JPH04178434A - Production of organic thin film and production device therefor - Google Patents

Production of organic thin film and production device therefor

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JPH04178434A
JPH04178434A JP30817890A JP30817890A JPH04178434A JP H04178434 A JPH04178434 A JP H04178434A JP 30817890 A JP30817890 A JP 30817890A JP 30817890 A JP30817890 A JP 30817890A JP H04178434 A JPH04178434 A JP H04178434A
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thin film
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organic
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molecules
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Tetsuyuki Kurata
哲之 蔵田
Akira Tsumura
顯 津村
Eiji Nobutoki
英治 信時
Hiroyuki Fuchigami
宏幸 渕上
Koji Hamano
浩司 浜野
Yuji Hizuka
裕至 肥塚
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Abstract

PURPOSE:To efficiently promote chemical reaction and to obtain a stable organic thin film in excellent controllability by vaporizing organic molecules in a vacuum chamber, monomolecularly piling the organic molecules on a substrate to form a thin film and then subjecting to combination of light irradiation and impression of high magnetic field. CONSTITUTION:At least one kind of organic molecules as a solid source is fed to cells 5, heated in a vacuum chamber 1 in a vacuum state, vaporized, passed as a molecular beam through shutters 6, the organic molecules having reached a substrate 2 are adsorbed on the substrate 2 to form an orientated monomolecular film. An operation of irradiation with a laser beam from a high-quality photon beam generator 7 to polymerize the organic molecules, to form a polymer and stabilize the molecules and an operation of photo- crosslinking in the monomolecular film by impression of high magnetic field by a high magnetic field generator 4 are simultaneously or successively carried out to give the objective organic thin film.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、高強度の保護膜や潤滑膜、混合気体の分離
膜、高電導度の電導膜、電子デバイス、非線形光学効果
などの光学薄膜などの形成に用いられる有機薄膜の製造
装置および製造方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention is applicable to optical thin films for use in high-strength protective films, lubricating films, mixed gas separation films, high conductivity conductive films, electronic devices, nonlinear optical effects, etc. The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing organic thin films used in the formation of organic thin films.

[従来の技術] 近年、利用分野の広さから高性能あるいは高機能の有機
薄膜を形成することが注目されている。
[Prior Art] In recent years, the formation of high performance or highly functional organic thin films has attracted attention due to the wide range of fields of application.

特に、従来のようなランダムな構造を有したバルク材を
薄膜化しただけのもではなく、有機分子を高度に配向し
て配列あるいは結晶化させた有機薄膜、異種の分子を組
合せることによって形成させた高性能な有機薄膜あるい
は新規な機能を有する有機薄膜を作製することが求めら
れている。
In particular, it is not just a thin film made from a bulk material with a random structure as in the past, but an organic thin film in which organic molecules are highly oriented, aligned or crystallized, and is formed by combining different types of molecules. There is a need to produce organic thin films with improved performance or novel functions.

従来、有機薄膜を作製する方法としては、溶媒蒸発法、
スピンコード法、バーコード法、LB(Langmui
r−Blodgett )法、真空蒸着法、クラスター
イオンビーム法、プラズマCVD法などが知られている
Conventionally, methods for producing organic thin films include solvent evaporation,
Spin code method, barcode method, LB (Langmui
Known methods include the r-Blodgett method, vacuum evaporation method, cluster ion beam method, and plasma CVD method.

[発明が解決しようとする問題コ しかしながら、溶、媒蒸発法、スピンコード法およびバ
ーコード法などは容易で簡便なため広く用いられている
が、得られる膜がアモルファスノ等方性膜であるため、
配向を制御した有機薄膜を形成することは難しいという
問題がある。
[Problem to be solved by the invention] However, although the solvent, medium evaporation method, spin code method, barcode method, etc. are widely used because they are easy and simple, the resulting film is an amorphous non-isotropic film. For,
There is a problem in that it is difficult to form an organic thin film with controlled orientation.

一方、LB法、真空蒸着法、クラスターイオンビーム法
は、配向制御が可能な有機薄膜を形成することが可能な
ものであるが、それぞれ次のような問題がある。
On the other hand, the LB method, vacuum evaporation method, and cluster ion beam method are capable of forming organic thin films whose orientation can be controlled, but each has the following problems.

すなわち、LB法は水面上に展開した単分子膜を垂直浸
漬法または水平付着法によって基板上に移し取るもので
あるため、作製可能な分子の構造に制限があり、得られ
る薄膜に欠陥が多くなるという問題もある。また、2層
以上の構造においては配向が時間の経過とともに不安定
になるなどの問題もあり、デバイスなどへの応用上にお
いて問題が多い。
In other words, in the LB method, a monomolecular film developed on a water surface is transferred onto a substrate using a vertical dipping method or a horizontal deposition method, so there are restrictions on the molecular structure that can be produced, and the resulting thin film has many defects. There is also the issue of becoming. Furthermore, in a structure with two or more layers, there is a problem that the orientation becomes unstable over time, which causes many problems in application to devices and the like.

