JPH04503501A - Small particle semiconductor in hard matrix - Google Patents

Small particle semiconductor in hard matrix

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JPH04503501A
JPH04503501A JP2-503784A JP50378490A JPH04503501A JP H04503501 A JPH04503501 A JP H04503501A JP 50378490 A JP50378490 A JP 50378490A JP H04503501 A JPH04503501 A JP H04503501A
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sio2
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semiconductor
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JP2-503784A
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Inventor
ヘロン、ノーマン
ワング、イング
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イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 硬質母材中の小粒子半導体 発明の分野 本発明は、ガラス母材の孔に固定化された小粒子半導体に関する。[Detailed description of the invention] name of invention Small particle semiconductor in hard matrix field of invention The present invention relates to small particle semiconductors immobilized in the pores of a glass matrix.

発明の背景 半導体の電気的および光学的性質は、半導体粒子の寸法に依存することがよく知 られている。例えば、粒子は光吸収がバルクバンドギャップで生じる前(具体的 には高分子クラスタが半導体になる前)に限度を越えなければならない最小寸法 である。CdSのバルク半導体性質の兆候は、60人を越える径の粒子で生じる ことが見積もられている。PbSでは、バンドギャップは半導体クラスタ寸法の 減少に伴ってより高エネルギー側に移行し、ついにPbS分子の最初に存在する 状態の遷移エネルギーに収束され、バルク半導体性質は150人を越える径の粒 子で現れる。Background of the invention It is well known that the electrical and optical properties of semiconductors depend on the dimensions of the semiconductor particles. It is being For example, particles can be is the minimum dimension that a polymer cluster must exceed (before it becomes a semiconductor). It is. Signs of the bulk semiconducting nature of CdS occur in particles with diameters greater than 60 mm. It is estimated that. In PbS, the bandgap is the semiconductor cluster size As it decreases, it moves to a higher energy side and finally exists at the beginning of the PbS molecule. The bulk semiconductor properties are focused on the transition energy of the state, and the bulk semiconductor properties are formed by particles with a diameter of more than 150 μm. Appears as a child.

小粒子半導体の調製は、バルク半導体に比較してそれらの物質の電気的か光学的 の性質のいずれかを利用する試みを追及されている。しかしながら、非常に小粒 子半導体の調製はしばしば困難であり、広範囲の半導体複合物に適用される。The preparation of small-particle semiconductors is based on the electrical or optical properties of these materials compared to bulk semiconductors. Attempts are being made to utilize any of the properties of However, very small particles Preparation of child semiconductors is often difficult and applies to a wide range of semiconductor composites.

いくつかの半導体は、気相、低温母材、転換ミセル、表面活性剤気泡、二層液膜 、粘土、分散を維持する多種の表面活性剤を含む溶剤中のコロイド懸濁物で調製 したり、実験されている。しかしながら、これらの方法で調製された小粒子半導 体は本質的に集合体として不安定であるか、電気的または光学的デバイスと結合 することが困難であるかもしれない。有用なデバイスにとって、小粒子半導体は 固体、好ましくは透明な固体や、標準の制作技術によって変更されることができ 、反応性半導体物質に対して不活性または保護環境を与えることができる媒体に 結合されるべきである。Some semiconductors are produced in the gas phase, low-temperature matrix, converted micelles, surfactant bubbles, and bilayer liquid films. , clay, prepared as a colloidal suspension in a solvent containing various surfactants to maintain dispersion. or has been experimented with. However, small particle semiconductors prepared by these methods body is inherently unstable as an aggregate or coupled with electrical or optical devices It may be difficult to do so. For useful devices, small particle semiconductors are Solid, preferably transparent solid and can be modified by standard fabrication techniques , in a medium capable of providing an inert or protective environment for reactive semiconductor materials. Should be combined.

あるアプローチとして、Cd、SおよびSeが一般的なガラスの標準成分に添加 され、標準溶融手順によってCdSまたはCdSxSe1−wガラスカットオフ フィルタを調製する。One approach is to add Cd, S, and Se to the standard components of common glasses. CdS or CdSxSe1-w glass cutoff by standard melting procedure Prepare the filter.

この型のガラスは、Xを多量有する長波長バス光学フィルタとしてよく知られた ものである。非線形光学効果は、これらのガラスに報告されているが、これらガ ラスを調製するために用いられる高温および強酸化条件は他の半導体複合物への 前記技術の適用性を厳格に制限する。This type of glass is well known as a long wavelength bass optical filter with a large amount of X. It is something. Nonlinear optical effects have been reported for these glasses; The high temperatures and strong oxidizing conditions used to prepare the lath may lead to other semiconductor composites. severely restricting the applicability of the technique.

Mah 1 e r1無機化学、Vol、27、No3.1988.435〜4 36頁には、微小乳剤の複分解、高表面積シリカでの気固反応、パーフルオロカ ーボンスルホン酸膜のチャンネル内での合成、ポリマーフィルム内で半導体粒子 の生産を含む調製方法が開示されている。特に、エチレン−15%メタクリル酸 共重合体(E−MAA)は良好な機械的、光学的性質を与えること、ナノメータ 寸法の半導体粒子上で高動的安定性を与えることが示されている。Mah 1 e r1 Inorganic Chemistry, Vol, 27, No 3.1988.435-4 Page 36 includes metathesis of microemulsions, gas-solid reactions on high surface area silica, and perfluorocarbons. -Synthesis within the channels of the bonesulfonic acid film, semiconductor particles within the polymer film A method of preparation is disclosed that includes the production of. In particular, ethylene-15% methacrylic acid Copolymer (E-MAA) provides good mechanical and optical properties, nanometer It has been shown to provide high dynamic stability on semiconductor particles of this size.

Rajhら、Chemical Physics LettersSVol 1 43、NO63,1988,305〜307頁には半導体の水性コロイダル分散 物をテトラメトキシシラン(7MO8)に混合し、NH4OHの添加によってシ リコンアルコキシドの重合を加速させ、生成ゲルを数か月間乾燥することによっ て透明シリケートガラスに量子化したコロイダル半導体の粒子を結合させる方法 が開示されている。Rajh et al., Chemical Physics Letters SVol 1 43, NO63, 1988, pp. 305-307, aqueous colloidal dispersion of semiconductors. was mixed in tetramethoxysilane (7MO8) and silane was added by adding NH4OH. By accelerating the polymerization of recon alkoxide and drying the resulting gel for several months, A method of bonding quantized colloidal semiconductor particles to transparent silicate glass using is disclosed.

それらには、最初の金属イオンを結合し、つづいて初期量の約172まで乾燥し た後ガス状H,SまたはH2Seを通して粒子を析出させるための適当なアニオ ンを添加することによってコロイダルガラスを生成する方法も開示されている。They are first bound with metal ions and then dried to an initial mass of about 172. After passing through gaseous H, S or H2Se, a suitable anionic acid is added to precipitate the particles. A method of producing colloidal glass by adding a colloid is also disclosed.

Royら、 ”Better Ceramics Thr。Roy et al., “Better Ceramics Thr.

ugh Chemistry”、Materials Res、Soc、Sym p、、Vol、32、Ed、J、C,Brjnker、D、E、C1ark、D 、RlUl rich。ugh Chemistry”, Materials Res, Soc, Sym p,, Vol, 32, Ed, J, C, Brjnker, D, E, C1ark, D , RlUl rich.

Elseviers 1984にはテトラエトキシシラン/エタノール溶液を重 金属イオンの水性溶液に混合することによってゾル−ゲル単一体へのCdSおよ びAgX(X−CLBr、I)の含有を開示している。Elseviers 1984 uses a tetraethoxysilane/ethanol solution. CdS and into a sol-gel unit by mixing with an aqueous solution of metal ions. and AgX (X-CLBr, I).

Kuczynskiら、J、Phys、Chem、、V。Kuczynski et al., J. Phys. Chem., V.

1.89.1985.2720〜2722頁には、清浄化した多孔質ガラスをC dC12溶液に浸漬すること、真空下で前記ガラスを乾燥すること、それから注 入された試料を硫酸ナトリウム溶液に浸漬することによって多孔質バイコールガ ラス中のCdSの調製を開示している。1.89.1985, pages 2720-2722 describes how cleaned porous glass is soaking in dC12 solution, drying the glass under vacuum, then pouring By immersing the sample in a sodium sulfate solution, porous Vycorga discloses the preparation of CdS in laths.

