およびサンプル3のZnO膜がアモルファスであることを示している。 On the other hand, the O 2 concentration of the atmospheric gas at the time of xenon excimer lamp irradiation was 8 × 10 −3 mol / m 3 (sample 2; the third data from the top in FIG. 1) and 8 × 10 −5 mol / In the ZnO film obtained as m 3 (sample 3; bottom data in FIG. 1), the crystallinity is similar to the film before irradiation (comparative sample 1; top data in FIG. 1). The peak shown was not observed. This indicates that the ZnO films of Sample 2 and Sample 3 obtained by irradiation with vacuum ultraviolet light under a low O 2 concentration condition are amorphous.

<実施例2:ZnO膜の作製(2)>
[サンプル4]
実施例1と同様に調製したゾルをガラス基板の表面にスピンコーティングし、ZnO膜の前駆体皮膜を形成させた。この前駆体皮膜付ガラス基板を大気圧の空気中(雰囲気ガスの圧力約1×105Pa、O2濃度約8モル/m3)に配置し、上記キセノンエキシマランプを用いて、室温で、該皮膜に向けて主波長172nmの真空紫外光を5時間照射した。ランプの外表面から前駆体皮膜の表面までの距離は2mmとした。このようにして、ガラス基板の表面にZnO膜(サンプル4)を作製した。
<Example 2: Production of ZnO film (2)>
[Sample 4]
A sol prepared in the same manner as in Example 1 was spin-coated on the surface of a glass substrate to form a precursor film of a ZnO film. This precursor-coated glass substrate is placed in air at atmospheric pressure (atmospheric gas pressure of about 1 × 10 5 Pa, O 2 concentration of about 8 mol / m 3 ), and at room temperature using the xenon excimer lamp. The film was irradiated with vacuum ultraviolet light having a dominant wavelength of 172 nm for 5 hours. The distance from the outer surface of the lamp to the surface of the precursor film was 2 mm. In this way, a ZnO film (sample 4) was produced on the surface of the glass substrate.

[サンプル5]
実施例1で用いたゾルの質量を100質量%として、その約0.15質量%に相当する質量のノニオン性界面活性剤(BASF社製品、商品名「P123」、HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20)H)を含有させた組成のゾルを調製した。かかる組成のゾルを使用した点以外はサンプル4の作製と同様にして、ガラス基板の表面にZnO膜(サンプル5)を作製した。
[Sample 5]
The mass of the sol used in Example 1 is defined as 100% by mass, and a nonionic surfactant having a mass corresponding to about 0.15% by mass (product of BASF, trade name “P123”, HO (CH 2 CH 2 O ) 20 (CH 2 CH (CH 3) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20) H) to prepare a sol composition which contains a. A ZnO film (sample 5) was produced on the surface of the glass substrate in the same manner as in the production of sample 4 except that a sol having such a composition was used.

サンプル4およびサンプル3の各ZnO膜について、実施例1と同様にX線回折測定を行った。それらの結果を図3に示す。図3では、サンプル間の回折結果の比較を容易にするために、各サンプルについての測定結果を縦方向に位置をずらして示している(上から、サンプル5、サンプル4の順)。この図3から判るように、サンプル4,5のいずれについても(すなわち、界面活性剤の使用の有無に拘わらず)、ZnOの結晶性を示すピーク(図3中で黒丸を付したピーク)が観察された。この結果は、上記O2濃度において上記真空紫外光を室温で照射することによって、使用した界面活性剤が適切に分解されたことを示している。 For each of the ZnO films of Sample 4 and Sample 3, X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. In FIG. 3, in order to facilitate the comparison of the diffraction results between samples, the measurement results for each sample are shown with their positions shifted in the vertical direction (from top to bottom, sample 5 and sample 4). As can be seen from FIG. 3, in all of Samples 4 and 5 (that is, whether or not a surfactant is used), a peak indicating ZnO crystallinity (a peak marked with a black circle in FIG. 3) is present. Observed. This result shows that the used surfactant was appropriately decomposed by irradiating the vacuum ultraviolet light at room temperature at the O 2 concentration.

<実施例3:In23膜の作製>
塩化インジウム(InCl3)エタノールに溶解させてゾルを調製した。このゾルをシリコン基板の表面にスピンコーティングし、目的とするIn23膜の前駆体皮膜を形成させた。この前駆体皮膜付シリコン基板を大気圧の空気中(雰囲気ガスの圧力約1×105Pa、O2濃度約8モル/m3)に配置し、上記キセノンエキシマランプを用いて、室温で、該皮膜に向けて主波長172nmの真空紫外光を5時間照射した。ランプの外表面から前駆体皮膜の表面までの距離は2mmとした。このようにして、シリコン基板の表面にIn23膜(サンプル6)を作製した。
<Example 3: Production of In 2 O 3 film>
A sol was prepared by dissolving in indium chloride (InCl 3 ) ethanol. This sol was spin-coated on the surface of a silicon substrate to form a desired precursor film of In 2 O 3 film. This precursor-coated silicon substrate was placed in air at atmospheric pressure (atmospheric gas pressure of about 1 × 10 5 Pa, O 2 concentration of about 8 mol / m 3 ), and at room temperature using the xenon excimer lamp. The film was irradiated with vacuum ultraviolet light having a dominant wavelength of 172 nm for 5 hours. The distance from the outer surface of the lamp to the surface of the precursor film was 2 mm. In this way, an In 2 O 3 film (sample 6) was produced on the surface of the silicon substrate.

