JP7015112B2 - ジアルキル亜鉛およびジアルキル亜鉛部分加水分解物含有溶液、並びにこれらの溶液を用いる酸化亜鉛薄膜の製造方法 - Google Patents
ジアルキル亜鉛およびジアルキル亜鉛部分加水分解物含有溶液、並びにこれらの溶液を用いる酸化亜鉛薄膜の製造方法 Download PDFInfo
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Description
[1]
アルコキシ基を有するジケトン化合物、下記一般式(1)で表されるジアルキル亜鉛及び/又は当該ジアルキル亜鉛の部分加水分解物、及び溶媒を含有する溶液。
[2]
前記アルコキシ基を有するジケトン化合物が、アルコキシ基を有するαジケトン化合物、アルコキシ基を有するβジケトン化合物、αケト酸エステル及びβケト酸エステルからなる群から選ばれる1又は2以上のジケトン化合物である、[1]に記載の溶液。
[3]
前記アルコキシ基を有するジケトン化合物が、次の一般式(2)又は一般式(3)で示される化合物、又はそれらの混合物である、[1]又は[2]に記載の溶液。
[4]
前記アルコキシ基を有するジケトン化合物が、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸イソプロピル、アセト酢酸ブチル及びピルビン酸エチル、又はそれらの混合物である、[1]~[3]のいずれか1項に記載の溶液。
[5]
前記アルコキシ基を有するジケトン化合物が、ジアルキル亜鉛又はジアルキル亜鉛の部分加水分解物中の亜鉛に対するモル比で0.01~2の範囲で含有される、[1]
~[4]のいずれか1項に記載の溶液。
[6]
前記ジアルキル亜鉛がジエチル亜鉛である、[1]~[5]のいずれか1項に記載の溶液。
[7]
前記ジアルキル亜鉛の部分加水分解物が、ジアルキル亜鉛の亜鉛に対してモル比が0.4~0.9の範囲の水で加水分解した部分加水分解物である、[1]~[6]のいずれか1項に記載の溶液。
[8]
前記ジアルキル亜鉛の部分加水分解物が、下記一般式(4)で表される部分加水分解物である[1]~[7]のいずれか1項に記載の溶液。
[9]
前記溶媒は、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、炭化水素系溶媒、エーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル化合物、ジエチレングリコールジアルキルエーテル化合物、トリエチレングリコールジアルキルエーテル化合物、プロピレングリコールジアルキル化合物、ジプロピレングリコールジアルキル、トリプロピレングリコールジアルキル化合物、鎖状アミド化合物および環状アミド化合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の溶媒である、[1]~[8]のいずれか1項に記載の溶液。
[10]
[1]~[9]のいずれか1項に記載の溶液を基材に塗布する工程を含む酸化亜鉛薄膜の製造方法。
[11]
基材を加熱する工程を含む[10]に記載の製造方法。
[12]
500℃以下の温度で基材を加熱した状態において、前記溶液を基材に塗布する[10]又は[11]に記載の製造方法。
[13]
前記塗布を空気中で行う[10]~[12]のいずれか1項に記載の製造方法。
[14]
前記塗布を相対湿度35~80%の雰囲気下で行う[10]~[13]のいずれか1項に記載の製造方法。
[15]
前記酸化亜鉛薄膜が、550nmの可視光線に対して80%以上の透過率を有する薄膜である、[10]~[14]に記載の製造方法。
本発明の第一の態様は、一般式(1)で表されるジアルキル亜鉛を含有する、ジアルキル亜鉛含有溶液であって、さらにアルコキシ基を有するジケトン化合物を含むものである。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基を挙げることができるが、これらに限定される意図ではない。
