JPH054839A - ゾルゲル法による薄膜の作製方法 - Google Patents

ゾルゲル法による薄膜の作製方法

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JPH054839A
JPH054839A JP3148610A JP14861091A JPH054839A JP H054839 A JPH054839 A JP H054839A JP 3148610 A JP3148610 A JP 3148610A JP 14861091 A JP14861091 A JP 14861091A JP H054839 A JPH054839 A JP H054839A
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thin film
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sol
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JP3148610A
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Sumio Hoshino
寿美夫 星野
Masumi Ito
真澄 伊藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1212—Zeolites, glasses

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はゾルゲル法による薄膜の作製方法に
関する。 【構成】 本発明は、金属アルコキシドに、水アルコー
ル、酸を加えにことにより得られた加水分解溶液を基板
上に付着せしめて薄膜を作製する方法において、基板上
に付着せしめる以前に該加水分解溶液を静置して熟成さ
せることにより室温における粘度を０．１ポイズから１
０ポイズとすることを特徴とする。このようにすれば、
従来よりも厚膜で、膜厚の制御性が良く、均一なコーテ
ィング膜が形成可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はゾルゲル法により薄膜を
作製する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ゾルゲル法は、金属アルコキシドを、
水、アルコール等を加えた溶液（以下、加水分解溶液と
いう）中で加水分解・重縮合反応を進ませて、多孔質体
として固化させ、これを加熱することによりガラス体を
得る方法である。このゾルゲル法では、溶液状態を経由
するため、溶液を使って広い基板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。
【０００３】ゾルゲル法の一般的方法としては、例えば
「窯業協会誌，９０，（６）ｐ．３２８〜３３２（１９
５２年）」に示されているように、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
ＨＣｌを加えて攪拌し、加水分解溶液（コーティング
液）を調製する。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該基板表面に
膜を形成させ、乾燥、加熱工程を経てガラス膜を作製す
るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、この種のゾルゲ
ル法では、膜厚０．１μｍ〜０．３μｍの透明均一なコ
ーティング膜が得られているが、膜厚をこれ以上厚くす
ることを試みると、クラックの発生、白いくもり、基板
からの剥離等の欠陥が生じていた。膜厚を厚くするため
に、増粘剤としてグリセリン、エチルエーテルを加える
方法も知られているが、この方法でもせいぜい０．５μ
ｍまでが限界である。本発明は、ゾルゲル法により、従
来よりも厚膜で、膜厚の制御性がよく、均一なコーティ
ング膜を形成可能とする新規な方法を提供することを課
題としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は金属アルコキシ
ドに、水、アルコール、酸を加えることにより得られる
加水分解溶液を基板上に付着せしめて薄膜を作製する方
法において、基板上に加水分解溶液を付着せしめる前
に、該加水分解溶液を静置して熟成させることにより室
温における粘度を０．１ポイズから１０ポイズとするこ
とを特徴とする薄膜の作製方法を提供するものである。
本発明において、上記金属アルコキシドとしてはシリコ
ン、ボロン、チタン、ゲルマルウム又はアルミニウムの
アルコキシドから選ばれる１以上であることが特に好ま
しい。上記課題を達成できる方法を種々検討の結果、本
発明者等は加水分解溶液をコーティングする以前にまず
静置して熟成させ、その粘度を上げておくことが非常に
有効であり、さらに静置する時間を変化させることでそ
の粘度が変化し、これを利用して膜厚を良好に制御でき
ることをも見出し、本発明に至った。熟成後の粘度は
０．１ポイズから１０ポイズであることが必要であり、
０．１ポイズ未満では、従来法で作製した薄膜と同等の
膜厚しか得られず、１０ポイズを超えると表面に凹凸が
発生し、均一な薄膜は得られない。
【０００６】
【作用】本発明者等は、従来法では膜を厚くできない原
因を次のように考えた。すなわち、膜を基板に付着せし
める方法として、回転中の基板に加水分解溶液を滴下す
るスピンコーティング法と、加水分解溶液中に基板を浸
して一定速度で引き上げるディッピング法とがあるが、
いずれの方法においても、加水分解溶液の粘度が大きい
ほど厚い膜をコーティングすることができる。そのため
に、加水分解溶液に有機高分子など増粘剤を加える方法
が用いられてきたが、この方法ではコーティング後、加
熱する際に、有機高分子が分解して膜内部から蒸発する
ために、膜の収縮が大きくなり、膜にクラックが入りや
すい。
【０００７】そこで、本発明者等は増粘剤の添加なく粘
度を上げ得る方法を検討の結果、単に静置して熟成せし
めることで問題が解決することを見いだしたものであ