縮退四光波混合のような半導体の非線形光学特性、光学的双安定性および相変化 は、報告されている(Rustagiら、0ptics LettersS V ol、9.No、8(1984) 、344〜346頁に引用されいる)。Ru stagiらは、混合半導体(Cd Sz S e s−x )を注入したボロ ンシリケートガラスにおいて認識できる放射の縮退四光波混合を測定するための 実験的配列を述べている。Nonlinear optical properties of semiconductors such as degenerate four-wave mixing, optical bistability and phase changes has been reported (Rustagi et al., 0ptics Letters V ol, 9. No. 8 (1984), pp. 344-346). Ru Stagi et al. for measuring degenerate four-wave mixing of discernible radiation in silicated glasses. An experimental sequence is described.

従来技術で供された物質、つまり多孔質ガラスまたは高分子膜に埋め込まれた小 粒子半導体は多くの電気的および光学的用途に対して不適切である。多孔質ガラ ス複合物は、脆く、標準光学ガラスで用いられる技術によって機械加工したり研 磨することができない。一般に、前記高分子/半導体複合物は熱安定性または電 気的および光学的用途に最も必要な高い光学的性質に欠ける。例えば、前記高分 子/半導体複合物から高性能光学ファイバを製造することが困難である。materials provided by prior art, i.e., small particles embedded in porous glass or polymeric membranes. Particle semiconductors are unsuitable for many electrical and optical applications. porous glass Glass composites are brittle and cannot be machined or polished using techniques used for standard optical glasses. cannot be polished. Generally, the polymer/semiconductor composite is thermally stable or electrically stable. Lacks the high optical properties most needed for optical and optical applications. For example, It is difficult to produce high performance optical fibers from semiconductor/semiconductor composites.

本発明の目的は、光学的に透明で機械的に強い硬質母材中の化学的および機械的 に安定な小半導体粒子の分散物を提供する。かかる物質は、バルク半導体に比べ てより敏捷な光学非線形性を有することが期待される。波長調整は、寸法および 半導体粒子の濃度を制御することによって容易に達成することができる。本発明 の別の目的は、3次非線形光学効果を生じる物質を提供する。The object of the present invention is to provide chemical and mechanical provides a stable dispersion of small semiconductor particles. Such materials, compared to bulk semiconductors, It is expected to have more agile optical nonlinearity. Wavelength tuning depends on the dimensions and This can be easily achieved by controlling the concentration of semiconductor particles. present invention Another object of the invention is to provide a material that produces third-order nonlinear optical effects.

発明の概要 これらの目的は、実質的に多孔質ガラス、前記ガラスの孔に含まれる半導体およ び高分子からなる製造物品を供する本発明によって達成される。本発明は、3次 非線形光学効果を生じる物質も提供する。Summary of the invention These purposes include substantially porous glass, semiconductors contained in the pores of said glass, and This is achieved by the present invention which provides an article of manufacture comprising a polymer and a polymer. The present invention Also provided are materials that produce nonlinear optical effects.

発明の詳細 適切な多孔質ガラスは、10〜500人の大きさ、相互に連通した孔およびチャ ンネルを持つ非晶質マトリックス物質であり、前記物質は容易に置換可能な有機 または無機化合物、例えば有機溶媒、水、無機塩で任意に満たされる。適切な多 孔質ガラスは、商品名バイコール(コーニングガラス社、コーニング、N、Y、 ”)として市販されているガラスである。Details of the invention Suitable porous glasses have sizes between 10 and 500, interconnected pores and chamfers. an amorphous matrix material with channels, and the material is an easily replaceable organic matrix material. or optionally filled with inorganic compounds such as organic solvents, water, inorganic salts. Appropriate polyester Porous glass is available under the trade name Vycor (Corning Glass Co., Corning, N, Y, This glass is commercially available as ”).

適切な多孔質ガラスは、前駆体物質の加水分解、ひきつづく生成ゲルの乾燥によ って調製することができる。ゾル−ゲルから誘導されたガラスの前記孔寸法は、 溶媒の選択および加水分解条件のpHによって制御されることができる。適切な 単一ガラスは、S ioz 、Ge0z % Ti0z 、Y20mおよびZr O,を含む。適切な多成分ガラスは、5iO2−Baos 5io2 B20s 、5iOz −B20s Na2O、S iO,−Na20.5iQ2−に20 .5i02−GeOz、5io2 AlzOi、5iOz Ti0z、5iOi −Y203 、A1203−GeOz 、A1203 Z to2、Tie、− ZrOz 、Zr02−s to、 、PbO−La2O3Zr0z TiO2 を含む。ゾル−ゲル手法によるこれらの単一および多成分多孔質ガラスの調製は 、従来よく知られている。多孔質ガラスは、高pH(pH9)でのコロイダルシ リカ(例えばデュポン社のラドックス)のゲル化、ひきつづく生成ゲルの乾燥に よって調製してもよい。好ましいガラスは、SiO2である。A suitable porous glass is produced by hydrolysis of the precursor material followed by drying of the resulting gel. It can be prepared by The pore size of the sol-gel derived glass is: It can be controlled by the choice of solvent and the pH of the hydrolysis conditions. appropriate Single glass is Sioz, Ge0z% Ti0z, Y20m and Zr Contains O. A suitable multi-component glass is 5iO2-Baos 5io2 B20s , 5iOz -B20s Na2O, S iO, -Na20.5iQ2-20 .. 5i02-GeOz, 5io2 AlzOi, 5iOz Ti0z, 5iOi -Y203, A1203-GeOz, A1203 Z to2, Tie, - ZrOz, Zr02-sto, PbO-La2O3Zr0z TiO2 including. Preparation of these single and multicomponent porous glasses by sol-gel technique , is conventionally well known. Porous glass is highly sensitive to colloidal silica at high pH (pH 9). For gelation of lyca (e.g. DuPont's Radox) and subsequent drying of the resulting gel. Therefore, it may be prepared. A preferred glass is SiO2.

ここで用いられる表現“半導体物質”は、絶縁体と金属との電気導体の中間体、 または約0.2と4vの間のバンドギャップを有するバルクの物質を呼ぶ。本発 明において適切な半導体物質は、従来よく知られている。半導体物質は、S−2 ,5e−2,0−2、■−2、p−3、sbづおよびA s −3からなる群よ り選ばれる少なくとも一つのアニオンと結合されるCd”、Zn+2、Pb”’ 、Cu+2、Ga+3、In”およびT i +3からなるカチオンの群より選 ばれる。好ましくは、前記半導体はCd55CdSeSZnS、Zn5e、Pb S、Pb5e。The expression "semiconductor material" used here refers to an intermediate between an insulator and a metal as an electrical conductor; or refer to a bulk material with a bandgap between approximately 0.2 and 4v. Main departure Semiconductor materials suitable in the art are well known in the art. The semiconductor material is S-2 , 5e-2, 0-2, ■-2, p-3, sbzu and A s-3. Cd'', Zn+2, Pb'' combined with at least one anion selected from , Cu+2, Ga+3, In'' and Ti+3. It will be revealed. Preferably, the semiconductor is Cd55CdSeSZnS, Zn5e, Pb S, Pb5e.

Pb 12 、Ti’o2、I n203 +ガリウム、銅またはインジウムの 硫化物;ガリウム、銅またはインジウムのセレン化物;カドミウム、錫または亜 鉛のリン化物;カドミウム、錫または亜鉛の砒化物である。上に記載したCd5 5CdSe。Pb12, Ti’o2, In203 + gallium, copper or indium sulfides; gallium, copper or indium selenides; cadmium, tin or zinc; Phosphides of lead; arsenides of cadmium, tin or zinc. Cd5 as described above 5CdSe.

Zn5SZnSe、Pb5SPbSeSPb 12 、TiChおよびIn、0 3半導体は、単相物質として優位に存在し、結果として化学量論は変化せず、本 質的に例えば1:1.1:2または2:3と記されるようになる。他の半導体は 、1つ以上の相で存在し、結果として化学量論は試料調製および処理で変化する かもしれない。しかしながら、これらの化合物はGa2s3 、CuS、In2  S3 、Ga2 Se3、Cu5eS Inz Se3 、Cd3 P2 、 Pb3 P2 、Zn3 P2、Cd3 As、 、Pb3 As2およびZn 3 As、のように支配的な化学量論によって一般に限定される。これらの異な る化学量論半導体は、上に記載したように支配的な化学量論によって限定される 。半導体物質は、上に記載した2つまたはそれ以上のカチオンから誘導されたカ チオン混合物または固体溶液を包含することができる。ガラス/半導体/高分子 複合物中の半導体濃度は、ガラス/半導体複合物に結合される金属塩の量で決定 され、ガラスに対する半導体の割合を基準にして0.01〜20 w t%の範 囲である。好ましい濃度は、0.1〜5wt%である。Zn5SZnSe, Pb5SPbSeSPb 12, TiCh and In, 0 3 Semiconductors exist predominately as single-phase materials, and as a result, the stoichiometry does not change, and the original Qualitatively, for example, it is written as 1:1.1:2 or 2:3. Other semiconductors , exist in one or more phases, and as a result the stoichiometry changes with sample preparation and processing Maybe. However, these compounds are Ga2s3, CuS, In2 S3, Ga2 Se3, Cu5eS Inz Se3, Cd3 P2, Pb3 P2, Zn3 P2, Cd3 As, Pb3 As2 and Zn 3 As, generally limited by the prevailing stoichiometry. These different stoichiometric semiconductors are limited by the dominant stoichiometry as described above. . Semiconductor materials are compounds derived from two or more cations as described above. Thione mixtures or solid solutions can be included. Glass/Semiconductor/Polymer Semiconductor concentration in the composite is determined by the amount of metal salt bound to the glass/semiconductor composite range of 0.01 to 20 wt% based on the ratio of semiconductor to glass. It is surrounded. A preferred concentration is 0.1-5 wt%.