また、本発明の第二の態様は、一般式(1)で表されるジアルキル亜鉛の部分加水分解物及び溶媒を含有する、ジアルキル亜鉛部分加水分解物含有溶液であって、さらにアルコキシ基を有するジケトン化合物を含むものである。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基を挙げることができるが、これらに限定される意図ではない。
一般式(1)で表されるジアルキル亜鉛の例としては、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛、ジイソブチル亜鉛、ジ-tert-ブチル亜鉛等をあげることができる。価格が安価であるという観点から、ジエチル亜鉛が好ましい。但し、これらの化合物に限定される意図ではない。
本発明においては、前述のジアルキル亜鉛溶液とジアルキル亜鉛部分加水分解物はそれぞれ単独して用いてもよく、またそれらを混合して用いてもよい。即ち、ジアルキル亜鉛およびジアルキル亜鉛部分加水分解物の少なくともいずれか1つを含有する溶液を用いることが出来る。
ジアルキル亜鉛およびジアルキル亜鉛部分加水分解物の少なくともいずれか1つを含有する溶液で用いることのできる溶媒としては、例えば、n-ヘキサン、オクタン、n-デカン、等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、等の芳香族炭化水素;ミネラルスピリット、ソルベントナフサ、ケロシン、石油エーテル、等の炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、t-ブチルメチルエーテル、ジn-プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキサラン、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、アニソール等のエーテル化合物;1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、1,2-ジブトキシエタン等のエチレングリコールジアルキルエーテル化合物;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル等のジエチレングリコールジアルキルエーテル化合物;トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル等のトリエチレングリコールジアルキルエーテル化合物;プロピレングリコールジメチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキル化合物;ジプロピレングリコールジメチル等のジプロピレングリコールジアルキル;トリプロピレングリコールジメチル等のトリプロピレングリコールジアルキル化合物、N,N,ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリルアミド等の鎖状アミド化合物、N-メチル-2-ピロリドン(NMPと略記することがある)、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノン等の環状アミド化合物、又はそれらの混合物等を挙げることができる。
ジアルキル亜鉛含有溶液は前記ジアルキル亜鉛と溶媒とを混合することにより調製される。具体的には、ジアルキル亜鉛との反応性を考慮すると、例えば、乾燥雰囲気(例えば、乾燥状態で供給される不活性ガス雰囲気)下、前記ジアルキル亜鉛を前記溶媒に溶解することにより調製される。
ジアルキル亜鉛部分加水分解物の調製は、前記ジアルキル亜鉛に対するモル比が0.4~0.9の範囲で、水、又は水を含有する溶液を用いて行う。ジアルキル亜鉛に対する水のモル比が0.4未満では、溶媒を乾燥除去した後も液状になり易く(固体になりにくく)均一な酸化亜鉛薄膜を形成することが困難である。均一な酸化亜鉛薄膜を形成するという観点からは、ジアルキル亜鉛に対する水のモル比が0.6以上であることがより好ましい。一方、ジアルキル亜鉛に対する水のモル比が0.9を超えると溶媒に不溶なゲル、固体が析出し、ゲル、固体による均一な酸化亜鉛薄膜の形成が困難になる。析出したゲルや固体は、ろ過除去することも可能であるが、亜鉛分の損失に繋がるので好ましくない。
