JPH05158093A - 超微粒子分散薄膜およびその製造法 - Google Patents
超微粒子分散薄膜およびその製造法Info
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- JPH05158093A JPH05158093A JP34891691A JP34891691A JPH05158093A JP H05158093 A JPH05158093 A JP H05158093A JP 34891691 A JP34891691 A JP 34891691A JP 34891691 A JP34891691 A JP 34891691A JP H05158093 A JPH05158093 A JP H05158093A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、平均粒径の揃った超微粒子を１種
類以上を含有する超微粒子分散薄膜およびその製造方法
の提供を目的とする。 【構成】 膜面に可視光を照射しながら製膜することを
特徴とする超微粒子分散薄膜の製造方法。
類以上を含有する超微粒子分散薄膜およびその製造方法
の提供を目的とする。 【構成】 膜面に可視光を照射しながら製膜することを
特徴とする超微粒子分散薄膜の製造方法。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、三次元の閉込め効果によって電
子や励起子が、０次元的振舞いを示すいわゆる量子サイ
ズ効果を示す非線形光学材料である超微粒子分散薄膜に
関するものである。本発明の薄膜は、光双安定素子、光
ゲート光スイッチ、波長変換素子などに用いられる。こ
こで簡単に量子サイズ効果と非線形光学効果について説
明する。非線形効果−物質に光を照射すると、その物質
の吸収係数や屈折率など、光学特性が光の強度に応じて
変化する現象であり、これを利用することによって光に
よる光の制御が可能になり、入力に光のみを使う全光型
の論理素子を実現できる。量子サイズ効果−可視光領域
で透明なガラス中に埋め込まれた半導体超微粒子の電子
と正孔はガラスのつくる深いポテンシャルによって三次
元的に閉じ込められる。電子を波動のように考えるなら
ば、小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限され
てしまうので、電子状態は離散的になり振動子強度や非
線形感受率が増大する。
子や励起子が、０次元的振舞いを示すいわゆる量子サイ
ズ効果を示す非線形光学材料である超微粒子分散薄膜に
関するものである。本発明の薄膜は、光双安定素子、光
ゲート光スイッチ、波長変換素子などに用いられる。こ
こで簡単に量子サイズ効果と非線形光学効果について説
明する。非線形効果−物質に光を照射すると、その物質
の吸収係数や屈折率など、光学特性が光の強度に応じて
変化する現象であり、これを利用することによって光に
よる光の制御が可能になり、入力に光のみを使う全光型
の論理素子を実現できる。量子サイズ効果−可視光領域
で透明なガラス中に埋め込まれた半導体超微粒子の電子
と正孔はガラスのつくる深いポテンシャルによって三次
元的に閉じ込められる。電子を波動のように考えるなら
ば、小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限され
てしまうので、電子状態は離散的になり振動子強度や非
線形感受率が増大する。
【０００２】
【従来技術】この超微粒子分散ガラスの量子サイズ効果
は最近（７〜８年前）になって見出され、注目されるよ
うになったものであり、絶縁物例えばガラス中に数１０
０Å以下の半導体超微粒子を分散させたものである。超
微粒子の材料としては、たとえばＣｄＳｘＳｅｙ（ｙ＝
１−ｘ），ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｕＣｌ，ＣａＡｌ，Ｚ
ｎＳｅ，ＩｎＳｂ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ等の半導体、Ａ
ｕ，Ａｇ等の金属が使用されている。また、製膜法とし
ては、ＲＦスパッタ法が多く採用されている。これらの
技術的事項は、たとえば「Japanese Journal of App
lied Physics，２８巻，１０号（1928−1933頁）」お
よび「光学、第１９巻、第１号（1990年１月）１０−１
６頁」に具体的に説明されている。
は最近（７〜８年前）になって見出され、注目されるよ
うになったものであり、絶縁物例えばガラス中に数１０
０Å以下の半導体超微粒子を分散させたものである。超