多孔質ガラス中の前記半導体粒子のバンドギャップエネルギーは粒子の調製方法 およびアニールの時間、温度により制御される粒子の寸法に依存される。一般に 、小粒子の形成はゾル−ゲル技術(後記の“方法1′でより十分に説明される) の使用および短時間、低温のアニールによることが奨励される。好ましくは、半 導体物質の粒子は約500Å以下、より好ましくは約200Å以下の径を有する 。本発明の複合物は、最小の光散乱を表わし、光学フィルタおよび3次非線形光 学効果発生用として有用である。The bandgap energy of the semiconductor particles in the porous glass is determined by the method of preparing the particles. The annealing time is controlled by the temperature and depends on the particle size. in general , the formation of small particles is performed using a sol-gel technique (more fully explained in “Method 1” below). The use of short-term, low-temperature annealing is recommended. Preferably half The particles of conductive material have a diameter of about 500 Å or less, more preferably about 200 Å or less . The composites of the present invention exhibit minimal light scattering and can be used as optical filters and third-order nonlinear optical filters. It is useful for generating scientific effects.

これらの複合物の気泡充填高分子は、多孔質ガラスに拡散または毛管現象作用の いずれかで吸着される適切な単量体の高分子化により誘導される。適切な単量体 は、半導体注入ガラスの気泡空間に前記ガラスを破壊したり、前記半導体粒子を 溶解または反応したすせずに拡散および充填するに十分な小さいものである。好 ましい適切な単量体は、高分子化が適切な起爆剤の使用によるか、加熱、放射、 光または電子線での単量体飽和ガラスの処理によって制御されうるものである。The bubble-filled polymers of these composites are capable of diffusing or capillary action into porous glass. either induced by polymerization of appropriate monomers that are adsorbed. suitable monomer Inject the semiconductor into the bubble space of the glass by breaking the glass or injecting the semiconductor particles into the bubble space of the glass. Small enough to diffuse and fill without dissolving or reacting soot. good Suitable monomers can be polymerized by the use of suitable priming agents, heating, radiation, It can be controlled by treatment of monomer-saturated glasses with light or electron beams.

特に適切な単量体は、メタクリレートエステル;アクリレートエステル;スチレ ン;ビニルアセテート;アクリロニトリル;メタクリロニトリル;式CH2=C (X)2のハロゲン化ビニリデン、ここでXは独立したC1またはFである;式 CH2”’C(R)C(R)=CH2の置換されたブタジェン、ここでそれぞれ のRは独立した01〜CIOアルキル、CIまたはFである;式CH2−CHC ON (R) 2のアクリルアミド誘導体、ここでそれぞれのRは独立した水素 または01〜Cl Oアルキルである;式CH2−C(CH3) CON (R )2のメタクリルアミド誘導体、ここでそれぞれのRは独立した水素またはC1 〜C1oアルキルである;およびそれらの混合物である。メタクリレートエステ ルおよびスチレンが最も好ましい。本発明で有用であるメタクリレートエステル は、Cl−12アルコールとメタクリル酸の分岐アルキルまたはn−アルキルエ ステル、例えばメチルおよびエチルメタクリレートを含む。メチルメタクリレー トは最も好ましい。Particularly suitable monomers are methacrylate esters; acrylate esters; vinyl acetate; acrylonitrile; methacrylonitrile; formula CH2=C (X) a vinylidene halide of 2, where X is independently C1 or F; CH2”’C(R)C(R)=CH2 substituted butadiene, where each R is independently 01-CIO alkyl, CI or F; formula CH2-CHC ON (R) Acrylamide derivative of 2, where each R is an independent hydrogen or 01~Cl O alkyl; formula CH2-C(CH3) CON (R ) methacrylamide derivatives of 2, where each R is independently hydrogen or C1 ~C1o alkyl; and mixtures thereof. methacrylate esthetics and styrene are most preferred. Methacrylate esters useful in the present invention is a branched alkyl or n-alkyl ester of Cl-12 alcohol and methacrylic acid. esters, such as methyl and ethyl methacrylate. Methyl methacrylate is most preferred.

アゾ高分子化起爆剤の既知の種類の一つは、半導体と反応したり、溶解したすせ ずに単量体混合物に溶解し易い性質を有し、高分子化温度で特有の半減期を有す るので適切に供される。ここで用いられている“特有の半減期”は、約1〜4時 間の半減期である。かかる起爆剤の例としては、アゾクメン、2.2−−アゾビ ス(イソブチルニトリル)、2.2−一アゾビス(2−メチル)ブタンニトリル 、および2−(t−ブチルアゾ)−2−シアノプロパンに限らず含まれる。特有 の半減期を有する他の溶解性の非アゾ起爆剤は、同様に用いることができ、数あ る中でベンゾイルパーオキサイドおよびラウロイルパーオキサイドを含む。One known type of azo polymerization initiator is a soot that reacts with or dissolves semiconductors. It has the property of being easily soluble in the monomer mixture without oxidation, and has a unique half-life at the polymerization temperature. Therefore, it is served appropriately. The “specific half-life” used here is approximately 1 to 4 hours. The half-life is between Examples of such detonators include azocumene, 2.2--azobi (isobutylnitrile), 2.2-1azobis(2-methyl)butanenitrile , and 2-(t-butylazo)-2-cyanopropane. unique Other soluble non-azo initiators with half-lives of Includes benzoyl peroxide and lauroyl peroxide.

前記ガラス/半導体複合物を溶融有機物質に部分的に浸漬して前記ガラス孔にそ れを嵌込むことによって高融点で特有の寸法の不活性有機物質を前記ガラス/半 導体複合物の気泡空間に満たすことができる。この方法は、機械加工したり研磨 することができる機械的に強い複合物を供することができるが、前記複合物は高 分子充填複合物に比べて熱的安定性および耐溶剤侵出性が劣る。The glass/semiconductor composite is partially immersed in molten organic material and inserted into the glass hole. An inert organic material with a high melting point and specific dimensions is added to the glass/half by The bubble space of the conductor composite can be filled. This method involves machining or polishing A mechanically strong composite can be provided which can be Poor thermal stability and solvent leaching resistance compared to molecularly packed composites.

ある例において、本発明の製造物品はシリケートガラス前駆体のp H調整溶液 を金属塩の水性溶液に加え、混合してゲルを形成し、前記ゲルを乾燥してメタル イオン注入ガラスを形成し、前記乾燥ゲルをガス状H2SまたはH2Seにさら して多孔質ガラス中の半導体粒子を形成し、前記ガラスの残存気泡空間を単量体 で満たし、そして前記単量体を高分子化して本発明のガラス/高分子/半導体複 合物を形成することによって調製される。また、多孔質ガラス片は金属イオンの 溶液に部分的に浸漬されることができ、それから溶液飽和ガラスは金属イオン注 入ガラスを与えるために乾燥される。前述したガス処理の後、前記孔は単量体で 満たされ、前記単量体は前述したように高分子化される。第3の異なる方法にお いて、前記金属イオン注入ガラスは特有のアニオン溶液に曝されて多孔質ガラス 中の半導体粒子を形成する。In certain instances, articles of manufacture of the present invention include pH-adjusted solutions of silicate glass precursors. is added to an aqueous solution of metal salts, mixed to form a gel, and the gel is dried to form a metal salt. forming an ion-implanted glass and exposing the dried gel to gaseous H2S or H2Se. to form semiconductor particles in the porous glass, and fill the remaining air bubble spaces in the glass with monomers. and polymerize the monomer to form the glass/polymer/semiconductor composite of the present invention. prepared by forming a compound. In addition, porous glass pieces are free of metal ions. The solution-saturated glass can be partially immersed in the solution, and then the solution-saturated glass is injected with metal ions. It is dried to give a glass. After the aforementioned gas treatment, the pores are monomerized. and the monomer is polymerized as described above. In a third different way The metal ion-implanted glass is exposed to a unique anion solution to form a porous glass. forming semiconductor particles inside.

