JP7121231B2 - 導電性膜及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＲｕＯ２粒を用いた低抵抗な導電性膜及びその製造方法に関する。
ＲｕＯ２（二酸化ルテニウム）粒を用いた導電性膜として、例えば、特許文献１では、ガラスフリットとＲｕＯ２とを含んだ膜がサーミスタの素子電極とて用いられている。この特許文献１では、電極がサーミスタ素体上の素子電極と該素子電極上のカバー電極との２層構造を有し、素子電極がガラスフリットとＲｕＯ２とを含んだ膜であり、カバー電極が貴金属とガラスフリットとを含むペーストで形成された膜であるサーミスタが記載されている。
このサーミスタでは、ガラスフリットとＲｕＯ２とを含んだペーストをサーミスタ素体の表面に塗布し、これを焼き付け処理することで、膜状に素子電極を形成している。この素子電極によって電極面積を確保してサーミスタの電気的特性を維持させ、ハンダ付けによる配線と素子電極との電気的接続を貴金属ペーストのカバー電極により確保している。
また、特許文献２にも、ガラスフリットとＲｕＯ２とを含んだ電気発熱体厚膜形成用抵抗ペーストが記載されている。
また、特許文献３には、溶媒（トルエン）中に溶解したルテニウムを含有する前駆体溶液を加熱された基板に向けて噴霧することにより、スプレー方式で酸化ルテニウム導電膜を形成する薄膜導電膜の形成方法が記載されている。なお、この技術では、抵抗値を１×１０－２Ωｃｍ以下とするには、３００℃以上に基板を加熱する必要がある。
また、特許文献３には、溶媒（トルエン）中に溶解したルテニウムを含有する前駆体溶液を加熱された基板に向けて噴霧することにより、スプレー方式で酸化ルテニウム導電膜を形成する薄膜導電膜の形成方法が記載されている。なお、この技術では、抵抗値を１×１０－２Ωｃｍ以下とするには、３００℃以上に基板を加熱する必要がある。
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来のＲｕＯ２粒を用いた導電性膜では、ガラスフリットとＲｕＯ２粒とを含んだペーストをサーミスタ素体の表面に塗布し、これを焼き付け処理することで、膜を形成しているため、ＲｕＯ２粒同士の間にガラスフリットが入り込み、ＲｕＯ２粒同士の電気的導通を阻害している部分が多く発生することで、膜の抵抗値が増加してしまう不都合があった。すなわち、ＲｕＯ２ペーストを用いる場合、ガラス粒子とＲｕＯ２粒とが混在した状態でネットワークが形成されるため、ＲｕＯ２粒同士の接触が少なく、低抵抗を得ることが困難である。加えて、強度を付与にするには、ガラス粒子を溶かすことが必要であるため、ガラスの融点以上での熱処理が必要になり、ガラス基板や樹脂基板といった耐熱性の低い基板には形成することができなかった。
また、加熱した基板にスプレー方式で成膜する方法では、前駆体を熱分解させてＲｕＯ２膜とするため抵抗値を１×１０－２Ωｃｍ以下とするには３００℃以上の加熱が必要であり、やはり耐熱性の低い基板には形成することができなかった。
すなわち、上記従来のＲｕＯ２粒を用いた導電性膜では、ガラスフリットとＲｕＯ２粒とを含んだペーストをサーミスタ素体の表面に塗布し、これを焼き付け処理することで、膜を形成しているため、ＲｕＯ２粒同士の間にガラスフリットが入り込み、ＲｕＯ２粒同士の電気的導通を阻害している部分が多く発生することで、膜の抵抗値が増加してしまう不都合があった。すなわち、ＲｕＯ２ペーストを用いる場合、ガラス粒子とＲｕＯ２粒とが混在した状態でネットワークが形成されるため、ＲｕＯ２粒同士の接触が少なく、低抵抗を得ることが困難である。加えて、強度を付与にするには、ガラス粒子を溶かすことが必要であるため、ガラスの融点以上での熱処理が必要になり、ガラス基板や樹脂基板といった耐熱性の低い基板には形成することができなかった。
また、加熱した基板にスプレー方式で成膜する方法では、前駆体を熱分解させてＲｕＯ２膜とするため抵抗値を１×１０－２Ωｃｍ以下とするには３００℃以上の加熱が必要であり、やはり耐熱性の低い基板には形成することができなかった。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、ＲｕＯ２を含んだ膜であって比較的低い温度で成膜することができ、低抵抗化及び薄膜化が可能である導電性膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る導電性膜は、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒が層状に凝集した構造を有し、体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