微粒子の材料としては、たとえばＣｄＳｘＳｅｙ（ｙ＝
１−ｘ），ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｕＣｌ，ＣａＡｌ，Ｚ
ｎＳｅ，ＩｎＳｂ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ等の半導体、Ａ
ｕ，Ａｇ等の金属が使用されている。また、製膜法とし
ては、ＲＦスパッタ法が多く採用されている。これらの
技術的事項は、たとえば「Japanese Journal of App
lied Physics，２８巻，１０号（1928−1933頁）」お
よび「光学、第１９巻、第１号（1990年１月）１０−１
６頁」に具体的に説明されている。
【０００３】従来の薄膜形成法、例えばスパッタ法や真
空蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、イオンビームスパッタ
法、イオンプレーティング法等いずれも薄膜中に超微粒
子が分散した膜が作製可能であった。しかし、膜中の原
子に対するエネルギーのコントロールは、基板温度、加
速電圧、ガス圧等によって行うため、マクロ的であり、
このため膜中の微粒子径は大きな分布を持つ場合がほと
んどであった。非線形光学薄膜の場合、粒径は１００Å
以下であるが、粒子径によって光学的特性が変化する。
従って、粒子径の分布が大きいことはそのまま光学薄膜
としての特性劣化につながる。粒子径分布はないことが
好ましいのである。
空蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、イオンビームスパッタ
法、イオンプレーティング法等いずれも薄膜中に超微粒
子が分散した膜が作製可能であった。しかし、膜中の原
子に対するエネルギーのコントロールは、基板温度、加
速電圧、ガス圧等によって行うため、マクロ的であり、
このため膜中の微粒子径は大きな分布を持つ場合がほと
んどであった。非線形光学薄膜の場合、粒径は１００Å
以下であるが、粒子径によって光学的特性が変化する。
従って、粒子径の分布が大きいことはそのまま光学薄膜
としての特性劣化につながる。粒子径分布はないことが
好ましいのである。
【０００４】
【目的】本発明は前記のような従来技術の欠点である超
微粒子分散薄膜中の大きい粒子分布をなくすことを目的
とするものである。
微粒子分散薄膜中の大きい粒子分布をなくすことを目的
とするものである。
【０００５】
【構成】本発明は、任意の薄膜形成法において、薄膜作
製中に数個以上の原子の塊、即ちクラスターといわれる
ものに対して光エネルギーを制御して与え、微粒子の粒
径を制御することを特徴とする非線形光学材料の製造方
法および非線形光学材料に関する。光エネルギーとして
は、可視光線を利用する。可視光線を使用する理由は、
微粒子が吸収できる波長（エネルギー）であり、粒径に
よって吸収率が異なることを利用できるからである。
製中に数個以上の原子の塊、即ちクラスターといわれる
ものに対して光エネルギーを制御して与え、微粒子の粒
径を制御することを特徴とする非線形光学材料の製造方
法および非線形光学材料に関する。光エネルギーとして
は、可視光線を利用する。可視光線を使用する理由は、
微粒子が吸収できる波長（エネルギー）であり、粒径に
よって吸収率が異なることを利用できるからである。
【０００６】即ち、膜中粒子のうちのある範囲の大きさ
のものだけが、図１に示すように特定範囲の光エネルギ
ー（波長）を吸収する（図１における斜線部分に相当す
る光エネルギーの範囲）。光を吸収する膜中粒子は加熱
され、拡散して来た粒子近傍の原子やクラスターと集
合、合併し大きくなる。しかもある大きさ以上になると
光が透過してしまい、その成長はストップする。これに
よって粒径が揃うために、図２に示すように、超微粒子
の透過率曲線が非常にシャープになる。従って非線形光
学特性もシャープとなる。
のものだけが、図１に示すように特定範囲の光エネルギ
ー（波長）を吸収する（図１における斜線部分に相当す
る光エネルギーの範囲）。光を吸収する膜中粒子は加熱
され、拡散して来た粒子近傍の原子やクラスターと集
合、合併し大きくなる。しかもある大きさ以上になると
光が透過してしまい、その成長はストップする。これに
よって粒径が揃うために、図２に示すように、超微粒子
の透過率曲線が非常にシャープになる。従って非線形光
学特性もシャープとなる。
【０００７】本発明で使用する可視光線としては、レー
ザー光、一般のランプ光のようなものが挙げられる。製
膜中に膜面に照射する光は、膜面に対し垂直でも水平に
近くてもよく、任意の角度で入射して差支えない。
