JPH0455328A - Production of glass thin film - Google Patents

Production of glass thin film

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JPH0455328A
JPH0455328A JP16596590A JP16596590A JPH0455328A JP H0455328 A JPH0455328 A JP H0455328A JP 16596590 A JP16596590 A JP 16596590A JP 16596590 A JP16596590 A JP 16596590A JP H0455328 A JPH0455328 A JP H0455328A
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JP
Japan
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glass
thin film
film
production
sputtering
Prior art date
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Pending
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JP16596590A
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Japanese (ja)
Inventor
Masumi Ito
真澄 伊藤
Tatsuhiko Saito
達彦 齋藤
Hiroo Kanamori
弘雄 金森
Hiroshi Yokota
弘 横田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable production of a thick film having no defect by combining the production of functional glass by sol-gel method and the production of thin films by sputtering. CONSTITUTION:A mixture soln. is prepared by adding water and alcohol to metal alkoxide expressed by the general formula M(OR)4 (wherein M is metal and R is alkyl group) and further adding a functional inorg. material. This mixture soln. is hydrolyzed and polymerized by dehydration condensation to synthesize a bulk glass. Then, by using this bulk glass as a target for sputtering, a glass thin film having the same compsn. as that of the bulk glass is formed on a substrate. By this method, the bulk glass can be obtained without subjecting to high temp. process so that no influence is given to the various kinds of dopants to be added. By forming thin films by sputtering, the compsn. of thin films does not change and thereby, film thickness can precisely be controlled. Defects such as cracks or peeling are hardly caused even when the film is made thick.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光導波路などに用いるガラス薄膜の作製方法
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing a glass thin film used for optical waveguides and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ガラス材料は、透光性及び耐候性に優れており、光学的
材料として有用である。特に各種のドーパント材を添加
することにより、光学的機能性の高いガラスが合成され
ている。その代表的なものには、希土類元素であるネオ
ジウムやエルビウム等をドープすることによりレーザ発
振特性を有するレーザガラス、あるいは硫化カドミウム
や塩化銅などの半導体微粒子を添加した非線形光学ガラ
スなどがある。
Glass materials have excellent light transmittance and weather resistance, and are useful as optical materials. In particular, glasses with high optical functionality are synthesized by adding various dopant materials. Typical examples include laser glass that has laser oscillation characteristics by doping with rare earth elements such as neodymium and erbium, and nonlinear optical glass doped with semiconductor particles such as cadmium sulfide and copper chloride.

この様なガラスの合成方法として、−船内には融液法と
ゾルゲル法が用いられている。
As methods for synthesizing such glass, the melt method and the sol-gel method are used on board.

融液法を用いた場合、例えばシリカガラスの合成時の様
に、2000℃以上の高温を必要とすることもあり、添
加されるドーパント材に様々な影1を与えやすい。一方
、ゾルゲル法を用いた場合、前述のシリカガラスは、1
200℃程度の比較的低温で合成することができる。従
って、高温領域では分解あるいは分相して、添加不能で
あった物質でも、ゾルゲル法ではこれを添加したガラス
の合成ができる。
When the melt method is used, as in the case of synthesizing silica glass, for example, a high temperature of 2000° C. or higher may be required, which tends to affect the added dopant material in various ways. On the other hand, when using the sol-gel method, the above-mentioned silica glass
It can be synthesized at a relatively low temperature of about 200°C. Therefore, even if a substance cannot be added due to decomposition or phase separation in a high temperature range, it is possible to synthesize a glass containing this substance using the sol-gel method.

ところで、前述の様な光学的機能性の高いガラスを用い
て先導波路などの集積化した光学部品を作製する場合に
は、薄膜化が必要不可欠な技術である。そのため、合成
のみでなく薄膜化にも有効な方法の一つであるとして、
ゾルゲル法は用いられてきた。
By the way, when producing integrated optical components such as a guiding waveguide using glass with high optical functionality as described above, thinning the glass is an indispensable technique. Therefore, it is considered to be an effective method not only for synthesis but also for thin film formation.
Sol-gel methods have been used.

