JP6634776B2 - ナノシートによる薄膜の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明に係る薄膜製造装置の第1実施例を示す。図1において、貯留槽1の中には、薄片状又は偏平状のナノ粒子を有機溶媒又は水中に分散させたナノ粒子分散溶液2が貯留されている。貯留槽1の上方には、可逆駆動可能なモータ3が配置され、そのモータ3の駆動軸に固定されたプーリ4にワイヤ5が巻き掛けられている。ワイヤ5の先端にはクランプ6を介して基材7が吊り下げられている。基材7としては、ナノ粒子分散溶液2に対する耐溶剤性を有し、表面が平滑な基材が望ましく、硬質基板(石英ガラス板,シリコンウェハ,マイカ板,グラファイト板,アルミナ板など)でもよいし、樹脂板や樹脂シート、金属板や金属フィルムでもよい。基材7の浸漬深さは、基材7の必要部位が漬かればよいので、制限はないが、浸漬時間は溶液が基材7に十分になじむだけの時間(例えば30秒以上)が望ましい。基材7の引き上げ速度は、モータ3の回転速度によって制御できる。
一方で,膜厚が極小値となる引き上げ速度よりも高い領域では、重力とせん断応力のバランスから膜厚h0と引き上げ速度uとの関係は以下の式で示される。
これら関係式から、膜厚が極小値となる引き上げ速度は、
y=3.336x−37.86
となる。この結果から、濃度が11.3g/Lを下回ると、膜厚がゼロになることが推測され、所望の膜厚を1回で塗布するために必要な濃度は11.3g/L以上であると推測される。
図8は本発明に係る薄膜製造装置の第2実施例を示す。この製造装置では、基材として長尺なシート材10を使用し、このシート材10を巻き出しロール11から供給し、複数のガイドロール12〜16を経て巻き取りロール17へと巻き取るよう構成されている。巻き取りロール17には、シート材10の送り速度を制御する駆動装置18が連結されている。複数のガイドロール12〜16は、シート材を所定の張力を持って送るための回転自在なロールであるが、送り速度と同期して回転駆動されてもよい。複数のガイドロールの中の少なくとも1つのガイドロール14は、貯留槽20に貯留されたナノ粒子分散溶液21中に浸漬されている。そのため、シート材10を連続的に送ることにより、シート材10の一部がナノ粒子分散溶液21の中を通過し、引き上げ時にシート材10の表面にナノ粒子の多層膜が形成される。シート材10の必要な浸漬深さは、送り速度と目標とする浸漬時間の関係から計算することができる。例えば、送り速度2mm/sで30秒間浸漬させるためには、最低限30mmの深さが必要となる。
2 ナノ粒子分散溶液
3 モータ
7 基材
8 前処理装置
10 シート材(基材)
11 巻き出しロール
12〜16 ガイドロール
14 浸漬ロール
17 巻き取りロール
18 駆動装置
20 貯留槽
21 ナノ粒子分散溶液
22 前処理装置
23 後処理装置
24 乾燥装置
Claims (12)
- 薄片状又は偏平状のナノシートを有機溶媒又は水中に分散させたナノシート分散溶液に基材を浸漬し、当該基材を引き上げることで前記基材の表面にナノシートの多層膜を形成する薄膜の製造方法であって、
前記ナノシート分散溶液は、前記ナノシートの多層膜の膜厚と前記基材の引き上げ速度との関係において、ある引き上げ速度で膜厚が極小値を持つ溶液であり、
前記膜厚が極小となる引き上げ速度よりも高い速度領域で前記基材を引き上げることにより、1回の浸漬/引き上げで前記ナノシートの多層膜を形成する工程を含む、
薄膜の製造方法。 - 前記ナノシートは酸化物ナノシートであり、前記薄膜はコンデンサ用誘電体薄膜である、請求項1に記載の薄膜の製造方法。
- 前記ナノシートは導電性ナノシートであり、前記薄膜は導電体薄膜である、請求項1に記載の薄膜の製造方法。
- 前記有機溶媒は、エタノール、メタノール、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、2−プロパノール、ホルムアミド、メチルエチルケトン、1−ブタノールのいずれかである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜の製造方法。
- 前記引き上げ速度は、前記極小値となる膜厚をh0としたとき、膜厚hが極小値となる膜厚h0の2倍となる速度以上で、前記膜厚hが50nmとなる速度以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜の製造方法。
- 前記ナノシート分散溶液の濃度は11.3g/L以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜の製造方法。
- 前記ナノシート分散溶液に浸漬する前の前記基材に対して、基材表面の有機物除去および親水化を促進するための前処理を施す、請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄膜の製造方法。
- 前記ナノシート分散溶液から引き上げられた前記基材上の多層膜に対して、当該多層膜に含まれる有機物の除去処理を行う、請求項1〜7のいずれか1項に記載の薄膜の製造方法。
- 前記基材は長尺な樹脂フィルムであり、
前記樹脂フィルムを巻き出しロールから複数のガイドロールを経て巻き取りロールへと連続的に搬送し、
前記複数のガイドロールの内、少なくとも1つのガイドロールを前記ナノシート分散溶液中に浸漬し、
前記樹脂フィルムを連続駆動することにより、前記樹脂フィルムの表面に前記ナノシートの多層膜を形成する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄膜の製造方法。 - 薄片状又は偏平状のナノシートを有機溶媒又は水中に分散させたナノシート分散溶液を貯留した貯留槽と、
長尺な樹脂フィルムと、
前記樹脂フィルムを供給する巻き出しロールと、
前記樹脂フィルムを巻き取る巻き取りロールと、
前記巻き出しロールと巻き取りロールとの間に配設された前記樹脂フィルムを送るための複数のガイドロールであって、その中の少なくとも1つのガイドロールが前記ナノシート分散溶液中に浸漬された、ガイドロールと、
前記樹脂フィルムの送り速度を制御する駆動装置と、を備え、
前記ナノシート分散溶液は、前記樹脂フィルムの表面に形成される前記ナノシートの多層膜の膜厚と前記樹脂フィルムの引き上げ速度との関係において、ある引き上げ速度で膜厚が極小値を持つ溶液であり、
前記膜厚が極小となる引き上げ速度よりも高い速度領域で引き上げるよう前記駆動装置を制御し、
前記樹脂フィルムを連続駆動することにより、1回の浸漬/引き上げで前記樹脂フィルムの表面に前記ナノシートの多層膜を形成する、薄膜の製造装置。 - 前記ナノシート分散溶液中に浸漬される前の前記樹脂フィルムに対して基材その表面の有機物除去および親水化を促進するための前処理を行う前処理装置が設けられている、請求項10に記載の薄膜の製造装置。
- 前記ナノシート分散溶液から引き上げられた前記樹脂フィルム上の多層膜に対して、当該多層膜に含まれる有機物の除去処理を行う後処理装置が設けられている、請求項10又は11に記載の薄膜の製造装置。
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