本発明においては、ジアルキル亜鉛およびジアルキル亜鉛部分加水分解物の少なくともいずれか1つを含有する溶液に、さらにアルコキシ基を有するジケトン化合物を含有する。
本発明で用いるα-ケトン酸エステルは、次の一般式(2)で示される化合物である。
アルコキシ基を有するジケトン化合物は、上記化合物を単独、又はそれらの混合物として用いることが出来る。
本発明の第2の態様は、酸化亜鉛薄膜の製造方法であり、この方法は、前記本発明のジアルキル亜鉛およびジアルキル亜鉛部分加水分解物の少なくともいずれか1つを含有する溶液を基材に塗布することを含む、酸化亜鉛薄膜の製造方法である。
本発明のジアルキル亜鉛含有溶液、ジアルキル亜鉛部分加水分解物含有溶液をC6D6に溶解させた後、NMR装置(JEOL RESONANCE社製「JNM-ECA500」)にて1H-NMR測定を実施した。
○・・・薄膜に割れ・剥がれ等が見られない。
△・・・薄膜に剥がれはないが、割れがわずかにみられる。
×・・・薄膜に割れ・剥がれ等が顕著に観察される。
1,2-ジエトキシエタン360.02gとジエチル亜鉛40gを室温で混合したものを-11℃に冷却し、撹拌下で12.3質量%水含有THF溶液28.5g([水]/[ジエチル亜鉛]=0.6)を3.5時間かけて滴下して加えた。-10℃で40分熟成した後、25℃まで放温しながら、終夜攪拌を続けることにより熟成反応を行い、薄黄色透明なジエチル亜鉛部分加水分解組成物1,2-ジエトキシエタン溶液(組成物A)を得た。
トルエン15.0gとトリエチルガリウム0.91gとを室温で混合したものを-8℃に冷却し、撹拌下で2.8質量%水含有THF溶液3.6gを15分かけて滴下した。得らえた反応混合物に、冷却した状態でトルエン283gとジエチル亜鉛36gの混合物を2時間かけて加えた。滴下終了後、30分撹拌の後、-10℃に冷却した状態で、8.3質量%水含有THF溶液36g([水]/[ジエチル亜鉛]=0.6)を5.4時間かけて滴下して加えた。-10℃で30分熟成した後、25℃まで放温しながら、終夜攪拌を続けることにより熟成反応を行い、薄黄色透明なジエチル亜鉛部分加水分解組成物トルエン溶液(組成物B)を得た。
1,2-ジエトキシエタン30.0gとトリエチルガリウム1.02gとを室温で混合したものを-11℃に冷却し、撹拌下で2.34質量%水含有THF溶液5.12gを10分かけて滴下した。得らえた反応混合物に、冷却した状態で1,2-ジエトキシエタン325gとジエチル亜鉛40gの混合物を4.4時間かけて加えた。滴下終了後、10分撹拌の後、-10℃に冷却した状態で、11.2質量%水含有THF溶液28.4g([水]/[ジエチル亜鉛]=0.6)を1.25時間かけて滴下して加えた。-10℃で30分熟成した後、25℃まで放温しながら、終夜攪拌を続けることにより熟成反応を行い、無色透明なジエチル亜鉛部分加水分解組成物1,2-ジエトキシエタン溶液(組成物C)を得た。
キシレン20.0gとトリエチルガリウム2.03gとを室温で混合したものを-11℃に冷却し、撹拌下で7.2質量%水含有THF溶液3.23gを10分かけて滴下した。得らえた反応混合物に、冷却した状態でキシレン420gとジエチル亜鉛80gの混合物を3時間かけて加えた。滴下終了後、26分撹拌の後、-13℃に冷却した状態で、10.1質量%水含有THF溶液66.77g([水]/[ジエチル亜鉛]=0.6)を3.4時間かけて滴下して加えた。-12℃で15分熟成した後に、25℃まで放温しながら、終夜攪拌を続けることにより熟成反応を行った。熟成後に得られた溶液について微量の濁りを濾過することで、薄黄色透明なジエチル亜鉛部分加水分解組成物キシレン溶液(組成物D)を得た。
