JPH0743523A - 光学物品およびその製造方法 - Google Patents

光学物品およびその製造方法

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JPH0743523A
JPH0743523A JP20708293A JP20708293A JPH0743523A JP H0743523 A JPH0743523 A JP H0743523A JP 20708293 A JP20708293 A JP 20708293A JP 20708293 A JP20708293 A JP 20708293A JP H0743523 A JPH0743523 A JP H0743523A
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JP
Japan
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thin film
metal element
optical article
glass
transparent substrate
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JP20708293A
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English (en)
Inventor
Toshiya Ito
俊哉 伊藤
Hidemi Nakai
日出海 中井
Tadashi Kumakiri
正 熊切
Noriyuki Inuishi
典之 犬石
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Kobe Steel Ltd
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】波長選択吸収性を付与するために金属微粒子を
均一に分散含有させた大面積の光学物品および、この光
学的物品を量産するための製造方法を提供する。 【構成】透明基体と、光透過性を有しかつこの透明基体
上に形成された薄膜と、この薄膜にイオン注入法にて注
入された少なくとも1種類の金属元素とによって光学物
品を構成する。また上記透明基体上に上記薄膜を形成
し、次いで上記金属元素を上記薄膜内にイオン注入法に
より打込むことで上記光学物品を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、波長選択吸収性を備
える光学物品およびこの光学物品の製造方法の改良に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来例としては、金属コロイド微粒子を
溶融法やゾルゲル法によってガラス中に含有させ、その
微粒子の特定波長に対する光吸収を利用して成る光フィ
ルタが公知である。
【0003】あるいは半導体微粒子や金属超微粒子を、
ゾルゲル法やスパッタ法によってガラス質薄膜に含有さ
せたものも報告されている。
【0004】さらに金属元素をガラスの表面近傍にイオ
ン注入法にて含有させたものも報告されているが、この
場合には、上記ガラス内に形成された金属粒子の粒径や
形状が、注入条件に依存して決定されるという報告があ
る。
【0005】ところでこのようにして製造された金属微
粒子含有ガラスや、半導体/金属超微粒子含有薄膜は、
紫外光や可視光の領域で波長選択的に光の吸収を示した
り、あるいは非線形光学特性を示すことが既に報告され
ている。なおこの現象は、微粒子中における伝導電子の
プラズマ振動や励起子によって生じるものと考えられて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら金属元素
を溶融状態にあるガラスに添加する従来の方法ではその
含有量に限界があり、また分布の均質性にも問題が生じ
る。
【0007】また上記ゾルゲル法を使用した場合は、生
産性に問題があると共に、製造できる製品の大きさにも
限界がある。このため現在生産されている吸収ガラスフ
ィルタはその面積が小さい。
【0008】次に上記スパッタ法を使用した場合は、上
記ガラス質薄膜に膜厚寸法の分布が存在すると同様に、