ザー光、一般のランプ光のようなものが挙げられる。製
膜中に膜面に照射する光は、膜面に対し垂直でも水平に
近くてもよく、任意の角度で入射して差支えない。
【０００８】従来は、前記のように基板を加熱する等の
手段により粒径をコントロールしていたが、このような
方法では膜の加熱は全体加熱に限られ、しかも不均一で
あった。これに対して、本発明では製膜中に、粒径が小
さくなると高エネルギー側へシフトするというブルーシ
フトと呼ばれる現象を利用し、粒径を光で熱制御するの
で粒径のコントロールが容易であり、またフィルターを
使用すれば特定個所の粒径の制御も行うことができる。
手段により粒径をコントロールしていたが、このような
方法では膜の加熱は全体加熱に限られ、しかも不均一で
あった。これに対して、本発明では製膜中に、粒径が小
さくなると高エネルギー側へシフトするというブルーシ
フトと呼ばれる現象を利用し、粒径を光で熱制御するの
で粒径のコントロールが容易であり、またフィルターを
使用すれば特定個所の粒径の制御も行うことができる。
【０００９】更に別のエネルギーの光を照射すれば、２
種類の粒径の微粒子を含有する膜ができ、同様にしてさ
らに３種類以上でも可能となる。本発明においては、薄
膜中の微粒子は粒径の揃った超微粒子であれば粒子組成
は１種でも２種以上でもかまわない。特に膜中にこのよ
うに粒径の揃った超微粒子が２種以上あると、１つの膜
で２以上の光双安定素子、ゲート光スイッチや波長変換
素子として用いることができ、例えば２つの波長を同時
に１つの素子で変換できるという優れた効果を発揮す
る。なお、粒子の分布が大きくてはこのような多種類の
粒子を成長させることはできない。本発明において薄膜
が形成される基板は、可視光で透明であれば制限されな
くガラス、石英やポリカーボネート、ポリエステルフィ
ルム等のプラスチックが用いられる。製膜法はＰＶＤ，
ＣＶＤ法等、特に限定されないが、結晶化が良好なイオ
ンビームスパッタ法が好ましい。膜厚は特に限定されな
いが、１００Å〜１μｍが適当である。図３は、イオン
ビームスパッタ法による製膜中に、レーザ光を照射して
行う本発明の超微粒子分散薄膜の製造方法の概略図であ
る。
種類の粒径の微粒子を含有する膜ができ、同様にしてさ
らに３種類以上でも可能となる。本発明においては、薄
膜中の微粒子は粒径の揃った超微粒子であれば粒子組成
は１種でも２種以上でもかまわない。特に膜中にこのよ
うに粒径の揃った超微粒子が２種以上あると、１つの膜
で２以上の光双安定素子、ゲート光スイッチや波長変換
素子として用いることができ、例えば２つの波長を同時
に１つの素子で変換できるという優れた効果を発揮す
る。なお、粒子の分布が大きくてはこのような多種類の
粒子を成長させることはできない。本発明において薄膜
が形成される基板は、可視光で透明であれば制限されな
くガラス、石英やポリカーボネート、ポリエステルフィ
ルム等のプラスチックが用いられる。製膜法はＰＶＤ，
ＣＶＤ法等、特に限定されないが、結晶化が良好なイオ
ンビームスパッタ法が好ましい。膜厚は特に限定されな
いが、１００Å〜１μｍが適当である。図３は、イオン
ビームスパッタ法による製膜中に、レーザ光を照射して
行う本発明の超微粒子分散薄膜の製造方法の概略図であ
る。
【００１０】次に本発明の実施例を示す。但し、本発明
は実施例のものに限定されるものではない。
は実施例のものに限定されるものではない。
実施例１ 石英基板１上にイオンビームスパッタ法を用いて次の条
件で約１０００Å厚の透明薄膜を作製した。膜作成時に
照射するレーザー光２とイオンビーム４の方向は図に示
す。なお、図中３はターゲットを示す。 ターゲット Ａｕ／ＳｉＯ2 イオン化ガス Ａｒ(９９.９９％） イオン銃 ４ｍＡ×９ＫＶ イオン入射角 ３０度 ベースプレッシャー ５×１０-7 Ｔｏｒｒ ターゲット−基板間距離 １３ｍｍ レーザー中心波長 ４００，６３０ｎｍ レーザー光入射角度 ３０度 レーザー出力 １０Ｗ 導入ガス Ｏ2(９９.９９％） 導入ガス圧力 １×１０-6 Ｔｏｒｒ 膜はレーザーを照射した場合と、しない場合の２種類を
作製した。２種類の膜共にＸ線回折法で調べたところ、
Ａｕの微小な回折ピークが観察された。Ａｕの粒径をＸ
線回折法で求めたところ、照射なしで平均粒径約３５Å
であった。４００ｎｍのレーザー光の場合、平均粒径は
５３Å、６３０ｎｍで７０Åであった。常温で分光光度
計を用いて調べた光学吸収端の測定結果から、粒子径の
２乗に比例したブルーシフト(高エネルギーシフト)が認
められ、量子サイズ効果を示した。又、レーザー照射膜
の吸収端の立上りは、照射なしに比べて急しゅんで鋭く
なった。