すなわち、この導電性膜では、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒が層状に凝集した構造を有し、体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下であるので、ＲｕＯ２粒同士の良好な接触により、密着性が高く緻密な膜となり、低い抵抗値を有している。
すなわち、この導電性膜では、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒が層状に凝集した構造を有し、体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下であるので、ＲｕＯ２粒同士の良好な接触により、密着性が高く緻密な膜となり、低い抵抗値を有している。
第２の発明に係る導電性膜は、第１の発明において、前記ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２が介在していることを特徴とする。
すなわち、この導電性膜では、ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２が介在しているので、ＲｕＯ２粒同士の良好な接触を妨げることなく、膜に高い強度を付与することができる。
すなわち、この導電性膜では、ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２が介在しているので、ＲｕＯ２粒同士の良好な接触を妨げることなく、膜に高い強度を付与することができる。
第３の発明に係る導電性膜の製造方法は、第１又は第２の発明の導電性膜を製造する方法であって、前記ＲｕＯ２粒と有機溶媒と分散剤とを含有したＲｕＯ２分散液を基材上に塗布し、乾燥させてＲｕＯ２層を形成する工程を有することを特徴とする。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、上記ＲｕＯ２分散液を用いて導電性膜を形成するので、スパッタリング等の気相成膜法と比較し、簡便に成膜することができ、またペーストを印刷・焼き付ける方法よりも膜厚ばらつきが少なく薄膜化も可能で、高価なＲｕＯ２粒の消費量を抑えつつ、低抵抗を得ることができる。また、本発明の製法では、棒状やワイヤー状など平板以外の基体にも成膜することが可能である。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、上記ＲｕＯ２分散液を用いて導電性膜を形成するので、スパッタリング等の気相成膜法と比較し、簡便に成膜することができ、またペーストを印刷・焼き付ける方法よりも膜厚ばらつきが少なく薄膜化も可能で、高価なＲｕＯ２粒の消費量を抑えつつ、低抵抗を得ることができる。また、本発明の製法では、棒状やワイヤー状など平板以外の基体にも成膜することが可能である。
第４の発明に係る導電性膜の製造方法は、第３の発明において、前記分散剤が、多官能型イオン性の分散剤であることを特徴とする。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、ＲｕＯ２分散液に多官能型イオン性の分散剤を含むことで、ＲｕＯ２粒の分散性が高いＲｕＯ２分散液が得られ、よりＲｕＯ２粒が均一且つ緻密に充填される。この多官能型イオン性の分散剤は比較的低い熱処理で分解して除去することができるため、ＲｕＯ２粒が緻密に充填され、クラックが生じ難く、体積抵抗の低い膜が得られる。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、ＲｕＯ２分散液に多官能型イオン性の分散剤を含むことで、ＲｕＯ２粒の分散性が高いＲｕＯ２分散液が得られ、よりＲｕＯ２粒が均一且つ緻密に充填される。この多官能型イオン性の分散剤は比較的低い熱処理で分解して除去することができるため、ＲｕＯ２粒が緻密に充填され、クラックが生じ難く、体積抵抗の低い膜が得られる。