ガラス/半導体複合物は、単量体の注入および起爆剤を除いた前述した3つの手 法のいくつかによって調製されることができる。しかしながら、本発明の外観に 欠けたこれらの物質は湿式雰囲気および未開口孔に容易に注入することができる 液体に対して非常に敏感であり、その結果、曇ったり亀裂を起こす。これらの物 質は、非常に脆く、乾燥技術を用いる手作業のみによって研磨される。これらは 、また劣った光学特性を示す。Glass/semiconductor composites can be manufactured using the three methods mentioned above except for monomer injection and priming. It can be prepared by several methods. However, the appearance of the present invention These chipped materials can be easily injected into wet atmospheres and unopened holes. Very sensitive to liquids, resulting in clouding and cracking. these things The texture is very brittle and can only be polished by hand using dry techniques. these are , also exhibits poor optical properties.

これに対し、本発明のガラス/半導体/高分子複合物は通常のシリケートガラス と同様な機械的性質を有する。前記複合物は、切断、機械加工そして標準セラミ ック湿式研磨技術によって研磨することができる。これら複合物の光学特性は、 標準光学ガラスのそれと同等である。これらの複合物は、湿式雰囲気または殆ど の極性もしくは非極性有機溶媒によって侵されない。しかしながら、前記埋め込 まれた高分子を溶解する既知の溶剤に長く曝すことは前記高分子をいくらか滲み 出す原因になるかもしれない。同様に、強塩基に曝すことはシリケートガラス複 合物からいくらかのガラスを滲み出すかもしれない。これらは、埋め込まれた高 分子の後混合箇所で熱的に安定である。In contrast, the glass/semiconductor/polymer composite of the present invention is similar to ordinary silicate glass. It has similar mechanical properties. The composite can be cut, machined and standard ceramic Can be polished by wet polishing technique. The optical properties of these composites are It is equivalent to that of standard optical glass. These composites are suitable for use in wet atmospheres or Not attacked by polar or non-polar organic solvents. However, the embedded Prolonged exposure to known solvents that dissolve polymers may cause some of the polymers to leach out. It may cause it to come out. Similarly, exposure to strong bases can cause silicate glass composites to Some glass may exude from the compound. These are embedded high It is thermally stable at the post-mixing point of the molecules.

本発明のガラス/半導体/高分子複合物は、多様な形に形成されることができる 。ディスク、板、棒、その他は、ゾル−ゲルで特別の形の成形物を用いることに よって形づくることができ、そしてガラス/半導体/高分子複合物をしばしば切 断したり研磨したりする。ファイバーは、乾燥および高分子注入の前にゾル−ゲ ルから引き出すことができる。The glass/semiconductor/polymer composite of the present invention can be formed into a variety of shapes. . Disks, plates, rods, etc. can be made using sol-gel moldings of special shapes. glass/semiconductor/polymer composites are often cut into Cut or polish. The fibers are solge-treated before drying and polymer injection. can be extracted from the file.

本発明に係わる製造物品は、狭周波数帯バスフィルタ、UVカットオフフィルタ および長波長パスフィルタのような光学フィルタとして有用である。一般に、ガ ラス母材はフィルタにとって望ましい形を作り、半導体物質および高分子は前述 した目的で添加される。ガラスは、それから望ましい光学特性を持つフィルタを 得るために研磨される。かかるフィルタの使用は従来よく知られている。The manufactured article according to the present invention is a narrow frequency band bass filter, a UV cutoff filter, etc. and is useful as an optical filter such as a long wavelength pass filter. Generally, The lath matrix creates the desired shape for the filter, and the semiconductor materials and polymers are It is added for the purpose of The glass is then made into a filter with the desired optical properties. Polished to obtain. The use of such filters is well known in the art.

本発明は、次の例でさらに説明され、全ての部およびパーセントは重量であり、 全ての温度は℃である。例中の粒子寸法は、X線回折パターンの線虫がりによっ て決定された。ある場合、最小粒子寸法はバンドギャップエネルギーの測定から 見積られた。バンドギャップエネルギーの量が供されたノくルク物質のそれに比 べて大きいことは、約500Å以下の径を持つ粒子の存在を示す。The invention is further illustrated in the following examples, all parts and percentages are by weight: All temperatures are in °C. The particle size in the example is determined by the nematode shape of the X-ray diffraction pattern. It was decided that In some cases, the minimum particle size can be determined from band gap energy measurements. Estimated. The amount of bandgap energy is compared to that of the provided Norku material. A large size indicates the presence of particles with a diameter of about 500 Å or less.

実施例 方法1:テトラアルキルオルソシリケート(0,1モル)は、メタノール(0, 75モル)および/またはホルムアルデヒド(0,256モル)で希釈された。Example Method 1: Tetraalkyl orthosilicate (0.1 mol) is dissolved in methanol (0.1 mol). 75 mol) and/or formaldehyde (0,256 mol).

メタノール/ホルルアルデヒド混合物の使用は、大きな孔を持つガラスに移行す るが、乾燥時間は相当増加する。望むならば、生成した溶剤は最終ガラスの孔寸 法を減少させるために硝酸で酸性にされてもよい。この混合物は、希釈水(1モ ル)に溶解された所望量のM (NO3)x (M−Cd、Pb、ZnSCuS  In、Ga、Ti ;x−2,3)を含む攪拌された溶液に添加される。生成 した混合物は、pH<10の場合この段階で流動性であり、瓶に注がれてゲルと なる。前記瓶は、任意の不活性物質(例えばガラス、ポリエチレン、ポリスチレ ン)で作ることができるが、高分子または高分子化温度が好ましい、なぜならゾ ルガラスがガラス瓶にこびりつき、それが収縮して閉じられるからである。前記 瓶は、蓋され、約60℃で約8時間、または堅いしっかりしたゲル生成物になる まで加熱される。前記瓶は、蓋が取られ、ゲルは瓶の中で約60℃、約24時間 流通空気中にて乾燥されるか、初期体積の約1/2に収縮するまで乾燥される。The use of methanol/formaldehyde mixtures may cause migration to large pore glasses. However, the drying time increases considerably. If desired, the resulting solvent can be used to control the pore size of the final glass. May be acidified with nitric acid to reduce oxidation. This mixture is diluted with dilution water (1 mol. desired amount of M(NO3)x (M-Cd, Pb, ZnSCuS) dissolved in It is added to a stirred solution containing In, Ga, Ti; x-2, 3). Generate The mixture is fluid at this stage if the pH is <10 and is poured into a bottle to form a gel. Become. The bottle may be made of any inert material (e.g. glass, polyethylene, polystyrene). polymers or polymerization temperatures are preferred because the This is because glass sticks to the glass bottle, causing it to shrink and close. Said Bottle is capped and heated at about 60°C for about 8 hours or until a hard firm gel product forms. heated up to. The bottle is capped and the gel is stored in the bottle at about 60°C for about 24 hours. It is dried in flowing air or until it shrinks to about 1/2 of its initial volume.

部分的に乾燥されたゲルは、前記瓶から取り出され、ゆっくりしたランプ加熱工 程で充分に乾燥される、つまり前記ゲルは早い流量(200cc/分)酸素また は空気中で450〜500℃、24〜48時間かけて加熱される。The partially dried gel is removed from the bottle and subjected to a slow lamp heating process. The gel is thoroughly dried at a high flow rate (200 cc/min) of oxygen or is heated in air at 450-500°C for 24-48 hours.

高多孔質ガラスの無色のディスクは、M−CuまたはInの時、前記ガラスがそ れぞれ淡い青緑色、淡い黄色になる場合を除いて得られる。この段階でのガラス は、非常に多孔質で脆い骨格の内部に一様に分散した金属イオン(M=Cd。A colorless disk of highly porous glass is formed when the glass is M-Cu or In. They are obtained except in cases where they turn pale blue-green and pale yellow, respectively. glass at this stage is a metal ion (M=Cd) uniformly dispersed inside a highly porous and brittle skeleton.