真空紫外光を照射することなく80℃以下の温度で乾燥させた上記In23膜の前駆体皮膜(比較サンプル2)について実施例1と同様にしてX線回折測定を行った結果を図4に、また、上記サンプル6についてX線回折測定を行った結果を図5に示す。図4と図5の比較から明らかなように、図5ではIn23の結晶性を示す明瞭なピーク(図5中で黒丸を付したピーク)が観察された。この結果から、上記O2濃度において上記真空紫外光を室温で照射することによって結晶性のIn23膜(サンプル6)が形成されたことを確認した。 The results of X-ray diffraction measurement performed in the same manner as in Example 1 on the precursor film (Comparative Sample 2) of the In 2 O 3 film dried at a temperature of 80 ° C. or less without irradiation with vacuum ultraviolet light. 4 and FIG. 5 show the results of X-ray diffraction measurement performed on the sample 6. As is clear from the comparison between FIG. 4 and FIG. 5, in FIG. 5, a clear peak indicating the crystallinity of In 2 O 3 (peak with a black circle in FIG. 5) was observed. From this result, it was confirmed that a crystalline In 2 O 3 film (sample 6) was formed by irradiating the vacuum ultraviolet light at room temperature at the O 2 concentration.

実施例1により得られたZnO膜についてのX線回折測定の結果を示すチャートである。6 is a chart showing the results of X-ray diffraction measurement for the ZnO film obtained in Example 1. FIG. 実施例1により得られたZnO膜のSEM像である。2 is a SEM image of a ZnO film obtained in Example 1. 実施例2により得られたZnO膜についてのX線回折測定の結果を示すチャートである。6 is a chart showing the results of X-ray diffraction measurement for a ZnO film obtained in Example 2. FIG. 実施例3で作製したIn23前駆体皮膜を乾燥させた皮膜についてのX線回折測定の結果を示すチャートである。6 is a chart showing the results of X-ray diffraction measurement of a film obtained by drying the In 2 O 3 precursor film produced in Example 3. 実施例3により得られたIn23膜についてのX線回折測定の結果を示すチャートである。6 is a chart showing the results of X-ray diffraction measurement for the In 2 O 3 film obtained in Example 3. FIG. 真空紫外光照射装置の一構成例の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of one structural example of a vacuum ultraviolet light irradiation apparatus. 金属酸化物膜の製造方法を例示する概略工程図である。It is a schematic process drawing which illustrates the manufacturing method of a metal oxide film.

符号の説明Explanation of symbols

3 被処理物(前駆体皮膜付基体)
10 金属酸化物膜製造装置
12 チャンバ
14 ステージ
20 真空紫外光照射手段
22 照射窓
24 真空紫外光源
30 O2濃度制御手段
3 Object to be treated (base with precursor film)
10 metal oxide film manufacturing apparatus 12 chamber 14 stage 20 vacuum ultraviolet light irradiation means 22 irradiation window 24 a vacuum ultraviolet light source 30 O 2 concentration control means

Claims (6)

結晶性の金属酸化物膜を製造する方法であって:
該金属酸化物膜を構成する金属のアルコキシドおよび塩の少なくとも一方を含むゾルを用意すること;
該ゾルを基体表面に付与してゲル状の前駆体皮膜を形成すること;および
波長130〜180nmの真空紫外光を照射する光源を用い、該光源から前記皮膜表面までの距離を3mm以下として 2 濃度7モル/m 3 以上の雰囲気中で前記光源から前記皮膜に向けて前記真空紫外光を照射することにより、該皮膜から結晶性の金属酸化物膜を形成させること;
を包含する、結晶性金属酸化物膜の製造方法。
A method for producing a crystalline metal oxide film comprising:
Providing a sol containing at least one of a metal alkoxide and a salt constituting the metal oxide film ;
It The sol was applied to the substrate surface to form the gel precursor film; and,
Using a light source for irradiating vacuum ultraviolet light having a main wavelength 130~180Nm, the film from the distance from the light source to the film surface as a 3mm or less O 2 concentration of 7 mol / m 3 in more atmosphere source Irradiating the vacuum ultraviolet light toward the film to form a crystalline metal oxide film from the film;
A method for producing a crystalline metal oxide film, comprising:
前記真空紫外光を照射する光源として、キセノンエキシマランプ、FAs a light source for irradiating the vacuum ultraviolet light, a xenon excimer lamp, F 22 エキシマランプおよびアルゴンエキシマランプから選択される一種または二種以上の光源を使用する、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein one or more light sources selected from an excimer lamp and an argon excimer lamp are used. 前記皮膜から前記結晶性金属酸化物膜を80℃以下の温度域で形成させる、請求項1または2に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the crystalline metal oxide film is formed from the film in a temperature range of 80 ° C. or less. 前記皮膜から前記結晶性金属酸化物膜を室温で形成させる、請求項1または2に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the crystalline metal oxide film is formed from the film at room temperature. 前記皮膜から前記結晶性金属酸化物膜を大気圧の空気中で形成させる、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the crystalline metal oxide film is formed from the film in air at atmospheric pressure. 前記金属酸化物は酸化亜鉛または酸化インジウムである、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal oxide is zinc oxide or indium oxide.
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