第５の発明に係る導電性膜の製造方法は、第３又は第４の発明の導電性膜の製造方法において、前記ＲｕＯ２層上にシリコンアルコキシドのオリゴマー体と有機溶媒と水と酸とを含有したシリカゾルゲル液を塗布し、前記ＲｕＯ２層中に前記シリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させることで前記ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２を介在させる工程を有していることを特徴とする。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、ＲｕＯ２層中にシリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させることでＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２を介在させる工程を有しているので、ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２が低温で硬化する無機バインダーとして含浸し硬化することで、高強度の膜を得ることができる。したがって、まず上記ＲｕＯ２層を形成する工程で、ＲｕＯ２粒同士の接触点が多い状態を形成し、次に上記ＳｉＯ２を介在させる工程で、ＳｉＯ２によって層全体を硬化させることで、低温で高い導電性を実現しつつ十分な膜強度を得ることができる。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、ＲｕＯ２層中にシリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させることでＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２を介在させる工程を有しているので、ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２が低温で硬化する無機バインダーとして含浸し硬化することで、高強度の膜を得ることができる。したがって、まず上記ＲｕＯ２層を形成する工程で、ＲｕＯ２粒同士の接触点が多い状態を形成し、次に上記ＳｉＯ２を介在させる工程で、ＳｉＯ２によって層全体を硬化させることで、低温で高い導電性を実現しつつ十分な膜強度を得ることができる。
第６の発明に係る導電性膜の製造方法は、第４の発明の導電性膜の製造方法において、
前記ＲｕＯ２層を形成する工程で、２００℃以上の温度で加熱して前記分散剤を分解することを特徴とする。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、ＲｕＯ２層を形成する工程において、２００℃以上の温度で加熱することで多官能型イオン性の分散剤が分解するので、２００℃の低温熱処理でも分散剤を分解でき、ガラス基板や樹脂基板等の耐熱性の低い基板上にも、ＲｕＯ２粒が均一に分布した低抵抗の導電性膜を形成することができる。
前記ＲｕＯ２層を形成する工程で、２００℃以上の温度で加熱して前記分散剤を分解することを特徴とする。
すなわち、この導電性膜の製造方法では、ＲｕＯ２層を形成する工程において、２００℃以上の温度で加熱することで多官能型イオン性の分散剤が分解するので、２００℃の低温熱処理でも分散剤を分解でき、ガラス基板や樹脂基板等の耐熱性の低い基板上にも、ＲｕＯ２粒が均一に分布した低抵抗の導電性膜を形成することができる。
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る導電性膜によれば、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒が層状に凝集した構造を有し、体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下であるので、ＲｕＯ２粒同士の良好な接触により、密着性が高く緻密な膜となり、低い抵抗値を有している。
また、本発明に係る導電性膜の製造方法によれば、ＲｕＯ２分散液を用いて導電性膜を形成するので、スパッタリング等の気相成膜法と比較し、簡便に成膜することができ、またペーストを印刷・焼き付ける方法よりも膜厚ばらつきが少なく薄膜化も可能で、高価なＲｕＯ２粒の消費量を抑えつつ、低抵抗を得ることができる。