上記含有させた微粒子にも密度分布を生じるため、製品
の均質性を確保しながら大面積の製品を得ることが困難
である。
【0009】次に上記イオン注入法を使用した場合は、
実用的なソーダライムガラスを使用すると、ガラス中の
アルカリ成分と注入イオンとの間に相互作用を生じるお
それがある。このためアルカリ成分の少ないガラス、例
えば石英ガラスの使用が必要になって量産が困難とな
り、また大面積の製品が得難くなる。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は透明基体と、光
透過性を有しかつこの透明基体上に形成された薄膜と、
この薄膜にイオン注入法にて注入された少なくとも1種
類の金属元素とから成る光学物品に係るものである。
【0011】上記金属はAu、Ag、Cu、Tiまたは
Feであるのがよい。なお貴金属元素を使用した場合
は、酸化しにくいこと並びに、一価イオンは拡散定数が
大きいことなどから、注入量が少なくとも容易に微粒子
が形成されるという利点がある。
【0012】次に上記薄膜は、Si、Al、Sn、T
i、CrおよびZrのうちの少なくとも1種類の元素の
酸化物または酸窒化物であるのがよい。
【0013】また上記透明基体は、安価であるソーダラ
イムガラス板であるのがよいが、その他のガラスであっ
ても、あるいは透明な合成樹脂板などであってもよい。
なおガラスの場合は、化学的安定性を有する点で有利で
ある。
【0014】次に本発明は上記光学物品の製造方法に係
り、光透過性を有する薄膜を透明基体上に形成し、その
あと少なくとも1種類の金属元素をこの薄膜にイオン注
入法にて打ち込むことを特徴とする。
【0015】
【実施例】以下本発明の実施例につき、図1〜4を参照
しながら説明する。
【0016】実施例1
【0017】透明基体として厚さ2.0mm、大きさ1
00mm×100mmのソーダライムガラス板を使用
し、予め研磨および洗滌を行なった。
【0018】次にrfマグネトロンスパッタ装置を使用
して、このソーダライムガラス板上にSiO2 薄膜を形
成した。なおその際上記ガラス板は、上記装置に付属す
るキャリアで水平に搬送された。またSiO2 ターゲッ
トの大きさは127mm×381mm、その厚さは5.
0mmであり、投入されたrf電力は4.5kwであっ
た。
【0019】スパッタガスはアルゴン、酸素の比が9:
1の混合ガスで、流量は50SCCM(標準状態でのc
c/分)、また導入ガス圧は3.0Torrとなるよう
に排気速度が調整された。なお背圧は5×10-6Tor
r以下であった。
【0020】室温に保たれた上記ガラス板は、上記ター
ゲットの上方50mmの位置を26mm/minの速度
で水平に搬送された。またその結果得られたSiO2
膜は無色透明で、膜厚は300nmであり、波長63
2.8nmにおける屈折率は1.45であった。
【0021】次にイオン注入装置を使用してAgイオン
が、上記SiO2 薄膜のガラス板側ではない表面に注入
された。その際上記ガラス板は、水冷された銅製ホルダ
で保持された。
【0022】上記イオン注入は室温で行われ、真空圧は
1×10-6Torrであった。またビーム電流値と照射
時間との積は、ビーム中央の注入量が加速電圧70KV
の下で7.0×1016ions/cm2 になるように調
節された。
【0023】次に上記試料について透過電子顕微鏡(T
EM)による表面/断面観察、二次イオン質量分析計
(SIMS)およびラザフォード後方散乱(RBS)に
よる深さ方向濃度分布の観察および、誘導コイルプラズ
マ原子発光分析(ICP−AES)によるAgイオン含
有量の分析が行われた。
【0024】そしてその結果、ビーム中心と対応する部
分における上記薄膜のAgイオン含有量が6.62×1
16ions/cm2 と判断され、ほゞ設定値に等しい
ことが確認された。
【0025】次に上記深さ方向の濃度分布については、
深さ15nmの付近に急峻なピークが、また深さ50n
mの付近にブロードなピークの存在が確認された。図1
はSIMSによる薄膜深さとAgイオン検出強度との関
係線図で上記深さ方向のAgイオン濃度分布を示すが、
図の曲線は、コロイド粒子が形成された際、特徴的に出
現する2ピーク型(bimodal)を示している。
【0026】図2および3は、TEMによる試料の断面