N-メチル-2-ピロリドン(以下、NMP)204.56gとジエチル亜鉛22.73gとを室温で混合したものを-11℃に冷却し、撹拌下で11.4質量%水含有NMP溶液17.49gを1.7時間かけて滴下した。-10℃で30分熟成した後、さらに、撹拌下で12.8質量%水含有NMP溶液1.17gを1時間かけて滴下した(水の添加量の合計として、[水]/[ジエチル亜鉛]=0.65(モル比))。25℃まで放温しながら、終夜攪拌を続けることにより熟成反応を行い、無色透明なジエチル亜鉛部分加水分解組成物1,2-ジエトキシエタン溶液(組成物E)を得た。
上記、参考例1~5の各ジアルキル亜鉛部分加水分解物含有溶液に、アルコキシ基を有するジケトン化合物を表1に記載の量比で窒素雰囲気下で添加し、室温で混合することで本発明の溶液(組成物1~20)を調製した。
また、参考例1~5の組成物A~Eも、酸化亜鉛薄膜形成の評価のために各25gずつ小分けした。
ジエチル亜鉛部分加水分解組成物1,2-ジエトキシエタン溶液(組成物A)にアセト酢酸エチルを添加した実施例1の組成物(組成物1)を、湿気を含む空気雰囲気下(湿度:65%)、室温(温度:23℃)で、15mm角のガラス基板(コーニング社製、EagleXG)上に50μl滴下し、スピンコーターにより1000rpm、20秒間スピンして塗布した。100℃で2分乾燥を兼ねた加熱を実施することで薄膜を形成させた。得られた酸化亜鉛薄膜の垂直透過率を測定した。スペクトルを図1に示す。得られた薄膜の550nmの光の垂直透過率は99%であった。紫外領域の垂直透過率が低いことから酸化亜鉛の形成が確認された。また、膜に剥がれや割れ等は見られなかった。得られた薄膜の膜厚は90nmであった。
参考例1で得られたジエチル亜鉛部分加水分解組成物1,2-ジエトキシエタン溶液(組成物A)のみを用いたこと以外は実施例1と同様にして薄膜を形成させた。垂直透過率を測定したところ、550nmの光の垂直透過率は65%であり、80%未満の不透明な薄膜になった。また、膜に剥がれが見られ基板への密着性も劣っていた。
実施例1で得られた組成物1、実施例7で得られた組成物7、実施例6で得られた組成物6、および、実施例8で得られた組成物8について、それぞれ、実施例21記載の方法で基板に塗布し、100℃あるいは500℃で2分乾燥を兼ねた加熱を実施することでそれぞれ薄膜を形成させた。成膜時の相対湿度は、得られた酸化亜鉛薄膜はいずれも90%以上の透明な薄膜で、膜に剥がれや割れ等は見られなかった。
参考例1で得られた組成物A、参考例4で得られた組成物D、および、参考例3で得られた組成物Cについて、それぞれ、実施例21記載の方法で基板に塗布し、100℃あるいは500℃で2分乾燥を兼ねた加熱を実施することでそれぞれ薄膜を形成させた。100℃で成膜した酸化亜鉛薄膜はいずれも膜に剥がれが見られた。また、500℃で成膜した酸化亜鉛薄膜は、膜に剥がれが見られるとともに、いずれも80%未満の不透明な薄膜になった。
実施例2~5で得られた、組成物Bに濃度の異なるアセト酢酸エチルを共存させた組成物2~5について、それぞれ、実施例21記載の方法で基板に塗布し、100℃あるいは500℃で2分乾燥を兼ねた加熱を実施することでそれぞれ薄膜を形成させた。得られた酸化亜鉛薄膜はいずれも90%以上の透明な薄膜であった。亜鉛に対するアルコキシ基を有するジケトン化合物のモル比が0.1以上の組成物は膜に剥がれや割れ等は見られなかった。また、前記モル比が0.05、0.02の組成物であっても、わずかにひび割れが観測される程度であり、顕著な剥がれ等は見られなかった。
参考例2で得られた組成物Bのみについて、それぞれ、実施例21記載の方法で基板に塗布し、100℃あるいは500℃で2分乾燥を兼ねた加熱を実施することでそれぞれ薄膜を形成させた。100℃あるいは500℃で成膜した酸化亜鉛薄膜のいずれからも、膜に剥がれが見られるとともに、いずれも80%未満の不透明な薄膜になった。