このゾルゲル法による薄膜形成の一般的方法としては、
例えば「窯業協会誌」 90、(6)9.328〜3B
2 (1982年)に示されているように、まず、エチ
ルシリケート、チタンイソプロポキシドとエタノール、
水、触媒として塩酸を加えて撹拌し、加水分解溶液、即
ちコーテイング液を調製する。次に、コーティングを施
す基板をこの溶液に浸漬し、一定速度で引き上げること
によりu板表面に膜を形成させ、乾燥、及び加熱工程を
経てガラス膜を作製する。
The general method for forming thin films using this sol-gel method is as follows:
For example, "Ceramic Industry Association Magazine" 90, (6) 9.328-3B
2 (1982), first, ethyl silicate, titanium isopropoxide and ethanol,
Water and hydrochloric acid as a catalyst are added and stirred to prepare a hydrolysis solution, ie, a coating solution. Next, the substrate to be coated is immersed in this solution and pulled up at a constant speed to form a film on the surface of the U plate, followed by drying and heating steps to produce a glass film.

このゾルゲル法による膜形成は溶液を経由するため、大
型の基板でもその表面全体にわたって均一なコーティン
グを比較的容易に行うことができ、機械的・化学的保護
、光学特性などの新しい機能を持つ膜のコーティング法
として有用である。
Since film formation using this sol-gel method goes through a solution, it is relatively easy to uniformly coat the entire surface of large substrates, and the film has new functions such as mechanical and chemical protection and optical properties. It is useful as a coating method.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

前述のゾルゲル法では、膜厚0.1μm〜0.3μmの
透明均一なコーテイング膜が得られているが、膜厚をこ
れ以上厚くすることを試みた場合、コーテイング膜上に
クラックが発生したり、白い曇りや基板からの剥離等の
欠陥が生じることがあった。そこで、これらの欠陥を生
じさせないために、増粘剤としてグリセリン、エチルエ
ーテルを加える方法を用いて膜を厚くしようとしても、
形成可能な膜厚はせいぜい0.5μ腸までが限界である
In the aforementioned sol-gel method, a transparent and uniform coating film with a film thickness of 0.1 μm to 0.3 μm is obtained, but if an attempt is made to increase the film thickness beyond this, cracks may occur on the coating film. , defects such as white clouding and peeling from the substrate may occur. Therefore, in order to prevent these defects from occurring, attempts were made to thicken the film by adding glycerin or ethyl ether as thickeners.
The maximum film thickness that can be formed is 0.5 μm at most.

従って、光導波路などの光部品として必要な膜厚5〜1
0μ−程度のガラス薄膜の作製には不適であるという問
題があった。
Therefore, the film thickness required for optical components such as optical waveguides is 5 to 1.
There was a problem in that it was unsuitable for producing a glass thin film of about 0 μm.

本発明は、この様な問題を解決するためのものである。The present invention is intended to solve such problems.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、金属アルコキシドに、水、及びアルコールを
加えると共に、機能性無機材料を添加して混合液とし、
加水分解及び脱水縮合させてバルクガラスを合成する第
1のステップと、その合成されたバルクガラスをターゲ
ットにスパッタリングすることによって、バルクガラス
と同組成のガラス薄膜を作製する第2のステップとを備
えることを特徴とする。
The present invention adds water and alcohol to a metal alkoxide, and also adds a functional inorganic material to form a mixed liquid,
A first step of synthesizing bulk glass through hydrolysis and dehydration condensation, and a second step of producing a glass thin film having the same composition as the bulk glass by sputtering the synthesized bulk glass onto a target. It is characterized by

〔作用〕[Effect]

本発明によれば、バルクガラスは高温過程を経ることな
く得られるために、添加する各種ドーパント(イにはほ
とんと影響を与えることがない。また、スパッタリング
によって薄膜を形成していくため、薄膜化時の組成変化
が少なく、膜厚制御が粘密にでき、厚膜化する際も、ク
ラックやはがれ等の欠陥が生じにくい。
According to the present invention, since bulk glass is obtained without going through a high-temperature process, it has almost no effect on the various dopants added. There is little change in the composition during oxidation, the film thickness can be tightly controlled, and defects such as cracks and peeling are less likely to occur even when the film is thickened.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明に係るガラス薄膜の作製方法の実施例を説明
する。
Next, an example of the method for producing a glass thin film according to the present invention will be described.