Pb、Zn5CLJ% Ga)を含む純粋シリカである。M=TiまたはInの 時、この段階でガラス中に存在する金属酸化物、つまりTiO□およびIn2O ,はそれら自身半導体である。典型的には、他の半導体積は高真空系統にガラス をあけ、ひきつづく管状炉内でガラスを加熱しながらガス状試薬(H2S SH 2S e SP H3、A s H3、S I M e 31 )に曝すことに よるそれらのガラスから調製される。半導体クラスタ寸法および前記ガラスの色 調は、前記ガス状試薬との反応中か、もしくは反応後のアニーリングの温度によ って制御される。It is pure silica containing Pb, Zn5CLJ% Ga). M=Ti or In At this stage, the metal oxides present in the glass, namely TiO□ and In2O , are themselves semiconductors. Typically, other semiconductor components are placed in high vacuum systems using glass. gaseous reagent (H2S, SH) while heating the glass in a tube furnace. 2S e SP H3, A s H3, S I M e 31) prepared from those glasses. Semiconductor cluster dimensions and color of said glass The temperature is determined either during the reaction with the gaseous reagent or by the annealing temperature after the reaction. is controlled.

半導体クラスタを保護しかつ分散を維持するために前記ガラスの気孔は、高分子 で有効残存乳量の全てを満たすことによって消滅される。これは、不活性雰囲気 でガラス/半導体複合物をl w t%のVAZO−64(デュポン社製商品名 )を含むメチルメタクリレートに部分的に浸漬し、前記ガラスの孔を完全に満た すまで前記単量体で嵌め込む(wick)ことによってなされる。注入されたガ ラスは、MMA/VAZOから取り出され、不活性雰囲気で約60℃、約8時間 加熱し、PMMAをガラス孔に供給するためにMMAの高分子を滲み出させる。To protect the semiconductor clusters and maintain dispersion, the pores of the glass are It is extinguished by filling the entire effective residual milk amount. This is an inert atmosphere The glass/semiconductor composite was added to lwt% of VAZO-64 (trade name manufactured by DuPont). ) to completely fill the pores of the glass. This is done by wicking with the monomer until the end. injected gas The lath was removed from the MMA/VAZO and kept at about 60°C in an inert atmosphere for about 8 hours. Heating causes the polymer of MMA to ooze out to deliver PMMA to the glass pores.

他の単量体の使用は、異なる起爆剤または従来技術で述べた高分子化条件の使用 を要求するかもしれない。The use of other monomers may result in the use of different priming agents or polymerization conditions as described in the prior art. may request.

緻密なガラス/半導体/PMMA複合物は、それが通常のシリカガラス片であっ たかのように切断および研磨され、残余の孔を持たない。The dense glass/semiconductor/PMMA composite is made from a piece of ordinary silica glass. Cut and polished as if it had been cut and polished, with no residual pores.

方法2:方法1(金属硝酸塩の省略を除く)で述べたように調製された多孔質ゾ ル−ゲルガラスまたは市販の多孔質ガラスは、望ましい金属イオン塩(硝酸また は酢酸)を溶解した溶液(好ましくは高移動性有機溶剤)に部分的に浸漬される 。前記溶液は、前記ガラスにその孔が完全に満たされるまで嵌め込まれる(wi ck up)。溶液を装填したガラスは、それから湿式ゲルを乾燥する方法1で 述べたプロトコルを用いてゆっくり乾燥される。溶剤およびアニオンは、乾燥工 程で除去され、ガラスの孔に金属酸化物種を残留させる。Method 2: Porous sol prepared as described in Method 1 (with the exception of omitting the metal nitrate) Rugel glass or commercially available porous glass is made from the desired metal ion salts (nitric acid or is partially immersed in a solution (preferably a highly mobile organic solvent) of acetic acid). . The solution is fitted into the glass until the pores are completely filled. ck up). The solution-loaded glass is then wet-dried in Method 1. Dry slowly using the described protocol. Solvents and anions are removed by drying. removed during the process, leaving metal oxide species in the pores of the glass.

しかしながら、金属種の分散は方法1で得られたのと同様に均一ではない。乾燥 ガラスは、それから方法1で述べたようにガス状試薬に曝され、気孔空間が高分 子で満たされる。However, the distribution of metal species is not uniform, similar to that obtained with method 1. drying The glass is then exposed to a gaseous reagent as described in Method 1, causing the pore space to become highly concentrated. filled with children.

複合物の非線形光学特性 物質が3次非線形を持つには、屈折率(n)が光強度(1)線形の大きさを測定 する非線形屈折率である。一般にMKS単位におけるn2の使用単位はcm’/ KWである。Nonlinear optical properties of composites For a substance to have third-order nonlinearity, the refractive index (n) measures the linear magnitude of the light intensity (1). It is a nonlinear refractive index. Generally, the unit used for n2 in MKS units is cm’/ It is KW.

3次非線形を特徴付けるのにしばしば用いられる他のパラメータは、x(3)で あり、通常esuのようにcgs単位でけられる(“0ptical B15t ability:Controlling light with light ”、H,M、GibbsSAcademic PressSNew York、 1987を参照) 物質の3次非線形は、さらに共鳴および非共鳴に類別される。共鳴は、物質の吸 収帯、例えば物質の光吸収でのレーザ波長の重なりを意味し、非共鳴はその反対 を意味する。共鳴非線形の場合、物質の吸収率(α)はレーザ強度に依存し、α =α0+α2I (4) または 非線形の大きさを測定する非線形吸収率である。両方のΔαおよびΔnは、クラ ーマースークローニヒの関係式に基づいて関係づけられる: ここで、Cは光速であり、hはブランク定数、Eは光周波数、Pはコーシー理論 積分量: 実験的に、ΔαまたはΔnのいずれを測定でき、(1)〜(7)式に基づいて全 ての3次非線形パラメータ、つまりαは共鳴非線形の場合において必要である。Other parameters often used to characterize third-order nonlinearity are Yes, it is usually cut in cgs units like esu (“0ptical B15t ability: Controlling light with light ”, H, M, GibbsSAcademic PressSNew York, (see 1987) The third-order nonlinearity of materials is further classified into resonance and non-resonance. Resonance is the absorption of matter. Convergence, for example, refers to the overlap of laser wavelengths in the light absorption of a material, and non-resonance refers to the opposite. means. In the case of resonant nonlinearity, the absorption rate (α) of the material depends on the laser intensity, and α =α0+α2I (4) or This is the nonlinear absorption rate, which measures the magnitude of the nonlinearity. Both Δα and Δn are -Related based on Mars-Kronig's relation: Here, C is the speed of light, h is the blank constant, E is the optical frequency, and P is the Cauchy theory. Integral amount: Experimentally, either Δα or Δn can be measured, and based on equations (1) to (7), the total The third-order nonlinear parameter, α, is necessary in the case of resonant nonlinearity.

これは、非線形はレーザ波長下での物質の吸収率に依存ないし制限されるからで ある。従って、共鳴非線形の場合ではα2/αO”2/−ブ技術を用いてΔαを 測定し、α2/α0またはΔα/α0のいずれかを非線形として表現することに よって非線形を特徴付けることができる。This is because nonlinearity depends on or is limited by the absorption rate of the material under the laser wavelength. be. Therefore, in the case of resonant nonlinearity, α2/αO”2/−b technique is used to calculate Δα. to measure and express either α2/α0 or Δα/α0 as nonlinear. Therefore, nonlinearity can be characterized.

物質が重要なn またはα2を有するならば、光学双安定性および相変化(縮退 四光波混合)のような多数の3次非線形光学現象は証明されることができる。相 変化実験(次の章で説明される)は、本発明の物質のいくつかに認められる。If the material has significant n or α2, optical bistability and phase change (degeneracy) A number of third-order nonlinear optical phenomena, such as four-wave mixing (four-wave mixing), can be demonstrated. phase Variation experiments (described in the next section) are recognized for some of the materials of the invention.

相変化ビームおよびプローブビームの強度比として規定される前記相変化効率は 、同様に非線形の測定である。それは、両方のn およびα2で分担され、次式 に比例する:ここで、λはレーザ波長、■はポンプビーム強度である。相変化効 率は、光学構成の結晶構造、レーザビームの空間的性質および試料の光学的性質 に依存する。相変化効率は、それゆえ物質の固有非線形を構成するための良好な 普遍的パラメータではない。The phase change efficiency defined as the intensity ratio of the phase change beam and the probe beam is , which is also a nonlinear measurement. It is shared by both n and α2, and is expressed as is proportional to: where λ is the laser wavelength and ■ is the pump beam intensity. phase change effect The rate depends on the crystal structure of the optical configuration, the spatial properties of the laser beam and the optical properties of the sample. Depends on. The phase change efficiency is therefore a good choice for configuring the material's intrinsic nonlinearity. It is not a universal parameter.