次に、真空蒸着法やクラスターイオンビーム法は、ドラ
イなプロセスであることから不純物の混入が少ないなど
の利点があり、その配向制御性についても種々の製膜条
件を調整することによっである程度可能である。この真
空蒸着法をより高真空下で行なう有機MBE法は、有機
分子を緩やかに蒸発させて分子ビーム状とし、ゆつ(り
と膜を作製するもので、これによって有機分子の配向制
御性を向上させることが可能である。しかしながら、こ
れらの方法は分子の基板上への堆積において物理吸着や
結晶形成などの物理的過程を利用しており、製膜の過程
と同時に化学反応を行なうような製膜方法はないのが現
状である。  さらに、プラズマ重合CVD法は、化学
反応過程を利用した製膜方法であるが、その反応を制御
することはほとんど不可能であり、また膜中の分子の配
向制御も不可能である。
Next, the vacuum evaporation method and the cluster ion beam method have advantages such as less contamination of impurities because they are dry processes, and their orientation controllability can also be controlled to some extent by adjusting various film forming conditions. It is possible. The organic MBE method, which is performed under a higher vacuum than this vacuum evaporation method, slowly evaporates organic molecules into a molecular beam shape to create a thin film, which allows for controllability of the orientation of organic molecules. However, these methods rely on physical processes such as physical adsorption and crystal formation in the deposition of molecules onto a substrate, and do not require chemical reactions to occur simultaneously with the film formation process. Currently, there is no film-forming method.Furthermore, plasma polymerization CVD is a film-forming method that uses a chemical reaction process, but it is almost impossible to control the reaction, and molecules in the film Orientation control is also not possible.

このように有機分子を高度に配向して配列あるいは結晶
化させ、さらに分子間の化学反応過程を利用して安定性
に優れた高性能の有機薄膜あるいは新規な機能を有する
有機薄膜を作製する方法がないのが現状である。
This is a method of highly oriented, aligned or crystallized organic molecules, and then using chemical reaction processes between molecules to create highly stable, high-performance organic thin films or organic thin films with novel functions. The current situation is that there is no.

この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもの
で、膜構造を精密に制御し、新規な機能を有する有機薄
膜を形成させるようにした有機薄膜の製造装置および製
造方法を提供することを目的としている。
The present invention was made in view of the above-mentioned problems, and provides an apparatus and method for manufacturing an organic thin film in which the film structure is precisely controlled and an organic thin film having a novel function is formed. The purpose is to

[課題を解決するための手段] 本発明における有機薄膜の製造装置は、真空チャンバと
、該真空チャンバ内に薄膜形成用基板と有機分子を″対
向して支持する手段と、上記有機分子を気体化して上記
基板に付着させる手段と、少なくとも一種の波長の光を
発生し、上記気体化分子に照射させるフォトンビーム発
生手段と、高磁場を発生し、上記気体化分子に印加させ
る高磁場発生手段とを備えて構成されている。
[Means for Solving the Problems] The organic thin film manufacturing apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, means for supporting a thin film forming substrate and organic molecules in the vacuum chamber facing each other, and a means for supporting the organic molecules in a gaseous manner. photon beam generating means for generating light of at least one wavelength and irradiating the gasified molecules; and high magnetic field generating means for generating a high magnetic field and applying it to the gaseous molecules. It is composed of:

また、第2の発明は、有機分子を真空チャンバ内で気体
化して基板上に付着させ、少なくとも一種の波長の光を
照射させ、または光の照射とともに高磁場の印加を同時
あるいは順に行なわせるようにしたものである。
Further, the second invention is such that organic molecules are gasified in a vacuum chamber and attached to the substrate, and then light of at least one wavelength is irradiated, or a high magnetic field is applied simultaneously or sequentially with light irradiation. This is what I did.

[作用] 本発明によれば、光照射により作製した単分子膜を重合
してポリマーとこて安定化させることができるとともに
有機分子の特定の部分を光活性化して他の分子との化学
反応を促進させることができ、さらに、高磁場の印加に
より、光活性化されてラジカルとなった部分に作用して
その項間交差等を制御することができ、ラジカルの安定
化や反応経路の選択を行なわせることができる。
[Function] According to the present invention, a monomolecular film prepared by light irradiation can be polymerized to stabilize the polymer, and specific parts of organic molecules can be photoactivated to prevent chemical reactions with other molecules. Furthermore, by applying a high magnetic field, it is possible to act on the photoactivated radicals and control their intersystem crossing, thereby stabilizing the radicals and selecting the reaction route. I can make you do it.

[実施例] 以下、本発明を実施例である図について説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be explained with reference to figures which are examples.