たとえば、多官能型イオン性の分散剤を用いれば、２００℃の比較的低い熱処理で分散剤を分解することができるので、ガラス基板や樹脂基板等の耐熱性の低い基板上にも、ＲｕＯ２粒が均一に分布した低抵抗の導電性膜を形成することができる。
すなわち、本発明に係る導電性膜によれば、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒が層状に凝集した構造を有し、体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下であるので、ＲｕＯ２粒同士の良好な接触により、密着性が高く緻密な膜となり、低い抵抗値を有している。
また、本発明に係る導電性膜の製造方法によれば、ＲｕＯ２分散液を用いて導電性膜を形成するので、スパッタリング等の気相成膜法と比較し、簡便に成膜することができ、またペーストを印刷・焼き付ける方法よりも膜厚ばらつきが少なく薄膜化も可能で、高価なＲｕＯ２粒の消費量を抑えつつ、低抵抗を得ることができる。
たとえば、多官能型イオン性の分散剤を用いれば、２００℃の比較的低い熱処理で分散剤を分解することができるので、ガラス基板や樹脂基板等の耐熱性の低い基板上にも、ＲｕＯ２粒が均一に分布した低抵抗の導電性膜を形成することができる。
以下、本発明に係る導電性膜及びその製造方法の一実施形態を、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
本実施形態の導電性膜１は、図１の（ｂ）に示すように、例えばサーミスタ素体等のセラミックス基板、シリコン基板、ガラス基板又は樹脂基板等の基材２上に成膜され、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒３ａが層状にした構造を有し、体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下である。
特に、後述するように、多官能型イオン性の分散剤を使用した導電性膜１は、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒３ａが均一に分布して層状に凝集した構造を有している。
また、本実施形態の導電性膜１は、ＲｕＯ２粒３ａ間の隙間にＳｉＯ２が介在している。
さらに、本実施形態の導電性膜１の厚さは、１００～１０００ｎｍである。
特に、後述するように、多官能型イオン性の分散剤を使用した導電性膜１は、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒３ａが均一に分布して層状に凝集した構造を有している。
また、本実施形態の導電性膜１は、ＲｕＯ２粒３ａ間の隙間にＳｉＯ２が介在している。
さらに、本実施形態の導電性膜１の厚さは、１００～１０００ｎｍである。
なお、本願発明における上記「均一に分布」は、走査型電子顕微鏡による断面観察から、導電性膜１内に、周囲をＲｕＯ２粒３ａに囲まれ、直径３００ｎｍ以上の円を内接するＲｕＯ２粒３ａの存在しない領域を、基材２の表面に沿った方向における導電性膜１の５μｍ中に包含しない場合を意味している。
また、上記断面観察は、イオン研磨によって断面加工し、加速電圧１ｋＶ，２次電子像で判定する。
また、上記平均粒径は、以下のように求めている。
ＲｕＯ２粒子の平均粒径は、Ｘ線回折ＸＲＤによって得られた回折パターンから、解析ソフトＴｏｐａｓを用いたＲｉｅｔｖｅｌｔ解析を用い、結晶歪分布をガウシアン関数、結晶子径分布をローレンツ関数と仮定して算出した結晶子径として求めた。
また、上記断面観察は、イオン研磨によって断面加工し、加速電圧１ｋＶ，２次電子像で判定する。
また、上記平均粒径は、以下のように求めている。
ＲｕＯ２粒子の平均粒径は、Ｘ線回折ＸＲＤによって得られた回折パターンから、解析ソフトＴｏｐａｓを用いたＲｉｅｔｖｅｌｔ解析を用い、結晶歪分布をガウシアン関数、結晶子径分布をローレンツ関数と仮定して算出した結晶子径として求めた。
本実施形態の導電性膜１を製造する方法は、図１の（ａ）に示すように、ＲｕＯ２粒３ａと有機溶媒と分散剤とを含有したＲｕＯ２分散液を基材２上に塗布し、乾燥させてＲｕＯ２層３を形成する工程を有している。
上記ＲｕＯ２分散液は、多官能型イオン性の分散剤である。
このＲｕＯ２分散液の塗布は、例えばスピンコートで行う。
上記有機溶剤は、例えばエタノール等が採用可能である。
上記ＲｕＯ２分散液は、多官能型イオン性の分散剤である。