レーザ誘導吸収変化。誘導レーザ出力の関数としての試料伝導の変化(11)は 、ポンブープローブ技術を用いて吸収変化によって測定される。レーザ誘導伝導 変化は、光学非線形の大きさ及び速度を測定する。その結果はΔ0D10D。Laser-induced absorption changes. The change in sample conduction as a function of guided laser power (11) is , measured by absorption changes using the Ponbou probe technique. laser induced conduction The changes measure the magnitude and speed of the optical nonlinearity. The result is Δ0D10D.

として表現され、ここでODは一1og(I /IO)として規定される低出力 光学密度であり、ΔODは光学密度での誘導変化である。where OD is defined as -1og(I/IO) is the optical density and ΔOD is the induced change in optical density.

評価のために用意された試料は、第1図に描かれた光学配列を用いて色素レーザ によって照射された。第1図に示されるように10/90ビームスプリツタ(B SI)は色素レーザパルスを2つの部分に分ける。強ポンプビームである一部は 、ミラー(Ml)、減衰器及び他のミラー(M4)にひきつづいて向かう。弱ポ ンプビームである他部は、フィルタ(F)を通り、それから50150ビームス プリツタ(BS2)に向かう。BS2からの一部の信号は、BS2を通して反対 側の信号を送るミラー(M2)に向かい、参照信号を与える検波器に向かう。B S2からの他部のプローブビームは、ミラー(M3)に向かう。M4からのポン プビームおよびM3からのプローブビームは、前記試料に向かい、前記試料で空 間的にかつ一時的に重なる。試料を通して伝導されたプローブビームの強度(■ 1)は、信号検波器で測定され、ボックスカー積算器で参照検波器からの信号強 度と共に分配され、レーザ強度変動を修正する。ΔODの出力依存は、ポンプビ ーム強度が減衰器によって調整されるところで、ポンプビーム強度の関数として の伝導ビームの強度における変化を測定することによって得られる。The sample prepared for evaluation was irradiated with a dye laser using the optical arrangement depicted in Figure 1. irradiated by. As shown in Figure 1, a 10/90 beam splitter (B SI) splits the dye laser pulse into two parts. Some parts are strong pump beams. , a mirror (Ml), an attenuator and another mirror (M4). weak point The other part, which is a pump beam, passes through a filter (F) and then passes through a 50150 beam beam. Head to Pritsuta (BS2). Some signals from BS2 are reversed through BS2 It goes to the mirror (M2) that sends the side signal and goes to the detector that gives the reference signal. B The other probe beam from S2 is directed to mirror (M3). Pon from M4 The probe beam from M3 and M3 are directed towards the sample and empty at the sample. Intermittently and temporarily overlap. The intensity of the probe beam conducted through the sample (■ 1) is measured by the signal detector, and the signal strength from the reference detector is measured by the boxcar integrator. distributed along with the power to correct for laser intensity fluctuations. The output dependence of ΔOD is as a function of the pump beam intensity, where the beam intensity is adjusted by an attenuator. is obtained by measuring the changes in the intensity of a conducted beam.

て照射された。第2図に示されるように10/90ビームスプリツタ(BSI) は色素レーザパルスを2つのの部分に分ける。BSIからの低信号である一部は 、50150ビームスプリツタ(B S 2)に向かい、参照ビームを参照検波 器(D )、プローブビーム(IP)をミラー(Ml)に送る。was irradiated. 10/90 beam splitter (BSI) as shown in Figure 2. splits the dye laser pulse into two parts. Some of the low signals from BSI , 50150 beam splitter (BS2), and perform reference detection of the reference beam. (D), and sends the probe beam (IP) to the mirror (Ml).

BSIからの他の信号は50 /、50ビームスプリツタ(BS3)に向かう。The other signal from the BSI goes to the 50/50 beam splitter (BS3).

このビームの一部、前方ポンプビーム(■1)は、減衰器及びミラー(M2)に 向かわれる。M2及びM3からの前方及び後方のポンプビームと、Mlからのプ ローブビームは、前記試料に向かい、前記試料で空間的にかつ一時的に重なる。A part of this beam, the forward pump beam (■1), is sent to the attenuator and mirror (M2). I am headed. Forward and aft pump beams from M2 and M3 and pump beams from Ml. A lobe beam is directed towards the sample and overlaps spatially and temporally with the sample.

相変化ビーム(I )は、BS2に工、に従つて引き返し、D によって検波さ れる。■ の大きさは、試S C 料の光学非線形を測定する。■ は参照検波器からの信号によって分配され、レ ーザ強度変動を修正する。非線形の出力依存は、減衰器で11の強度を調整する ことによって測定される。非線形の時間依存は、遅延経路でIbの到達時間を調 整することによって測定される。The phase change beam (I) returns to BS2 and is detected by D. It will be done. ■ The size of test S C Measure optical nonlinearity of materials. ■ is distributed by the signal from the reference detector and correct for laser intensity fluctuations. Nonlinear output dependence adjusts the intensity of 11 with an attenuator It is measured by The nonlinear time dependence means that the arrival time of Ib can be measured on the delay path. It is measured by adjusting the

これらの実験で評価された試料において、非線形に対する支配的な寄与はレーザ 誘導吸収漂白法及び屈折率に関連した変化よるものである。ポンププローブ実験 は、試料吸収変化を測定し、屈折率に関連する変化はクラーマースークロー二ヒ 分析に基づいて得ることができる。ポンブープローブ実験からの大きな吸収変化 の観測は、DFWM実験からの強相変化信号の観測に相関されることができる。In the samples evaluated in these experiments, the dominant contribution to the nonlinearity was the laser This is due to induced absorption bleaching and related changes in the refractive index. pump probe experiment measures the sample absorption changes, and the changes related to the refractive index can be obtained based on analysis. Large absorption changes from Ponbu probe experiments The observation of can be correlated to the observation of strong phase change signals from DFWM experiments.

温 カドミウム装填ガラスディスクは、18m1の水に溶解された1、0Ogの硝酸 カドミウム、テトラメチルオルソシリケート(15ml) 、メタノール(25 ml)及び硝酸(2m1))を用いて、方法1で述べたように調製された。生成 した溶液は、十分に混合され、25m1ポリエチレン製瓶に約1/4インチの深 さく約3m1)注入された。加熱し乾燥した後、結果的に生じた確実なカドミウ ム装填ガラスディスク(約0.35g)の一つは高真空(10−3t o r  r)にあけられ、200torrのH2Sに曝される。前記ディスクは、前記2 00torrのH2Sの雰囲気で100℃、15分間加熱され、それから真空下 で別に15分処理される。室温まで冷却した後、黄色ディスクはグローブボ・ノ クスの不活性雰囲気に置かれ、そしてメチルメタクリレート(MMA)の1%V azo−64 (デュポン社商品名)溶液に浸漬される。MMA飽和ディスクは 、強固に蓋された瓶に置かれ、真空オーブン中、60℃で一昼夜加熱された。M MAは高分子化され、緻密なガラス/CdS/ポリメチルメタクリレート(PM MA)複合物を得る。複合物のX線パターンは粒子寸法40人の結晶CdSの存 在を示す。warm Cadmium-loaded glass disks were prepared using 1,0 Og nitric acid dissolved in 18 ml of water. Cadmium, tetramethyl orthosilicate (15ml), methanol (25ml) ml) and nitric acid (2 ml)) as described in Method 1. Generate The solution was thoroughly mixed and poured into a 25 ml polyethylene bottle to a depth of about 1/4 inch. Approximately 3 ml of water was injected. After heating and drying, the resulting definite cadmium One of the loaded glass disks (approximately 0.35 g) was placed under high vacuum (10-3 t o r r) and exposed to H2S at 200 torr. The disk is Heated at 100°C for 15 minutes in an H2S atmosphere of 00 torr, then heated under vacuum. It will be processed for another 15 minutes. After cooling to room temperature, the yellow disc should be placed in a glove box. 1% V of methyl methacrylate (MMA) It is immersed in azo-64 (trade name of DuPont) solution. MMA saturation disc , placed in a tightly capped jar and heated in a vacuum oven at 60° C. overnight. M MA is polymerized into a dense glass/CdS/polymethyl methacrylate (PM MA) Obtain the composite. The X-ray pattern of the composite shows the presence of crystalline CdS with particle size 40. Indicates presence.

CdS含有複合物の元素分析から得られるCd:Sの比は、たぶんCd”2から CdSへの不完全な転化の結果として1゜0〜1.7に変化する。The Cd:S ratio obtained from elemental analysis of CdS-containing composites is probably 1°0 to 1.7 as a result of incomplete conversion to CdS.