第1図は、本発明の各実施例である有機薄膜の製造装置
を示す概略図で、図において、lは真空チャンバーを示
し、排気口1aを通して真空排気され、内部を真空状態
に維持するものである。この真空度は製膜上の観点から
高真空であることが望ましく、実用上バックグラウンド
としては10−87゜rr以下の高真空が好んで用いら
れる。2は薄膜形成用の基板、3は基板2を真空テ↑ン
パー1内に回転可能に保持する基板ホルダーで、二の基
板ホルダー3には基板2を所定の温度に調節する加熱お
よび/または冷却機構を有している。4は基板ホルダー
3に近接して配置され、高磁場を発生する高磁場発生装
置である。また、5は真空チャンバー1内に基板ホルダ
ー3と対向して配置された複数のクヌーセン(K nu
dsen以下、Kと称す)セルで、内部に有機材料を装
着した後処理し、有機材料の分子ビームを放出するもの
である。6はにセル5にそれぞれ設けられたシ1ツタ−
で、基板2への分子ビームの照射量を制御する。なお、
有機材料としては固体のほかに気体や液体も用いること
ができ、また、これらのにセル5の部分にはその一邪ま
たはすべてをクラスターイオンビーム法で用いられる坩
堝を取り付けても良い。その場合、本図には示していな
いが、イオン化のための電子ンオワーなどの装置を取り
付ければ良い。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an organic thin film manufacturing apparatus according to each embodiment of the present invention. In the figure, l indicates a vacuum chamber, which is evacuated through an exhaust port 1a and maintains the interior in a vacuum state. It is. The degree of vacuum is desirably high from the viewpoint of film formation, and in practical terms, a high vacuum of 10-87°rr or less is preferably used. 2 is a substrate for forming a thin film, 3 is a substrate holder that rotatably holds the substrate 2 in the vacuum temperer 1, and the second substrate holder 3 has a heating and/or cooling device for adjusting the substrate 2 to a predetermined temperature. It has a mechanism. Reference numeral 4 denotes a high magnetic field generator that is placed close to the substrate holder 3 and generates a high magnetic field. Further, reference numeral 5 indicates a plurality of Knudsens (K nu
dsen (hereinafter referred to as K) is a cell that is equipped with an organic material and then processed to emit a molecular beam of the organic material. 6 is the shutter provided in each cell 5.
Then, the amount of irradiation of the molecular beam onto the substrate 2 is controlled. In addition,
In addition to solids, gases and liquids can be used as organic materials, and a crucible used in the cluster ion beam method may be attached to some or all of these in the cell 5. In that case, although not shown in this figure, a device such as an electron generator for ionization may be installed.

さらに、7はレーザ光等の光を発生して基板2に照射す
る高品位フォトンビーム発生装置、8は基板2から反射
された光を検出して基板2上の薄膜の状態を分析する分
光測定手段あるいはエネルギー検出器、9.10はそれ
ぞれ有機材料の分子ビームによる光の変化を検出し、分
子ビームを分析する高品位フォトンビーム発生装置およ
び分光測定手段で、これらの光は真空チャンバー1の側
部に設けられた光照射窓11を通して送受される。また
、基板2が周辺から汚染されないように液体窒素シュラ
ウド12が設けられており、さらに、図には示していな
いが、Kセル5の周囲にも同様の液体窒素シュラウドを
配置してにセル5からの汚染を防ぐことも可能である。
Furthermore, 7 is a high-quality photon beam generator that generates light such as a laser beam and irradiates it onto the substrate 2, and 8 is a spectroscopic measurement device that detects the light reflected from the substrate 2 and analyzes the state of the thin film on the substrate 2. The means or energy detector 9.10 is a high-quality photon beam generator and a spectroscopic measurement means that detect changes in light caused by a molecular beam of an organic material and analyze the molecular beam, respectively, and these lights are transmitted to the side of the vacuum chamber 1. The light is sent and received through a light irradiation window 11 provided in the section. Further, a liquid nitrogen shroud 12 is provided to prevent the substrate 2 from being contaminated from the surrounding area.Furthermore, although not shown in the figure, a similar liquid nitrogen shroud is placed around the K cell 5. It is also possible to prevent contamination from

さらにまた、これらの装置に加えて各種の分析を行う装
置として、質量分析装[13、高速電子線回折(RHE
ED)用電子銃14、RHEED用スクリーン15およ
び膜厚計16が設けられているが、これらは製膜装置と
して特に設ける必要はない。
Furthermore, in addition to these devices, mass spectrometers [13, high-speed electron diffraction (RHE)
Although an electron gun 14 for ED), a screen 15 for RHEED, and a film thickness gauge 16 are provided, these do not need to be provided as part of the film forming apparatus.