このＲｕＯ２分散液の塗布は、例えばスピンコートで行う。
上記有機溶剤は、例えばエタノール等が採用可能である。
また、本実施形態の導電性膜１の製造方法は、図１の（ｂ）に示すように、ＲｕＯ２層３上にシリコンアルコキシドのオリゴマー体と有機溶媒と水と酸とを含有したシリカゾルゲル液を塗布し、ＲｕＯ２層３中にシリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させることでＲｕＯ２粒３ａ間の隙間にＳｉＯ２を介在させる工程を有している。すなわち、この工程により、ＲｕＯ２層３中にＳｉＯ２が含浸した状態となり、導電性膜１が形成される。
上記ＲｕＯ２層３を形成する工程では、大気雰囲気中、２００℃以上の温度（ベーキング温度）で加熱して多官能型イオン性の分散剤を分解する。
上記多官能型イオン性の分散剤は、１分子中に吸着基を２つ以上もつ多官能型の高分子分散剤であって、例えば日油製マリアリム（登録商標）シリーズのＨＦＢ－１５０Ａ（吸着基：塩基），ＳＣ－１０１５（吸着基：酸），ＡＦＢ－１５２１（吸着基：酸）等が採用可能である。上記日油製マリアリム（登録商標）シリーズの分散剤は、主鎖にイオン性基、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有する多官能櫛型の分散剤である。
上記多官能型イオン性の分散剤は、１分子中に吸着基を２つ以上もつ多官能型の高分子分散剤であって、例えば日油製マリアリム（登録商標）シリーズのＨＦＢ－１５０Ａ（吸着基：塩基），ＳＣ－１０１５（吸着基：酸），ＡＦＢ－１５２１（吸着基：酸）等が採用可能である。上記日油製マリアリム（登録商標）シリーズの分散剤は、主鎖にイオン性基、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有する多官能櫛型の分散剤である。
また、他に、ソルスパース（登録商標）シリーズのうち、ポリエステル側鎖を有する含窒素グラフト共重合体である多官能櫛型の分散剤(11200、13240、13940、24000SC、24000GR、28000、32000、32500、32550、32600、33000、34750、35100、35200、36000、37500、38500、39000、43000、44000、46000、47000、55000、56000、71000、76500、X300)や、主鎖がポリウレタンでグラフト鎖にポリエーテルあるいはポリエステルを有する多官能櫛型の分散剤(BYK-9076、DISPERBYK-182, 161,162,163、2163,2164)等も多官能型イオン性の分散剤として採用可能である。
一般に、固体粒子を均一に分散させるには、分散液中の粒子同士の凝集を抑制することが重要である。特に、ＲｕＯ２粒３ａのように粒子がナノサイズ（一般的には１００ｎｍ以下）になると、凝集力が大きくなり、均一な分散状態を得ることが困難である。そのため、凝集を抑制するために、粒子自体が持つ電荷の静電的な反発を使用する方法と、粒子表面に有機分子（分散剤）を吸着させ、その立体的な障害を利用する方法とがある。
上記粒子自体の静電的な反発を利用する方法では、分散媒として有機溶剤を使用する場合、有機溶剤の極性が小さいため、粒子が帯電し難く、静電的な反発を利用した分散が生じ難いことから、本実施形態では、分散剤を使用した。なお、導電性膜を形成する場合には、分散剤の残渣が電気的な障壁となって抵抗値の増加を招くため、電気的に影響を与え難く、低温で分解する単官能、低分子の分散剤を使用することが考えられる。ここで、単官能とは、分散剤１分子あたり粒子に吸着する官能基を１つ有することを意味する。
しかしながら、ＲｕＯ２粒３ａは分散剤を吸着し難く、単官能、低分子の分散剤では十分な分散効果を得ることが難しい。そこで、本実施形態では、多官能型の高分子分散剤を採用することで、ＲｕＯ２粒３ａの十分な分散効果を得ている。すなわち、多官能型の高分子分散剤は、１分子中に複数の吸着基を持つことで、粒子への吸着力が強く、ＲｕＯ２粒３ａでも十分な分散性を得ることができる。
このように本実施形態の導電性膜１では、平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒３ａが層状に凝集した構造を有し、体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下であるので、ＲｕＯ２粒３ａ同士の良好な接触により、密着性が高く緻密な膜となり、低い抵抗値を有している。