まず、バルクガラスを合成するため、金属アルコキシド
に水、アルコール、及び触媒を加えて混合させ、加水分
解させる。金属アルコキシドには、その金属部位がチタ
ン、アルミニウム、ゲルマニウム、ホウ素のいずれかで
あり、またそのアルキル基がメチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチルハのいずれかであるものが使用できる。
First, in order to synthesize bulk glass, water, alcohol, and a catalyst are added to metal alkoxide, mixed, and hydrolyzed. As the metal alkoxide, those whose metal moieties are titanium, aluminum, germanium, or boron, and whose alkyl groups are methyl, ethyl, propyl, or butyl groups can be used.

以上の様な官能基を有する金属アルコキシドを、1〜3
種類同時に使用することも可能である。
1 to 3 metal alkoxides having the above functional groups.
It is also possible to use both types at the same time.

次に、この混合液に機能性無機材料を添加する。Next, a functional inorganic material is added to this mixed solution.

添加材料としては、ネオジウムやエルビウム等の、レー
ザ発振機能を有する希土類元素、あるいは硫化カドミウ
ムや塩化銅等の非線形光学効果を示す半導体微粒子が適
している。
As the additive material, rare earth elements having a laser oscillation function such as neodymium and erbium, or semiconductor fine particles exhibiting a nonlinear optical effect such as cadmium sulfide and copper chloride are suitable.

この混合液を常温付近に放置してゲル化させた後、徐々
に昇温しで脱水縮合させる。一定の温度に到達後昇温を
停市してその温度を維持しつつ、すでにゲル化した混合
物を透明ガラス化させる。
This mixed solution is allowed to stand at around room temperature to gel, and then is gradually heated to undergo dehydration condensation. After reaching a certain temperature, the temperature increase is stopped and the already gelled mixture is turned into transparent glass while maintaining that temperature.

以上の過程を経て得られたバルクガラスをターゲツト材
にし、高周波スパッタリング方式を用いることによって
、任意の基板上に薄膜を形成させることができる。この
スパッタリング方式では、放電現象により活性化したイ
オンが前述のターゲツト材に衝突してターゲツト材の原
子が叩き出され、放電パワーに比例する膜付着速度で、
その原子が一個ずつ基板に付着し堆積していく。このた
め、形成される薄膜の厚さを、スパッタリング時間やス
パッタリング条件などにより制御することができる。
By using the bulk glass obtained through the above process as a target material and using a high frequency sputtering method, a thin film can be formed on any substrate. In this sputtering method, ions activated by a discharge phenomenon collide with the aforementioned target material and atoms of the target material are knocked out, and the film deposition rate is proportional to the discharge power.
The atoms attach to the substrate one by one and are deposited. Therefore, the thickness of the formed thin film can be controlled by sputtering time, sputtering conditions, and the like.

ここで、実施した具体例について説明する。Here, a concrete example of the implementation will be explained.

ます、金属アルコキシドとしてシリコンアルコキシドを
2001用い、水200m1、エタノール400m1及
び0.1N7ンモ=7200mlを加えて30分間撹拌
する。次に、その混合液に添加する機能性無機材料とし
て、希土類化合物である塩化エルビウムを2g加えてさ
らに30分間撹拌する。
First, 200ml of silicon alkoxide is used as the metal alkoxide, 200ml of water, 400ml of ethanol, and 7200ml of 0.1N7 are added and stirred for 30 minutes. Next, 2 g of erbium chloride, which is a rare earth compound, is added as a functional inorganic material to the mixed solution, and the mixture is further stirred for 30 minutes.