第2図はこのような装置を用いて有機薄膜を形成する第
1の実施例を示したものである。用いる有機分子21は
直鎖状の構造を持ち、ジアセチレン結合や不飽和結合な
どの重合性基を有しており、両末端には電子供与性基と
電子吸引性基や疎水性基と親水性基などのような基板2
に対して選択的に吸着しやすい極性基を有するものとす
る。さらにその両末端基は光励起によるラジカル反応を
できる材料を選択する。
FIG. 2 shows a first embodiment of forming an organic thin film using such an apparatus. The organic molecule 21 used has a linear structure and has polymerizable groups such as diacetylene bonds and unsaturated bonds, and has an electron-donating group, an electron-withdrawing group, a hydrophobic group, and a hydrophilic group at both ends. Substrate 2 such as a sexual group, etc.
It shall have a polar group that is likely to be selectively adsorbed to. Furthermore, for both end groups, a material that can undergo a radical reaction by photoexcitation is selected.

まず、有機分子をにセル5に固体ソースとして導入し、
真空状態のもとで加熱することによって気体化する。二
の時の条件を調整することにより、有機分子は超高真空
下であるために単分子または分子オーダーの分子ビーム
となってシボツタ−6を通して基板2に到達する。この
到達した有機分子21は、基板2との吸着力が強い基を
持つ側が選択的に基板2に吸着することになり、第2図
(a)に示すように配向単分子膜を形成する。この持の
配向状態は、分子が単結晶を形成していれば安定である
が、そうでない場合は分子の凝集力と基板2との吸着力
だけで保たれており、時間の経過とともに不安定になる
。このため、次に、高品位フォト発生−1発生装ff7
からレーザ光を照射して分子を重合させ、ポリマーを形
成させて分子を安定化させる。 く第2図(b))この
ように単結晶を形成する有機分子は非常に限られたもの
であるが、この重合安定化の方法を用いることによって
材料選択の幅を広げることができる。また、光は選択的
に重合反応を起こさせるために、第2図(b)に示すよ
うな高品位フォトン1であることが望ましく、この高品
位フォトンとは光の単色性、指向性、時間制御性などに
優れた、例えばレーザービーム等のような光が良い。
First, organic molecules are introduced into cell 5 as a solid source,
It is gasified by heating under vacuum conditions. By adjusting the conditions in step 2, the organic molecules reach the substrate 2 through the shibotter 6 in the form of a single molecule or a molecular beam on the order of molecules since the organic molecules are under an ultra-high vacuum. The organic molecules 21 that have arrived are selectively adsorbed onto the substrate 2 on the side having groups that have a strong adsorption force with the substrate 2, forming an oriented monomolecular film as shown in FIG. 2(a). This state of orientation is stable if the molecules form a single crystal, but otherwise it is maintained only by the cohesive force of the molecules and the adsorption force with the substrate 2, and becomes unstable over time. become. Therefore, next, high-quality photo generation-1 generation device ff7
The molecules are irradiated with laser light to polymerize the molecules, forming a polymer and stabilizing the molecules. (Figure 2(b)) Although the organic molecules that form single crystals are very limited, the range of material selection can be expanded by using this polymerization stabilization method. In addition, in order to selectively cause a polymerization reaction, it is desirable that the light be a high-quality photon 1 as shown in Figure 2 (b). Light with excellent controllability, such as a laser beam, is preferable.

このようにして安定化した配向単分子膜上に第2層の単
分子膜を形成する。この時にまず第1の単分子層の露出
した末端を高品位フォトン2で光励起する。 (第2図
(C))この光活性化してラジカルとなった状態に次の
分子ビームを照射して化学反応を起こさせ、安定な第2
の単分子層を形成する。 (第2図(d))ここで光励
起されたラジカルの寿命は一般に短く、化学反応の進行
効率を低下させるので、ラジカルを長寿命化するために
高磁場の印加がしばしば有効である。ラジカルの失活は
通常寝間交差によっており、その寝間交差を司る機構に
は主にゼーマン相互作用、超微細相互作用およびスピン
緩和相互作用とがある。どの機構が支配的であ、るかは
個々の分子に依存する。
A second monolayer film is formed on the oriented monomolecular film stabilized in this way. At this time, first, the exposed end of the first monomolecular layer is optically excited with high quality photons 2. (Figure 2 (C)) This photoactivated radical state is irradiated with the next molecular beam to cause a chemical reaction, resulting in a stable second radical.
forms a monolayer of (FIG. 2(d)) The lifetime of photoexcited radicals is generally short and reduces the efficiency of chemical reactions, so application of a high magnetic field is often effective in extending the lifetime of radicals. The deactivation of radicals is usually due to sleep crossover, and the mechanisms governing the sleep crossover are mainly Zeeman interactions, hyperfine interactions, and spin relaxation interactions. Which mechanism is dominant depends on the individual molecule.