実施例20で得られた組成物20について、それぞれ、実施例21記載の方法で基板に塗布し、100℃あるいは500℃で2分乾燥を兼ねた加熱を実施することでそれぞれ薄膜を形成させた。得られた酸化亜鉛薄膜はいずれも95%以上の透明な薄膜であった。亜鉛に対するアルコキシ基を有するジケトン化合物のモル比が0.1以上の組成物を用いて得られた酸化亜鉛薄膜に剥がれや割れ等は見られなかった。
種々のアルコキシ基を有するジケトン化合物を組成物Bに添加することで得られた実施例10~19の各組成物10~19について、それぞれ、実施例21記載の方法で基板に塗布し、100℃あるいは500℃で2分乾燥を兼ねた加熱を実施することでそれぞれ薄膜を形成させた。得られた酸化亜鉛薄膜はいずれも90%以上の透明な薄膜であった。また、得られた酸化亜鉛薄膜に剥がれや割れ等は見られなかった。
トルエン155.72g、ジエチル亜鉛17.30g、トリエチルガリウム0.44g、および、アセト酢酸エチル0.59gを室温で混合し、アルコキシ基を有するジケトン化合物を含むジエチル亜鉛を含むトルエン溶液(組成物F)を調製した。
実施例57において、トリエチルガリウムを含まないこと以外は、実施例57の方法と同様にして、アルコキシ基を有するジケトン化合物を含むジエチル亜鉛を含むトルエン溶液(組成物G)を調製した。
この組成物Fをスプレーノズルより1ml/分で32分間、200℃に加熱された基板に吹き付けて、大気中でスプレー成膜を行った。成膜時の相対湿度は73~75%であった。
Claims (8)
- アルコキシ基を有するジケトン化合物、下記一般式(1)で表されるジアルキル亜鉛及び/又は当該ジアルキル亜鉛の部分加水分解物、及び溶媒を含有し、前記アルコキシ基を有するジケトン化合物が、下記一般式(2)若しくは一般式(3)で示される化合物、又はそれらの混合物であり、
前記ジアルキル亜鉛の部分加水分解物は、酸化亜鉛及び析出物を含まない、下記一般式(4)で表される部分加水分解物であり、前記溶媒が、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、炭化水素系溶媒、エーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル化合物、ジエチレングリコールジアルキルエーテル化合物、トリエチレングリコールジアルキルエーテル化合物、プロピレングリコールジアルキル化合物、ジプロピレングリコールジアルキル、およびトリプロピレングリコールジアルキル化合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の溶媒であり、相対湿度35~80%の雰囲気下で基材に塗布して基材上に、割れ及び剥がれを有さず、かつ550nmの可視光線に対して80%以上の透過率を有する酸化亜鉛薄膜を製造する方法に用いるための溶液。
- 前記アルコキシ基を有するジケトン化合物が、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸イソプロピル、アセト酢酸ブチル及びピルビン酸エチル、又はそれらの混合物である、請求項1に記載の溶液。
- 前記アルコキシ基を有するジケトン化合物が、ジアルキル亜鉛又はジアルキル亜鉛の部分加水分解物中の亜鉛に対するモル比で0.01~2の範囲で含有される、請求項1~2のいずれか1項に記載の溶液。
- 前記ジアルキル亜鉛がジエチル亜鉛である、請求項1~3のいずれか1項に記載の溶液。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の溶液を相対湿度35~80%の雰囲気下で基材に塗布する工程を含む、割れ及び剥がれを有さず、かつ550nmの可視光線に対して80%以上の透過率を有する酸化亜鉛薄膜の製造方法。
- 基材を加熱する工程を含む請求項5に記載の製造方法。
- 500℃以下の温度で基材を加熱した状態において、前記溶液を基材に塗布する請求項5又は6に記載の製造方法。
- 前記塗布を空気中で行う請求項5~7のいずれか1項に記載の製造方法。
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