また、ＲｕＯ２粒３ａ間の隙間にＳｉＯ２が介在しているので、ＲｕＯ２粒３ａ同士の良好な接触を妨げることなく、膜に高い強度を付与することができる。
また、ＲｕＯ２粒３ａ間の隙間にＳｉＯ２が介在しているので、ＲｕＯ２粒３ａ同士の良好な接触を妨げることなく、膜に高い強度を付与することができる。
また、本実施形態の導電性膜の製造方法では、上記ＲｕＯ２分散液を用いて導電性膜１を形成するので、スパッタリング等の気相成膜法と比較し、簡便に成膜することができ、またペーストを印刷・焼き付ける方法よりも膜厚ばらつきが少なく薄膜化も可能で、高価なＲｕＯ２粒の消費量を抑えつつ、低抵抗を得ることができる。
また、ＲｕＯ２分散液に多官能型イオン性の分散剤を含むことで、ＲｕＯ２粒の分散性が高いＲｕＯ２分散液が得られ、よりＲｕＯ２粒が均一且つ緻密に充填される。この多官能型イオン性の分散剤は比較的低い熱処理で分解して除去することができるため、ＲｕＯ２粒が緻密に充填され、クラックが生じ難く、体積抵抗の低い膜が得られる。
また、ＲｕＯ２分散液に多官能型イオン性の分散剤を含むことで、ＲｕＯ２粒の分散性が高いＲｕＯ２分散液が得られ、よりＲｕＯ２粒が均一且つ緻密に充填される。この多官能型イオン性の分散剤は比較的低い熱処理で分解して除去することができるため、ＲｕＯ２粒が緻密に充填され、クラックが生じ難く、体積抵抗の低い膜が得られる。
また、ＲｕＯ２層３中にシリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させることでＲｕＯ２粒３ａ間の隙間にＳｉＯ２を介在させる工程を有しているので、ＲｕＯ２粒３ａ間の隙間にＳｉＯ２が低温で硬化する無機バインダーとして含浸し硬化することで、高強度の膜を得ることができる。したがって、まず上記ＲｕＯ２層３を形成する工程で、ＲｕＯ２粒３ａ同士の接触点が多い状態を形成し、次に上記ＳｉＯ２を介在させる工程で、ＳｉＯ２によって層全体を硬化させることで、低温で高い導電性を実現しつつ十分な膜強度を得ることができる。
さらに、ＲｕＯ２層３を形成する工程において、２００℃以上の温度で加熱することで多官能型イオン性の分散剤が分解するので、２００℃の低温熱処理でも分散剤を分解でき、ガラス基板や樹脂基板等の耐熱性の低い基板上にも、ＲｕＯ２粒３ａが均一に分布した低抵抗の導電性膜１を形成することができる。
本発明の実施例１として、まず有機溶剤としてエタノール４．５ｇと、ＲｕＯ２粒（高純度化学、９９．９％）０．５ｇと、０．５ｍｍφのＺｒＯ２ビーズ２０ｇとを２０ｍｌスクリュー管瓶に充填し、ペイントシェーカーを使用して３時間分散してＲｕＯ２インクを作製した。このＲｕＯ２インクをスピンコートによって回転数１０００ｒｐｍの条件でシリコン基板の基材上に成膜して本発明の実施例１（分散剤無し）の導電性膜とした。
実施例１として、分散剤を含まないＲｕＯ２インクを用いてシリコン基板の基材上に成膜したＳｉＯ２含浸前における導電性膜の表面及び断面のＳＥＭ写真を、図２及び図３における（ａ）に示す。
実施例１として、分散剤を含まないＲｕＯ２インクを用いてシリコン基板の基材上に成膜したＳｉＯ２含浸前における導電性膜の表面及び断面のＳＥＭ写真を、図２及び図３における（ａ）に示す。
次に、実施例２～４（分散剤有り）として、２０ｍｌスクリュー管瓶に上記多官能型イオン性分散剤であるマリアリム（登録商標）シリーズのうち、ＨＦＢ－１５０Ａ、ＳＣ－１０１５、ＡＦＢ－１５２１をそれぞれ有効成分が０．０５ｇになるように秤量し、分散剤と有機溶剤であるエタノールとの総量が４．５ｇになるようにエタノールを加えて分散剤を溶解させた。そこに、ＲｕＯ２粒（高純度化学、９９．９％）０．５ｇと、０．５ｍｍφのＺｒＯ２ビーズ２０ｇとを充填し、ペイントシェーカーを使用して３時間分散してＲｕＯ２インクを作製した。この分散剤を含むＲｕＯ２インク（ＲｕＯ２分散液）をスピンコートによって回転数１０００ｒｐｍの条件でシリコン基板の基材上に成膜して本発明の実施例の導電性膜とした。このうち、マリアリムＨＦＢ－１５０Ａを分散剤として用い、ＳｉＯ２含浸前における実施例の導電性膜の表面及び断面のＳＥＭ写真を、図２及び図３における（ｂ）に示す。