また、化学反応の効率が磁場の印加によって向上する効
果はかご効果として知られているが、そのためには、分
子の寝間交差が超微細相互作用かスピン緩和相互作用に
支配されていることが必要である。本発明ではこの原理
を応用して第2の単分子層との化学反応を効率よく促進
する。この時、高磁場の印加と高品位フォトン2の照射
及び分子ビムの照射の時間制御をパルス的にタイミング
を調整して行なえば反応効率の向上とともに、不必要な
反応が起こることも防止できるなどの利点がある。また
、タイミング調整された第3の高品位フォトンを用いて
多段階励粒による反応経路制御機構を用いることも可能
であり、反応の制御性を高めることができる。
Furthermore, the effect that the efficiency of chemical reactions is improved by the application of a magnetic field is known as the cage effect, and for this to occur, it is necessary that the cross-over of molecules is dominated by hyperfine interactions or spin-relaxation interactions. is necessary. In the present invention, this principle is applied to efficiently promote the chemical reaction with the second monolayer. At this time, if the timing of the application of a high magnetic field, the irradiation of high-quality photons 2, and the irradiation of molecular beams is adjusted in a pulsed manner, the reaction efficiency can be improved and unnecessary reactions can be prevented. There are advantages. Furthermore, it is also possible to use a reaction path control mechanism using multi-stage particle excitation using the third high-quality photon whose timing is adjusted, and it is possible to improve the controllability of the reaction.

次に、第2の単分子層が形成された後、高品位フォトン
lを照射して第2の単分子層を重合し、ポリマー化して
安定化させる。以後、高品位フォトン2の照射及び高磁
場の印加、第3の単分子層の形成、高品位フォトンlの
照射とを繰り返すことによって多層膜が得られる。
Next, after the second monomolecular layer is formed, the second monomolecular layer is polymerized by irradiation with high quality photons l, and is stabilized by polymerization. Thereafter, a multilayer film is obtained by repeating irradiation with high-quality photons 2, application of a high magnetic field, formation of a third monomolecular layer, and irradiation with high-quality photons 1.

二のように構成することによって、有機分子が膜厚方向
に沿って一方向に配向された構造が得られ二とになる。
By configuring as in 2, a structure in which organic molecules are oriented in one direction along the film thickness direction can be obtained.

ユニで、2種以上の分子を用い、予め設定した順序に従
って単分子膜を形成していけば超格子構造の有機薄膜も
容易に得られる。また、本発明の特徴は超高真空中のド
ライプロセスであるため、不純物の混入が少な(、欠陥
の少ない膜が得られることになり、しかも、構造の安定
化を図りでいるため経時安定性や機械的強度にも優れた
配向分子薄膜が得られる。
By forming a monomolecular film using two or more types of molecules in a preset order, an organic thin film with a superlattice structure can be easily obtained. In addition, because the present invention is characterized by a dry process in an ultra-high vacuum, it is possible to obtain a film with fewer impurities (and fewer defects), and because the structure is stabilized, it is stable over time. An oriented molecular thin film with excellent mechanical strength and mechanical strength can be obtained.

第3図はこの発明の第2の実施方法を示すものである。FIG. 3 shows a second implementation method of the invention.

本実施例では、まず第1の実施例と同様にして有機分子
22の分子ビームを形成し、基板2上に配向単分子膜を
形成する。その後、分子ビームや基板2温度などの条件
を調整して第3図(a)に示すように第2、第3の単分
子膜をエピタキシャル成長させる。このような配向分子
多層膜は、完全な単結晶状態でない限り経時的には不安
定である。
In this embodiment, first, a molecular beam of organic molecules 22 is formed in the same manner as in the first embodiment, and an oriented monomolecular film is formed on the substrate 2. Thereafter, by adjusting conditions such as the molecular beam and the temperature of the substrate 2, second and third monomolecular films are epitaxially grown as shown in FIG. 3(a). Such an oriented molecular multilayer film is unstable over time unless it is in a perfect single crystal state.

しかし、上述のように単結晶を形成するためには材料選
択の幅が制限される。そこで、第3図(b)に示すよう
に高品位フォトン2を照射するとともに高磁場を印加し
、各単分子間の光クロスリンクを起こすことによって配
向分子多層膜を安定化させることができる。
However, as described above, the range of material selection is limited in order to form a single crystal. Therefore, as shown in FIG. 3(b), the oriented molecular multilayer film can be stabilized by irradiating high quality photons 2 and applying a high magnetic field to cause optical crosslinks between each single molecule.

このように本実施例では、磁場印加の有無により、作製
される有機薄膜の構造を制御することができ、所望の安
定な構造の薄膜を形成することができる。
As described above, in this example, the structure of the organic thin film to be produced can be controlled depending on whether or not a magnetic field is applied, and a thin film with a desired stable structure can be formed.