る。しかも、本発明によれば、加熱時の収縮が抑えられ
るために、クラックが入ることもない。また、熟成させ
る時間を種々に変化させることで、加水分解溶液の粘度
を調整できるので、膜厚の制御性も良好である。
【０００８】本発明に用いる加水分解溶液は、金属アル
コキシド、水、アルコールおよび触媒としての酸から成
る混合溶液を攪拌することにより調製する。金属アルコ
キシドとしては、例えばシリコン、ボロン、チタン、ゲ
ルマニウム又はアルミニウムのメトキシド、エトキシド
又はプロポキシド等が特に好ましいものとして挙げられ
るがこれらに限定されるものではなく、その他各種の金
属のアルコキシドが用いられる。また、金属アルコキシ
ドは１種以上を用いることができる。アルコールとして
は、例えばエタノール、メタノール、プロパノール、ブ
タノール等が挙げられるが、これらに限定されるもので
はない。さらに、加水分解反応を促進する触媒として
酸、例えば塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等を加えることが
望ましい。アルコールと水の割合はモル比で０．５〜５
倍程度、加水分解溶液中に加える金属アルコキシドは水
に対してモル比で２〜５倍、触媒としての酸はｐＨは１
〜５程度となる量が一般的である。前記のように熟成後
の加水分解溶液の粘度は、０．１ポイズから１０ポイズ
の範囲内にあることが必要である。０．１ポイズ未満で
は膜は得られるが従来の方法で作製した薄膜と同じ程度
の厚さであり、１０ポイズを超えると、加水分解後の縮
重合反応が進行するために、溶液中に粒子が形成され、
コーティング後、膜が均一にならない。本発明に用いる
基板の材質としては、特に限定されるところはなく、ガ
ラスの他に金属あるいはプラスチック等も用いることが
できる。加水分解溶液を基板上に付着する手段として
は、この種の技術分野で通常行われるいずれの手法によ
ってもよいが、例えばスピンコート法、ディッピング法
等を挙げることができる。熟成時間を調整して粘度を制
御することにより、付着量を増減できて膜厚を制御でき
る。基板上に付着させた後は、公知の技術により乾燥、
固化させて、膜を得る。具体的条件の例は下記の実施例
に示す。
【０００９】
【実施例】以下に本発明を実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ シリコンエトキシド５０ｍｌ，エタノール３０ｍｌ，１
Ｎ塩酸２０ｍｍをビーカーに入れ、約３０分間攪拌して
加水分解溶液を得た。この加水分解溶液を２４時間静置
して熟成させた後、４０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ１ｍｍの
ソーダライムシリカガラス基板上にスピンコートするこ
とで膜を形成した。なお、コーティングの前の加水分解
溶液の粘度は４ポイズであった。次にこの膜を１００℃
ーで４８時間保った後、徐々に５００℃まで昇温した。
得られたガラス膜は厚さ１．７μｍで透明均質であるこ
とを確認した。
【００１０】実施例２ 実施例１の加水分解溶液を４８時間静置して熟成させた
後にスピンコートし、同様に熱処理したところ、２．１
μｍの透明均質な膜が得られた。このとき、コーティン
グ前の加水分解溶液の粘度は１０ポイズであった。
【００１１】比較例１ 実施例１の加水分解溶液を７２時間静置して熟成させた
後にスピンコートし、同様に熱処理したところ、膜を凹
凸が生じ均質な膜は得られなかった。このとき、コーテ
ィング前の加水分解溶液の粘度は２０ポイズであった。
【００１２】比較例２ 実施例１の加水分解溶液を静置・熟成させることなくそ
のままスピンコートし、同様に熱処理したところ、膜厚
は０．３μｍであった。調製直後の加水分解溶液の粘度
は０．１ポイズ未満であった。
【００１３】実施例３ 本発明に従いディッピング法により薄膜を作成した。シ
リコンエトキシド５０ｍｌ、チタンイソプロポキシド
１．５ｍｌ、エタノール３０ｍｌ、１Ｎ塩酸２０ｍｌを
ビーカーに入れ、約３０分間攪拌して加水分解溶液を調
製し、２４時間熟成することにより粘度を４ポイズまで
増加させた。その後基板を該加水分解溶液に浸漬し、毎
分１００ｍｍの引き上げ速度で引き上げた。以降は実施
例１と同様に熱処理したところ厚さ１．８μｍの均一な
チタンドープシリカ膜が得られた。
【００１４】以上の実施例から、本発明によれば加熱の
際のクラックの発生なく従来よりも厚い膜を得られるこ
とがわかる。また、上記ではシリコン、チタンのアルコ
キシドの場合を例示したが、本発明はその他の金属アル
コキシドについても同様に有効である。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明はゾルゲル法
による薄膜形成において、透明均一で厚い膜を得るのに
効果的であり、機械的、化学的、電磁気的な機能を有す
るコーティング膜の製造に利用すると非常に有利であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０１Ｇ 17/02 7202−4Ｇ 23/053 7202−4Ｇ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属アルコキシドに、水、アルコール、
    酸を加えることにより得られる加水分解溶液を基板上に
    付着せしめて薄膜を作製する方法において、基板上に加
    水分解溶液を付着せしめる前に、該加水分解溶液を静置
    して熟成させることにより室温における粘度を０．１ポ
    イズから１０ポイズとすることを特徴とする薄膜の作製
    方法。
  2. 【請求項２】 上記金属アルコキシドがシリコン、ボロ
    ン、チタン、ゲルマニウム又はアルミニウムのアルコキ
    シドから選ばれる１以上であることを特徴とする請求項
    １記載の薄膜の作製方法。
JP3148610A 1990-10-25 1991-06-20 ゾルゲル法による薄膜の作製方法 Pending JPH054839A (ja)

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