これらから分かるように、分散剤を含まないＲｕＯ２インクを用いた本発明の実施例１は、空隙やクラックが見られるのに対し、分散剤を含むＲｕＯ２インク（ＲｕＯ２分散液）を用いた本発明の実施例２～４は、空隙やクラックがほとんど無く、緻密な膜が形成されている。
なお、成膜方法はスピンコートに限らず、ディップコートやスプレーコート、スロットダイコートなど、公知の湿式成膜法を用いることができる。
なお、成膜方法はスピンコートに限らず、ディップコートやスプレーコート、スロットダイコートなど、公知の湿式成膜法を用いることができる。
また、本発明の実施例として、分散剤を含まないＲｕＯ２インクを用いて作製したＳｉＯ２含浸後における導電性膜の表面及び断面のＳＥＭ写真を、図４及び図５における（ａ）に示す。また、分散剤を含むＲｕＯ２インク（ＲｕＯ２分散液）を用いて作製したＳｉＯ２含浸後における導電性膜の表面及び断面のＳＥＭ写真を、図４及び図５における（ｂ）に示す。
これらの実施例では、ベーキング温度を２００℃とした。また、シリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させる工程では、１５０℃で加熱処理した。
なお、シリカゾルゲル液を乾燥・硬化させる条件は、溶媒が乾燥する条件、たとえば室温でよく、膜強度や脱溶媒の観点から８０℃以上であることが好ましい。
なお、比較例として、ＲｕＯ２ペーストを用いて形成した導電性膜の表面及び断面のＳＥＭ写真を、図６の（ａ）（ｂ）に示す。この比較例の熱処理温度はＲｕＯ２ペースト中のガラスフリットを溶融させるため、８５０℃とした。
これらの実施例では、ベーキング温度を２００℃とした。また、シリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させる工程では、１５０℃で加熱処理した。
なお、シリカゾルゲル液を乾燥・硬化させる条件は、溶媒が乾燥する条件、たとえば室温でよく、膜強度や脱溶媒の観点から８０℃以上であることが好ましい。
なお、比較例として、ＲｕＯ２ペーストを用いて形成した導電性膜の表面及び断面のＳＥＭ写真を、図６の（ａ）（ｂ）に示す。この比較例の熱処理温度はＲｕＯ２ペースト中のガラスフリットを溶融させるため、８５０℃とした。
これらから分かるように、ＲｕＯ２ペーストを用いて形成した比較例では断面のＳＥＭ像から膜中に大きな空隙が存在しており、その体積抵抗値は２×１０－２Ωｃｍと低抵抗にならない。
一方で、本発明の実施例では空隙は見られず、分散剤を含まない実施例１では３×１０－３Ωｃｍであり、分散剤を含む実施例２では４×１０－３Ωｃｍであり、いずれも１×１０－２Ωｃｍ以下の低抵抗になっている。なお、実施例の導電性膜を比較例と同様に８５０℃で熱処理を行うと、実施例１では２×１０－３Ωｃｍとなり、実施例２では６×１０－４Ωｃｍとなって、さらに低抵抗となる。また、分散剤を含まないＲｕＯ２インクを用いた実施例１は、幅約１００ｎｍの小さなクラックが長さ５μｍ以上にわたって見られるのに対し、分散剤を含むＲｕＯ２インク（ＲｕＯ２分散液）を用いた実施例２は、ＲｕＯ２粒が緻密かつ均一に分布して成膜されたため、クラックがほとんど無く、非常に均一な膜になっている。
これらの膜について、膜中のＲｕＯ２の密度を算出したところ、分散剤を使用していない実施例１では３．５～４．０ｇ／ｃｍ３であり、分散剤を使用した実施例２～４では分散剤の種類による違いは見られず４．１～４．４ｇ／ｃｍ３であった。また、ＲｕＯ２ペースト使用した比較例では１．９～２．２ｇ／ｃｍ３であった。ＲｕＯ２の密度が高いことは、ＲｕＯ２粒子同士の接触点、接触面積が多いことを意味しており、本発明の導電膜が低抵抗であることを表している。従来は、スパッタ法などの高価な方法を使わないと高密度の膜を得ることはできなかったが、本発明のＲｕＯ２インクを使う方法では、簡便で安価な方法でありながらＲｕＯ２の密度が高い膜を得ることができる。なお、膜中のＲｕＯ２の密度は、ＲｕＯ２膜の膜厚をＳＥＭによる断面観察で測定（５点）し、ＲｕＯ２膜を溶解させて誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ-ＡＥＳ）によってＲｕＯ２膜の単位面積当たりのＲｕＯ２の搭載重量を算出し、単位面積当たりのＲｕＯ２を膜厚で除することで算出した。