第4図は本発明の第3の実施方法を示したもので、本実
施例で用いる有機分子23は第1の実施例で用いた有機
分子の内ジアセチレン結合を有するものである。
FIG. 4 shows a third implementation method of the present invention, and the organic molecule 23 used in this example is one having a diacetylene bond among the organic molecules used in the first example.

まず、第1の実施例と同様に有機分子23を気体化して
分子ビームを形成し、基板2に照射して第4図(a)に
示すように単分子膜を形成する。形成された配向単分子
膜は光照射によってジアセチレン結合が重合することに
なり、これによってポリマー化して安定化する。通常の
ジアセチレンの重合反応は第4図(c)に示すような1
,4付加反応である。これに対して本発明によれば、高
磁場を印加することによって分子内におけるラジカルの
形成位置を制御したり、反応経路を制御できる。具体的
には、高磁場の印加によって第4図(b)および(d)
に示すような1. 2付加反応や3.4付加反応を起こ
させることができる。
First, as in the first embodiment, the organic molecules 23 are gasified to form a molecular beam, and the substrate 2 is irradiated with the molecular beam to form a monomolecular film as shown in FIG. 4(a). The diacetylene bonds of the formed oriented monomolecular film are polymerized by light irradiation, thereby becoming polymerized and stabilized. The normal polymerization reaction of diacetylene is shown in Figure 4(c).
, 4 addition reaction. In contrast, according to the present invention, by applying a high magnetic field, it is possible to control the formation position of radicals within the molecule and control the reaction path. Specifically, by applying a high magnetic field, the
1 as shown in 1. A 2-addition reaction or a 3.4-addition reaction can be caused.

また、1. 2付加反応や3,4付加反応の場合には、
さらに別の光である高品位フォトン2の照射によってボ
リア七ン構造を形成することができる。
Also, 1. In the case of 2-addition reaction or 3,4-addition reaction,
Further, by irradiation with high-quality photons 2, which is another type of light, a boria heptane structure can be formed.

二のように本実施例では、高磁場印加の有無による反応
経路選択によって種々の構造の有機薄膜を形成すること
ができる。さらに得られたポリジアセチレンはπ共役系
のポリマーであり、電子電導性や非線形光学特性などの
機能が期待できる。
As shown in item 2, in this example, organic thin films with various structures can be formed by selecting reaction paths depending on whether or not a high magnetic field is applied. Furthermore, the obtained polydiacetylene is a π-conjugated polymer, and is expected to have functions such as electronic conductivity and nonlinear optical properties.

第5図は本発明の第4の実施方法を示したもので、本実
施例で用いる有機分子24は重合性基を有しており、両
末端にドナー性の官能基とアク七ブター性の官能基を保
持している。重合性基として図中にはジアセチレン基を
用いた例を示してl、)るが、他の重合性基、例えば、
ビニル基、アセチレン基などを用いることもできる。ド
ナー性の官能基としては、通常のドナー性基の他に光照
射によって電子を放出する基が用いられ、具体的には、
トリフェニル基を有する化合物、ジプロルアミン、ジプ
ロピルアミン、ジイソプロピルアミン等の置換アミンに
代表される脂肪族、アントラ七ン、ベンゾアントう七ン
、置換ベンゾアントラ七ン、ジベンゾアントう七ン、ジ
ベンゾアントラ七ン、ヒ1センピレン、ベンゾピレン、
ジベンゾ上0レン、フエニルジアミン等の炭素環式芳香
族化合物、ヒ“ロコリン、チオフェン、置換チオフェン
、フラン、置換フラン、ピロール、置換ビロール等の複
素環式化合物、さらにはテトラチアフルノイレノトソの
誘導体等の電荷移動錯体を形成する官能基が挙げられる
。また、アク七ブター性基としては通常のアク七ブター
性基の他に、光照射によって電子を受容する基が挙げら
れ、具体的には、アクIJ )し酸、ア七ドアミド、エ
チレンオキシド等の脂肪族、ニトロベンゼンなどの炭素
炭素環式芳香族化合物、さらにはベンゾキノン、テトラ
ンアノ−p−ベンゾキノン誘導体、テトラノアノキノシ
メタン、テトラシアノエチレンとそれらの誘導体を形成
する官能基があげられる。
FIG. 5 shows the fourth method of implementing the present invention, in which the organic molecule 24 used in this example has a polymerizable group, a donor functional group at both ends, and an ac7buteric functional group. Retains functional groups. The figure shows an example in which a diacetylene group is used as the polymerizable group, but other polymerizable groups, such as
Vinyl groups, acetylene groups, etc. can also be used. As the donor functional group, in addition to normal donor groups, groups that emit electrons when irradiated with light are used. Specifically,
Compounds having a triphenyl group, aliphatic compounds represented by substituted amines such as diprolamine, dipropylamine, diisopropylamine, anthramine, benzanthramine, substituted benzanthrani, dibenzanthramine, dibenzanthramine N, Hisenpyrene, Benzopyrene,
Carbocyclic aromatic compounds such as dibenzoolene, phenyl diamine, heterocyclic compounds such as hyalocholine, thiophene, substituted thiophene, furan, substituted furan, pyrrole, substituted virole, and even tetrathiafuronylenotoso. Examples include functional groups that form charge-transfer complexes such as derivatives.In addition to normal ac-7-buter groups, examples include groups that accept electrons when irradiated with light. Acrylic acid, aliphatic compounds such as a7damide, ethylene oxide, carbon carbocyclic aromatic compounds such as nitrobenzene, benzoquinone, tetraano-p-benzoquinone derivatives, tetranoanoquinosimethane, tetracyanoethylene, etc. Examples include functional groups that form derivatives thereof.