例2〜21 本質的に例1で述べたような手順は、表1に示されるように他のガラス/半導体 /PMMA複合物の調製に同様に用いられる。全ての場合において、ガラスの色 調は非常に一様であることを認める。Examples 2-21 The procedure essentially as described in Example 1 can be applied to other glasses/semiconductors as shown in Table 1. /PMMA composites. In all cases, the color of the glass I admit that the tone is very uniform.

与えられる金属塩の重量は、上の例1で与えられた処方を付加することである。The weight of metal salt given is the addition of the formulation given in Example 1 above.

表1 ガラス/半導体/PMMA複合物 例 半 導体 (Wt、調査された範囲) アニオン源 (範囲)I CclS  Cd CNOs、) 2.1.0g H2S 黄色(無色(0,025〜1. 0g) −黄色) 2 PbS’ Pb CN0s)y、 H,S (茶色−4色)(0,025〜 1.0g) 3 ZnS Zn (Nov)i、O,Ig Hx S 無 色4 CuS C ttCNOs)z、o、1g IbS 緑茶色5 Ga2 s3 Ga (NO り3、 H,S 無 色(0,025〜0.75g) 6 1n2 Sx In CNOs )s、 H,S 黄 色(0,025〜1 . 0g) →赤色)8 Pb5e pb CN0s)2、 H,Se 黒 色 (0,025〜0.5g) 9ZnSe Zn(No、)2.0.1g H2Se 黄 色10CuSe C u(NOx)2.0.1g HxSe 茶色−黒色11 Ga2Sel Ga( NO))s、 HzSe黄色(0,025〜0.75g) 12 In2Se、 In(No、)z、 HxSe (橙色−(0,025〜 1. 0g) m赤色)13 Cds P2 Cd 、(Not)2、 PH, (無色=(0,025〜1.0g) 黒色) 14 pb3p2 Pb(NOs)2.0.025g PHx R色15 Zn s P−x Zn (NOs)z、0.Ig PH,無 色表1(続き) 金属塩8 色5 17 Pbs AS2 Pb (Not)2.0.Ig ASHs 黒 色18  Z113AS2 Zn(NOx)−x、0.Ig AsH3黄 色19 Pb 12 Pb(Not)2.0.1g MeSil 黄 色20 TiO2Ti  (i−QC,H,) 4 な し 無 色a、挙げられた特別の例で用いられる 金属塩の量は、直ぐに次の塩が与えられる。括弧内の数は、他の準備に用いられ る金属塩の重量範囲を示し、ガラス/半導体/PMMA複合物も同様である。こ れらの数は、使用される実質的な量のみを表し、限定されることを意味しない。Table 1 Glass/semiconductor/PMMA composite Example Semiconductor (Wt, investigated range) Anion source (range) I CclS Cd CNOs, ) 2.1.0g H2S Yellow (colorless (0,025-1. 0g) - yellow) 2 PbS' Pb CN0s)y, H, S (brown-4 colors) (0,025~ 1.0g) 3 ZnS Zn (Nov) i, O, Ig Hx S None Color 4 CuS C ttCNOs)z, o, 1g IbS Green brown 5 Ga2 s3 Ga (NO 3, H, S, no color (0,025-0.75g) 6 1n2 Sx In CNOs )s, H,S Yellow color (0,025~1 .. 0g) → Red) 8 Pb5e pb CN0s) 2, H, Se Black color (0,025-0.5g) 9ZnSe Zn (No,) 2.0.1g H2Se Yellow Color 10CuSe C u(NOx) 2.0.1g HxSe brown-black 11 Ga2Sel Ga( NO))s, HzSe yellow (0,025-0.75g) 12 In2Se, In(No,)z, HxSe (Orange-(0,025~ 1. 0g) m red) 13 Cds P2 Cd, (Not) 2, PH, (Colorless = (0,025-1.0g) black) 14 pb3p2 Pb (NOs) 2.0.025g PHx R color 15 Zn s P-x Zn (NOs)z, 0. Ig PH, None Color table 1 (continued) Metal salt 8 color 5 17 Pbs AS2 Pb (Not) 2.0. Ig ASHs black color 18 Z113AS2 Zn(NOx)-x, 0. Ig AsH3 Yellow Color 19 Pb 12 Pb (Not) 2.0.1g MeSil Yellow Color 20 TiO2Ti (i-QC, H,) 4 None Color a, used in the specific examples mentioned The amount of metal salt is immediately given as follows: Numbers in parentheses are used for other preparations. The weight ranges for the metal salts used are shown, and the same is true for glass/semiconductor/PMMA composites. child These numbers represent only the substantial amounts used and are not meant to be limiting.

b、括弧内の色は、異なる金属装填およびアニール条件の試料を実際的に観察さ れた色を示す。これらの色は指標としてのみ供され、限定されることを意味しな い。b, Colors in parentheses indicate practical observations of samples with different metal loading and annealing conditions. color. These colors serve as an indication only and are not meant to be limiting. stomach.

c、P b : S = 1. Os例えば元素分析によって決定された。c, P b: S = 1. Os determined by, for example, elemental analysis.

c3.Cd:5e−1,3、例えば元素分析によって決定された。c3. Cd: 5e-1,3, determined for example by elemental analysis.

バイコール/CdS/PMMA複合物は、方法2で述べた手順によって調製され た。バイコールガラス片(1/2イン除去し有機物を捕獲するために酸素を流通 しながら500℃で焼成された。清浄で冷却されたガラスは、Cd(NOi)2 の水性溶液(10m l中に1.0g含有)に前記ガラスの孔が前記溶液で満た されるまで部分的に浸漬された。前記ガラスは、空気を流通しながら60℃、− 昼夜乾燥され、それから450℃で24時間乾燥された。冷却したカドミウム装 填ガラスは例1で述べたようにH2SおよびMMAで処理された。結果的に生じ た複合物は、不均一色付けされ、不均一な半導体(Cd S)の分布を包含して いる傾向にある。Vycol/CdS/PMMA composite was prepared by the procedure mentioned in Method 2. Ta. Vycor glass pieces (1/2 inch removed and oxygen passed to capture organic matter) It was fired at 500°C. Clean and cooled glass is Cd(NOi)2 The pores of the glass were filled with the aqueous solution (containing 1.0g in 10ml). Partially immersed until cooked. The glass was heated at -60°C while air was flowing through it. It was dried day and night and then at 450° C. for 24 hours. cooled cadmium The filler glass was treated with H2S and MMA as described in Example 1. resulting in The composite is non-uniformly colored and contains a non-uniform semiconductor (CdS) distribution. There tends to be.

例23〜25 この手順は、表2に示されるように他のバイコール/半導体/PMMA複合物の 調製に用いられる。Examples 23-25 This procedure is applicable to other Vycol/semiconductor/PMMA composites as shown in Table 2. Used in preparation.

バイコール/半導体/PMMA複合物 例 半 導 体 (W t 、調査された範囲) アニオン源 (範囲)22  CdS Cd (NOv )2.1. 0g H2S 黄 色(0,025〜1 .0g) 23 PbS Pb (Now )2、 H,S 黒 色(0,025〜1.0 g) 24 CdSe Cd CNOs ) x、 H,Se 赤橙色(0,025〜 1.0g) 25 Pb5e Pb CNOs )x、 HzSe 黒 色(0,025〜] 、、Og) a、挙げられた特別の例で用いられる金属塩の量は、直ぐに次の塩が与えられる 。括弧内の数は、他の準備に用いられる金属塩の重量範囲を示し、ガラス/半導 体/PMMA複合物も同様である。これらの数は、使用される実質的な量のみを 表し、限定されることを意味しない。Vycol/Semiconductor/PMMA composite Example Semiconductor (Wt, investigated range) Anion source (range) 22 CdS Cd (NOv) 2.1. 0g H2S Yellow color (0,025-1 .. 0g) 23 PbS Pb (Now) 2, H, S Black color (0,025-1.0 g) 24 CdSe Cd CNOs) x, H, Se Red-orange (0,025~ 1.0g) 25 Pb5e Pb CNOs) x, HzSe Black color (0,025~) ,,Og) a. The amount of metal salt used in the particular example given is immediately given by the following salt: . Numbers in parentheses indicate weight ranges of metal salts used in other preparations, glass/semiconductor The same is true for body/PMMA composites. These numbers only reflect the substantial amount used. represents and is not meant to be limited.

b、括弧内の色は、異なる金属装填およびアニール条件の試料を実際的に観察さ れた色゛を示す。これらの色は指標としてのみ供され、限定されることを意味し ない。b, Colors in parentheses indicate practical observations of samples with different metal loading and annealing conditions. Indicates the colored color. These colors serve as an indication only and are meant to be limited. do not have.