その後、この混合液をテフロン製容器に移し、アルミテ
ープで密封した後、35℃でゲル化させる。ゲル化した
後、さらに三日間で80”Cまで昇温し、アルミテープ
にIIIIlφの穴を数箇所あけて乾燥させる。約2週
間乾燥した後、昇温速度1℃/分で1200℃まで昇温
し、1時間保持することにより透明ガラス化させる。得
られたガラスは外径10c11.厚さ0.5cmの円盤
状である。
Thereafter, this mixed solution is transferred to a Teflon container, sealed with aluminum tape, and then gelled at 35°C. After gelatinization, the temperature was raised to 80"C over three days, and several IIIlφ holes were made in the aluminum tape to dry it. After drying for about two weeks, the temperature was raised to 1200°C at a heating rate of 1°C/min. The glass is heated and held for 1 hour to form transparent glass.The resulting glass has a disk shape with an outer diameter of 10 cm and a thickness of 0.5 cm.

このガラス板をターゲツト材にし、基板としてシリカガ
ラスを用いて、高周波スパッタリング方式により薄膜化
した。その結果、厚さ5μ厳の膜が、クラック・はがれ
等の欠陥なく作製できた。
Using this glass plate as a target material and using silica glass as a substrate, a thin film was formed by high frequency sputtering. As a result, a film with a thickness of approximately 5 μm was produced without defects such as cracks and peeling.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明は、ゾルゲル法による機能
性ガラスの作製と、スパッタリング法による薄膜化技術
を組み合わせる事により、光学的機能に優れたガラス薄
膜の作製法を提供するもので、光学部品の材料に利用す
ると効果的である。
As explained above, the present invention provides a method for producing a glass thin film with excellent optical functions by combining the production of functional glass using the sol-gel method and the thin film forming technology using the sputtering method, and provides a method for producing a glass thin film with excellent optical functions. It is effective when used as a material.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一般式M(OR)_4(式中Mは金属、Rはアルキ
ル基を表わす。)で示される金属アルコキシドに水、及
びアルコールを加えると共に、機能性無機材料を添加し
て混合液とし、該混合液を加水分解、及び脱水縮合させ
てバルクガラスを合成する第1のステップと、 前記バルクガラスをターゲットにスパッタリングするこ
とによって、基板上に該バルクガラスと同組成のガラス
薄膜を形成する第2のステップとを備えることを特徴と
する、ガラス薄膜の作製方法。 2、前記第1のステップにおける機能性無機材料は、レ
ーザ発振機能を有する希土類元素、あるいは非線形光学
効果を示す半導体微粒子であることを特徴とする請求項
1記載のガラス薄膜の作製方法。 3、前記第1のステップにおける金属アルコキシドの金
属が、シリコン、チタン、アルミニウム、ゲルマニウム
、ホウ素の少なくともいずれかであり、アルキル基がメ
チル基、エチル基、プロピル基、ブチル基の少なくとも
いずれかであるものを用いることを特徴とする請求項1
記載のガラス薄膜の作製方法。
[Claims] 1. Water and alcohol are added to a metal alkoxide represented by the general formula M(OR)_4 (wherein M represents a metal and R represents an alkyl group), and a functional inorganic material is also added. a first step of synthesizing bulk glass by hydrolyzing and dehydrating and condensing the mixed liquid; and a second step of forming a glass thin film. 2. The method for producing a glass thin film according to claim 1, wherein the functional inorganic material in the first step is a rare earth element having a laser oscillation function or a semiconductor fine particle exhibiting a nonlinear optical effect. 3. The metal of the metal alkoxide in the first step is at least one of silicon, titanium, aluminum, germanium, and boron, and the alkyl group is at least one of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Claim 1 characterized in that a product is used.
The method for producing the described glass thin film.
JP16596590A 1990-06-25 1990-06-25 Production of glass thin film Pending JPH0455328A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000014013A1 (en) * 1998-09-09 2000-03-16 Novara Technology S.R.L. Process for preparing silica or silica-based thick vitreous films according to the sol-gel technique and thick films thereby obtained

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WO2000014013A1 (en) * 1998-09-09 2000-03-16 Novara Technology S.R.L. Process for preparing silica or silica-based thick vitreous films according to the sol-gel technique and thick films thereby obtained

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