一方で、本発明の実施例では空隙は見られず、分散剤を含まない実施例１では３×１０－３Ωｃｍであり、分散剤を含む実施例２では４×１０－３Ωｃｍであり、いずれも１×１０－２Ωｃｍ以下の低抵抗になっている。なお、実施例の導電性膜を比較例と同様に８５０℃で熱処理を行うと、実施例１では２×１０－３Ωｃｍとなり、実施例２では６×１０－４Ωｃｍとなって、さらに低抵抗となる。また、分散剤を含まないＲｕＯ２インクを用いた実施例１は、幅約１００ｎｍの小さなクラックが長さ５μｍ以上にわたって見られるのに対し、分散剤を含むＲｕＯ２インク（ＲｕＯ２分散液）を用いた実施例２は、ＲｕＯ２粒が緻密かつ均一に分布して成膜されたため、クラックがほとんど無く、非常に均一な膜になっている。
これらの膜について、膜中のＲｕＯ２の密度を算出したところ、分散剤を使用していない実施例１では３．５～４．０ｇ／ｃｍ３であり、分散剤を使用した実施例２～４では分散剤の種類による違いは見られず４．１～４．４ｇ／ｃｍ３であった。また、ＲｕＯ２ペースト使用した比較例では１．９～２．２ｇ／ｃｍ３であった。ＲｕＯ２の密度が高いことは、ＲｕＯ２粒子同士の接触点、接触面積が多いことを意味しており、本発明の導電膜が低抵抗であることを表している。従来は、スパッタ法などの高価な方法を使わないと高密度の膜を得ることはできなかったが、本発明のＲｕＯ２インクを使う方法では、簡便で安価な方法でありながらＲｕＯ２の密度が高い膜を得ることができる。なお、膜中のＲｕＯ２の密度は、ＲｕＯ２膜の膜厚をＳＥＭによる断面観察で測定（５点）し、ＲｕＯ２膜を溶解させて誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ-ＡＥＳ）によってＲｕＯ２膜の単位面積当たりのＲｕＯ２の搭載重量を算出し、単位面積当たりのＲｕＯ２を膜厚で除することで算出した。
次に、上記マリアリム（登録商標）シリーズのＨＦＢ－１５０Ａ、ＳＣ－１０１５、ＡＦＢ－１５２１を分散剤として用いて作製した本発明の各実施例と、分散剤を用いずに作製した比較例の導電性膜とについて、ベーキング温度を変えて膜の比抵抗を測定した結果を、図７に示す。
これらの結果からわかるように、多官能型の分散剤を使用した本発明の各実施例は、いずれも２００℃以上でベーキングすることで、分散剤を用いていない比較例と同等の低抵抗となっている。すなわち、２００℃以上で分散剤が完全に分解していると考えられ、１０－３Ωｃｍ台の低抵抗が実現されている。
これらの結果からわかるように、多官能型の分散剤を使用した本発明の各実施例は、いずれも２００℃以上でベーキングすることで、分散剤を用いていない比較例と同等の低抵抗となっている。すなわち、２００℃以上で分散剤が完全に分解していると考えられ、１０－３Ωｃｍ台の低抵抗が実現されている。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
１…導電性膜、２…基材、３…ＲｕＯ２層、３ａ…ＲｕＯ２粒
Claims (6)
- 平均粒径１００ｎｍ以下のＲｕＯ２粒が層状に凝集した構造を有し、
体積抵抗率が、１×１０－２Ωｃｍ以下であり、
膜中のＲｕＯ２の密度が、３．５～４．４ｇ／ｃｍ３である ことを特徴とする導電性膜。 - 請求項１に記載の導電性膜において、
前記ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２が介在していることを特徴とする導電性膜。 - 請求項１又は２に記載の導電性膜を製造する方法であって、
前記ＲｕＯ２粒と有機溶媒と分散剤とを含有したＲｕＯ２分散液を基材上に塗布し、乾燥させてＲｕＯ２層を形成する工程を有することを特徴とする導電性膜の製造方法。 - 請求項３に記載の導電性膜の製造方法において、
前記分散剤が、多官能型イオン性の分散剤であることを特徴とする導電性膜の製造方法。 - 請求項３又は４に記載の導電性膜の製造方法において、
前記ＲｕＯ２層上にシリコンアルコキシドのオリゴマー体と有機溶媒と水と酸とを含有したシリカゾルゲル液を塗布し、前記ＲｕＯ２層中に前記シリカゾルゲル液を浸透させた状態で乾燥させることで前記ＲｕＯ２粒間の隙間にＳｉＯ２を介在させる工程を有していることを特徴とする導電性膜の製造方法。 - 請求項４に記載の導電性膜の製造方法において、
前記ＲｕＯ２層を形成する工程で、２００℃以上の温度で加熱して前記分散剤を分解することを特徴とする導電性膜の製造方法。
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