例26〜29 表3は、選択されたガラス/半導体/高分子複合物の共鳴X(3)特性を示す。Examples 26-29 Table 3 shows the resonance X(3) properties of selected glass/semiconductor/polymer composites.

一般に、例26〜28の非線形は調査された波長で参照物質、Cd x S e  H−x ドープガラスに比べて物質の一つであることが従来からよく知られて いる。In general, the nonlinearities of Examples 26-28 are the same as those of the reference material, Cd x S e H-x It has long been well known that it is one of the substances compared to doped glass. There is.

相対吸収変化 PbS 27 ゾル−ゲル中の 625nm IMW/am’ −6,3%n2S3 28 ゾル−ゲル中の 540nm 3.2MW/cm2 +5%In、 Se x 570nm 1.9MW/cm’ +2.6%625nm 1.0MW/c m’ −5,7%29 ゾル−ゲル中の 450nm 2.8MW/cm’ − 22%dS 比較 *コーニング BMW/cm’ −29%3−69フイルタ 500nm *コーニング3 69 (Cd−S es−) ドープガラスのパラメータは、 Olbright et al、、Opt。relative absorption change PbS 27 625nm IMW/am’-6,3%n2S3 in sol-gel 28 540nm in sol-gel 3.2MW/cm2 +5%In, Se x 570nm 1.9MW/cm' +2.6%625nm 1.0MW/c m'-5.7%29 450nm in sol-gel 2.8MW/cm'- 22%dS Comparison *Corning BMW/cm' -29% 3-69 filter 500nm *Corning 3 69 (Cd-S es-) doped glass parameters are: Albright et al, Opt.

Letters、旦、41.3(1987)に抜粋されている。Excerpted from Letters, Dan, 41.3 (1987).

例30 縮退四光波混合実験(光学相変化)は、第2図に示す構成でゾル−ゲル薄膜中の CdS上にて実行された。相変化効率は、プローブビームの1.3X10−3、 具体的には相変化信号強度はプローブビームの0.13%であった。Example 30 A degenerate four-wave mixing experiment (optical phase change) is performed using the configuration shown in Figure 2 in a sol-gel thin film. Executed on CdS. The phase change efficiency is 1.3X10-3 of the probe beam, Specifically, the phase change signal intensity was 0.13% of the probe beam.

FIG、1 FIG、2 国際調査報告FIG.1 FIG.2 international search report

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.実質的に多孔質ガラス、前記ガラスの孔に含まれる高分子および半導体物質 からなり、前記半導体物質はCd+2、Zn+2、Pb+2、Cu+2、Ga+ 3、In+3およびTi+3からなる群より選ばれる少なくとも一つのカチオン とS−2、Se−2、O−2、I−2、P−3、Sb−3およびAs−3からな る群より選ばれる少なくとも一つのアニオンとから構成されることを特徴とする 製造物品。1. Substantially porous glass, polymeric and semiconducting materials contained in the pores of said glass The semiconductor material is Cd+2, Zn+2, Pb+2, Cu+2, Ga+ 3, at least one cation selected from the group consisting of In+3 and Ti+3 and S-2, Se-2, O-2, I-2, P-3, Sb-3 and As-3. and at least one anion selected from the group Manufactured articles. 2.特許請求の範囲第1項記載の製造物品において、前記半導体はCdS、Cd Se、ZnS、ZnSe、PbS、PbSe、PbI2、CuS、CuSe、T iO2、In2O3、Ga2S3、In2S3、Ga2Se3、Cd3As2、 Pb3P2、Zn3P2、Cd3P2、Pb3As2、Zn3As2およびIn 2Se3からなる群より選ばれるもの、Ga2Se3、Ga2S3、In2S3 、Ga2Se3と全てのリン化物プラス砒化物の混合物である。2. The article of manufacture according to claim 1, wherein the semiconductor is CdS, Cd Se, ZnS, ZnSe, PbS, PbSe, PbI2, CuS, CuSe, T iO2, In2O3, Ga2S3, In2S3, Ga2Se3, Cd3As2, Pb3P2, Zn3P2, Cd3P2, Pb3As2, Zn3As2 and In selected from the group consisting of 2Se3, Ga2Se3, Ga2S3, In2S3 , Ga2Se3 and all phosphides plus arsenides. 3.特許請求の範囲第1項記載の製造物品において、前記高分子は、メタクリレ ートエステル;アクリレートエステル;スチレン;ビニルアセテート;アクリロ ニトリル;メタクリロニトリル;式CH2=C(X)2のハロゲン化ビニリデン 、ここでそれぞれのXはC1またはFである;式CH2=C(R)C(R)=C H2の置換されたブタジエン、ここでそれぞれのRは独立したC1〜C10アル キル、C1またはFである;式CH2=CHCON(R)2のアクリルアミド誘 導体、ここでそれぞれのRは独立した水素またはC1〜C10アルキルである; 式CH2=C(CH3)CON(R)2のメタクリルアミド誘導体、ここでそれ ぞれのRは独立した水素またはC1〜C10アルキルである群から選ばれる少な くとも一つの単量体から調製される。3. The article of manufacture according to claim 1, wherein the polymer is methacrylate. ester; acrylate ester; styrene; vinyl acetate; acrylate Nitrile; methacrylonitrile; vinylidene halide of formula CH2=C(X)2 , where each X is C1 or F; the formula CH2=C(R)C(R)=C H2-substituted butadiene, where each R is an independent C1-C10 alkyl Cl, C1 or F; an acrylamide derivative of the formula CH2=CHCON(R)2 a conductor, where each R is independently hydrogen or C1-C10 alkyl; A methacrylamide derivative of the formula CH2=C(CH3)CON(R)2, where it Each R is independently selected from the group consisting of hydrogen or C1-C10 alkyl. It is prepared from at least one monomer. 4.特許請求の範囲第1項記載の製造物品において、前記ガラスは、SiO2、 GeO2、TiO2、Y2O3、ZrO2、SiO2−BaO、SiO2−B2 O3、SiO2−B2O3−Na2O、SiO2−Na2O、SiO2−K2O 、SiO2−A12O3、SiO2−GeO2、SiO2−TiO2、SiO2 −Y2O3、Al2O3−GeO7、Al2O3−ZrO2、TiO2−ZrO 2、ZrO2−SiO2、PbO−La2O3−ZrO2−TiO2からなる群 より選ばれる。4. The article of manufacture according to claim 1, wherein the glass comprises SiO2, GeO2, TiO2, Y2O3, ZrO2, SiO2-BaO, SiO2-B2 O3, SiO2-B2O3-Na2O, SiO2-Na2O, SiO2-K2O , SiO2-A12O3, SiO2-GeO2, SiO2-TiO2, SiO2 -Y2O3, Al2O3-GeO7, Al2O3-ZrO2, TiO2-ZrO 2. Group consisting of ZrO2-SiO2, PbO-La2O3-ZrO2-TiO2 selected from. 5.特許請求の範囲第4項記載の製造物品において、好ましいガラスはSiO2 である。5. In the article of manufacture of claim 4, the preferred glass is SiO2 It is. 6.特許請求の範囲第1項記載の製造物品において、好ましい単量体はメタクリ レートエステルおよびスチレンである。6. In the article of manufacture according to claim 1, the preferred monomer is methacrylate. rate esters and styrene. 7.特許請求の範囲第6項記載の製造物品において、好ましい単量体はメチルメ タクリレートである。7. In the article of manufacture according to claim 6, the preferred monomer is methylmethane. It is tacrylate. 8.特許請求の範囲第1項記載の製造物品において、前記ガラス中のカチオン濃 度は約0.01wt%〜約20wt%である。8. The article of manufacture according to claim 1, wherein the cation concentration in the glass is The concentration is about 0.01 wt% to about 20 wt%. 9.特許請求の範囲第8項記載の製造物品において、前記濃度は約0.1wt% 〜約5wt%である。9. The article of manufacture of claim 8, wherein the concentration is about 0.1 wt%. ~5wt%. 10.特許請求の範囲第1項記載の製造物品とコヒーレント電磁放射線源とを具 備したことを特徴とする3次非線形光学効果発生用装置。10. An article of manufacture comprising the article of claim 1 and a source of coherent electromagnetic radiation. A device for generating a third-order nonlinear optical effect, characterized in that:
JP2-503784A 1989-02-24 1990-02-22 Small particle semiconductor in hard matrix Pending JPH04503501A (en)

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US315,626 1989-02-24

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