件で約１０００Å厚の透明薄膜を作製した。膜作成時に
照射するレーザー光２とイオンビーム４の方向は図に示
す。なお、図中３はターゲットを示す。 ターゲット Ａｕ／ＳｉＯ2 イオン化ガス Ａｒ(９９.９９％） イオン銃 ４ｍＡ×９ＫＶ イオン入射角 ３０度 ベースプレッシャー ５×１０-7 Ｔｏｒｒ ターゲット−基板間距離 １３ｍｍ レーザー中心波長 ４００，６３０ｎｍ レーザー光入射角度 ３０度 レーザー出力 １０Ｗ 導入ガス Ｏ2(９９.９９％） 導入ガス圧力 １×１０-6 Ｔｏｒｒ 膜はレーザーを照射した場合と、しない場合の２種類を
作製した。２種類の膜共にＸ線回折法で調べたところ、
Ａｕの微小な回折ピークが観察された。Ａｕの粒径をＸ
線回折法で求めたところ、照射なしで平均粒径約３５Å
であった。４００ｎｍのレーザー光の場合、平均粒径は
５３Å、６３０ｎｍで７０Åであった。常温で分光光度
計を用いて調べた光学吸収端の測定結果から、粒子径の
２乗に比例したブルーシフト(高エネルギーシフト)が認
められ、量子サイズ効果を示した。又、レーザー照射膜
の吸収端の立上りは、照射なしに比べて急しゅんで鋭く
なった。
【００１１】
【作用効果】本発明の方法によると、粒径の揃った超微
粒子が分散した超微粒子分散薄膜が簡単にえられ、また
エネルギーの相違する可視光を少なくとも２種類以上使
用することにより、粒径の揃った超微粒子の２種類以上
を含有する超微粒子分散薄膜が得られ、このような膜は
１つの膜で２つ以上の機能を同時に発揮することのでき
るものである。
粒子が分散した超微粒子分散薄膜が簡単にえられ、また
エネルギーの相違する可視光を少なくとも２種類以上使
用することにより、粒径の揃った超微粒子の２種類以上
を含有する超微粒子分散薄膜が得られ、このような膜は
１つの膜で２つ以上の機能を同時に発揮することのでき
るものである。
【図１】特定粒径の超微粒子における膜の透過率と光の
エネルギーの関係を示す図である。
エネルギーの関係を示す図である。
【図２】図１の超微粒子に斜線部分の範囲のエネルギー
を照射して得られた超微粒子の透過率を示す。
を照射して得られた超微粒子の透過率を示す。
【図３】本発明の実施例１に記載の方法を、模式的に示
す図である。
す図である。
１ 基板 ２ レーザー光 ３ ターゲット ４ イオンビーム
Claims (3)
- 【請求項１】 任意の薄膜形成法において、製膜面に可
視光を照射しながら製膜することを特徴とする超微粒子
分散薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 可視光として、エネルギーの相違する２
種類以上の光を使用することを特徴とする請求項１記載
の超微粒子分散薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 膜中に、平均粒径の揃った超微粒子の２
種類以上を含有することを特徴とする超微粒子分散薄
膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34891691A JPH05158093A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 超微粒子分散薄膜およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34891691A JPH05158093A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 超微粒子分散薄膜およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05158093A true JPH05158093A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18400251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34891691A Pending JPH05158093A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 超微粒子分散薄膜およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05158093A (ja) |
-
1991
- 1991-12-05 JP JP34891691A patent/JPH05158093A/ja active Pending
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