まず、第1段階では、第1の実施例と同様に真空中で気
体化して分子ビームを形成し、基板2に照射して単分子
膜を形成する。 (第5図(a))次に、この単分子膜
に高品位フォトン3を照射することにより、電荷移動反
応を起こさせ、アニオンラジカル25とカチオンラジカ
ル26を発生させる。
First, in the first step, as in the first embodiment, a molecular beam is formed by gasifying in a vacuum, and the substrate 2 is irradiated with the molecular beam to form a monomolecular film. (FIG. 5(a)) Next, this monomolecular film is irradiated with high-quality photons 3 to cause a charge transfer reaction and generate anion radicals 25 and cation radicals 26.

(第5図(b))この時、発生したラジカル対は分子の
構造や環境に依存した寿命で失活していくが、高磁場の
印加を行なうことにより長寿命化が可能となる。すなわ
ち、第5図<C)に示すように高品位フォトン4を照射
することによってラジカル対を活性に保ったままジアセ
チレン結合部分を重合させる。また、ラジカルを形成す
るためには、基底状態で電荷移動が起こらず中性であり
、光照射で電荷移動が起こるような組み合わせが好まし
く、このような材料は不対電子を有しているので磁性体
としても用いることができる。
(FIG. 5(b)) At this time, the generated radical pairs are deactivated with a lifetime depending on the molecular structure and environment, but by applying a high magnetic field, it is possible to extend the lifetime. That is, as shown in FIG. 5 <C), by irradiating with high quality photons 4, the diacetylene bond portion is polymerized while keeping the radical pair active. In addition, in order to form radicals, it is preferable to use a combination in which the material is neutral, with no charge transfer occurring in the ground state, and in which charge transfer occurs upon irradiation with light, since such materials have unpaired electrons. It can also be used as a magnetic material.

なお、上述の実施例においては、一種の光を照射する場
合について説明したが、第4の実施例において、2箇所
の反応部位を持ち、それぞれを別の波長の光の照射によ
って選択的に反応させるように構成してもよく、また、
2種以上の分子を組合せあるいは混合して用いてもプロ
セス上は何ら問題なく同様にして薄膜を形成することが
でよる。
In addition, in the above-mentioned example, the case where one kind of light is irradiated was explained, but in the fourth example, there are two reaction sites, and each of them is selectively reacted by irradiation with light of a different wavelength. It may also be configured to
Even if two or more kinds of molecules are used in combination or in a mixture, a thin film can be formed in the same manner without any problem in the process.

また、そのソースとしては固体に限らず、気体、液体を
用いることも可能である。さらに、本発明に用いられる
高品位フ第1−ンとしては、レーザービームのような単
色性、指向性、時間制御性などに優れた光ビームであれ
ばよく、その波長としては、用いる材料にも依存するも
のの大抵の場合、紫外から可視域が好んで用いられる。
Further, the source is not limited to solid, but gas and liquid can also be used. Furthermore, the high-quality first beam used in the present invention may be any light beam that has excellent monochromaticity, directivity, time controllability, etc., such as a laser beam, and its wavelength depends on the material used. In most cases, the ultraviolet to visible range is preferred, although it also depends on the wavelength.

具体的なレーザーとしては、エキンマレーザー、Arイ
オンレーザ−1Krイオンレーザ−1HeNeレーザー
、などが挙げられる。さらに、パイロポリマーを形成す
る場合など高品位フォトンを熱源として利用する場合に
は、炭酸ガスレーザー、YAGレーザ−、YLFレーザ
ー等の赤外レーザーも用いることがでよる。。さらにま
た、本発明における製膜に供される材料としては、例え
ばジアセチレン系材料が挙げられ、このような材料の例
を第6図に示している。
Specific lasers include an echimmer laser, an Ar ion laser, a Kr ion laser, and a HeNe laser. Furthermore, when high-quality photons are used as a heat source, such as when forming a pyropolymer, an infrared laser such as a carbon dioxide laser, a YAG laser, or a YLF laser may also be used. . Furthermore, examples of materials used for film formation in the present invention include diacetylene materials, and examples of such materials are shown in FIG.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、高度に配向した
有機薄膜を分子オーダーで制御して得ることができ、し
かも、光照射と高磁場の印加を組合せることによって化
学反応の効率的な促進や反応経路の選択などを行なうこ
とが可能となり、安定な有機薄膜を制御性よく帰られる
効果がある。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a highly oriented organic thin film can be obtained by controlling it on the molecular order, and moreover, by combining light irradiation and application of a high magnetic field, chemical It becomes possible to efficiently promote the reaction and select the reaction route, which has the effect of producing stable organic thin films with good controllability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例である製膜装置を示す概略図
、第2図は本発明における第1の実施方法を示す反応図
、第3図は本発明の第2の実施方法を示す反応図、第4
図は本発明あ第3の実施方法を示す反応図、第5図は本
発明の第4の実施方法を示す反応図、第6図は各実施例
で使用可能なジアセチレン系化合物の構成例を示す図で
ある。 図中、lは真空チャンバー、2は基板、3は基板ホルダ
ー、4は高磁場発生装置、5はにセル、6はシャッター
、7は高品位フォトンビーム発生装置、8は分光測定シ
ステムまたはエネルギー検出器、9は高品位フォトンビ
ーム発生装置、10は分光測定システムまたはエネルギ
ー検出器、11は光照射窓、12は液体窒素シ晟ラウド
、13は質量分析装置、14は高速電子線回折用電子銃
、15はRHEED用スクリーン、IBは膜厚計、21
. 22. 23゜24は有機分子である。
Fig. 1 is a schematic diagram showing a film forming apparatus which is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a reaction diagram showing a first implementation method of the invention, and Fig. 3 is a diagram showing a second implementation method of the invention. Reaction diagram shown, 4th
The figure is a reaction diagram showing the third implementation method of the present invention, Figure 5 is a reaction diagram showing the fourth implementation method of the invention, and Figure 6 is a structural example of a diacetylene compound that can be used in each example. FIG. In the figure, l is a vacuum chamber, 2 is a substrate, 3 is a substrate holder, 4 is a high magnetic field generator, 5 is a cell, 6 is a shutter, 7 is a high-quality photon beam generator, 8 is a spectroscopic measurement system or energy detection 9 is a high-quality photon beam generator, 10 is a spectroscopic measurement system or energy detector, 11 is a light irradiation window, 12 is a liquid nitrogen cloud, 13 is a mass spectrometer, and 14 is an electron gun for high-speed electron beam diffraction. , 15 is the RHEED screen, IB is the film thickness meter, 21
.. 22. 23°24 are organic molecules.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)真空チャンバと、該真空チャンバ内に薄膜形成用
基板を支持する手段と、上記有機分子を気体化して上記
基板に付着させる手段と、少なくとも一種の波長の光を
発生し、上記気体化分子に照射させるフォトンビーム発
生手段と、高磁場を発生し、上記気体化分子に印加させ
る高磁場発生手段とを備えたことを特徴とする有機薄膜
の製造装置。
(1) a vacuum chamber, a means for supporting a thin film forming substrate in the vacuum chamber, a means for gasifying the organic molecule and adhering it to the substrate, and generating light of at least one wavelength to convert the organic molecule into a gas. An apparatus for manufacturing an organic thin film, comprising: a photon beam generating means for irradiating molecules; and a high magnetic field generating means for generating a high magnetic field and applying it to the gasified molecules.
(2)少なくとも一種の有機分子を真空チャンバ内で気
体化し、基板上に堆積させて薄膜を形成する方法におい
て、少なくとも一種の波長の光を照射する工程と高磁場
を印加する工程とを同時にまたは順に行なうようにした
ことを特徴とする有機薄膜の製造方法。
(2) In a method of forming a thin film by gasifying at least one kind of organic molecule in a vacuum chamber and depositing it on a substrate, the step of irradiating light with at least one wavelength and the step of applying a high magnetic field are performed simultaneously or A method for manufacturing an organic thin film, characterized in that the steps are performed in sequence.
(3)請求項第2項記載の有機薄膜の製造方法において
、電子の供給性基または受容性基の少なくとも一方を分
子内に含む光重合性モノマーを用いたことを特徴とする
有機薄膜の製造方法。
(3) The method for producing an organic thin film according to claim 2, characterized in that a photopolymerizable monomer containing at least one of an electron-donating group and an electron-accepting group in its molecule is used. Method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014129606A (en) * 2006-11-13 2014-07-10 Regents Of The Univ Of Colorado:The Molecular layer deposition method for production of organic or organic-inorganic polymer

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63228713A (en) * 1987-03-18 1988-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Vapor growth method

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