および表面の観察結果を示すが、図2によると深さ15
nm付近の上記急峻なピークは、粒径約30nmの金属
Agから成る結晶質粒子と対応することが明らかであ
る。また深さ50nm付近には大きな結晶粒子を認めな
いから、イオンが酸化物のような状態で分散しているも
のと考えられる。なお図3によると、上記粒径約30n
mの金属Agの分散は均一であることがわかる。
【0027】図4には試料の分光透過率測定結果を示
す。図によると波長450nmの付近にやゞブロードな
吸収ピークが認められる。これは金属粒子中における伝
導電子のプラズマ振動に起因する。なお赤外線領域で
は、金属Ag薄膜で見られた吸収ピークを認めない。
【0028】実施例2
【0029】実施例1と同様に、膜厚300nmのSi
2 薄膜をソーダライムガラス板上に形成し、Cuイオ
ンをこの薄膜に注入した。なお注入に際しては実施例1
と同様、ビーム電流値と照射時間との積を、ビーム中央
の注入量が加速電圧70KVの下で7.0×1016io
ns/cm2 になるように調節した。
【0030】実施例1の場合と同様の各種調査結果によ
れば、ビーム中心と対応する部分における上記薄膜のC
uイオン含有量は8.07×1016ions/cm2
判断された。また深さ100nm付近には、金属Cuか
ら成る粒径約10nmの結晶質粒子が認められた。
【0031】実施例3
【0032】SiO2 薄膜の形成までは、実施例1、2
の場合と同様である。次いでこの薄膜にTiイオンを注
入したが、注入量は1×1016〜4×1017ions/
cm2 の範囲で4種類を選んだ。なお前記実施例と同様
の調査を行った結果、注入量が4×1017ions/c
2 のときに結晶質粒子の形成を認めた。
【0033】実施例4
【0034】rfマグネトロンスパッタ装置を実施例
1、2、3の場合と同様に使用して、ソーダライムガラ
ス板上に厚さ300nmのSnO2 、TiO2 およびZ
rO2の薄膜をそれぞれ形成した。
【0035】スパッタガスは酸素であり、流量は100
SCCM、また導入ガス圧は3.0mTorrであっ
た。なお投入電力および上記ガラス板の搬送速度につい
ては、膜厚が300nmとなるように調節された。
【0036】得られた上記薄膜はほとんどが無色透明
で、吸収はきわめて低い(K<0.01)。また波長6
32.8nmにおける屈折率nは、SnO2 、TiO2
およびZrO2 の各薄膜についてそれぞれ2.0、2.
5および2.1であった。
【0037】次に実施例1と同様にAgイオンが各薄膜
に注入されて、得られた試料につき分光透過率が測定さ
れた。
【0038】その結果、上記SnO2 、TiO2 および
ZrO2 の各薄膜で、吸収ピークがそれぞれ540n
m、720nmおよび610nmの付近に認められた。
【0039】ところで上記薄膜の形成にはrfマグネト
ロンスパッタ装置を使用したが、その他の公知である各
種真空成膜法、たとえば真空蒸着法をスパッタリング法
に代えて使用してもよい。
【0040】またかくして形成される薄膜の厚さは、金
属イオンの打込み深さよりも大きくまたイオン注入にと
もなう表面エッチングの深さよりも大きいことが必要で
ある。なお多層膜化して光学特性を調整する場合は、透
明基体であるガラス板に金属イオンが少なくとも侵入し
ないよう、上記薄膜に最低限の厚さを与えることが好ま
しい。また上記薄膜として必要な厚さは、イオン注入時
の加速電圧を適切に選択することによって容易に調整す
ることができる。
【0041】次に上記イオンの注入に際しては、大口径
イオンビームを使用したり、あるいはイオンビームを走
査させたりすれば、金属微粒子の分散を均質化させるこ
とができる。またその結果大面積の製品も、容易に得る
ことができる。
【0042】次に薄膜における吸収波長域の制御は、適
当な屈折率を持つ膜物質を選択することによって容易に
達成することができる。なおこの考えは、多層光学デバ
イスの構成要素層に対しても容易に適用が可能である。
【0043】
【発明の効果】本発明では安価でしかも大面積が確保し
易いガラス板をその基体に使用することができる。
【0044】また本発明では上記基体上に薄膜を形成
し、この薄膜に金属元素をイオン注入法にて注入するよ
うにしたから、そのプロセスを繰り返したり、あるいは
逆にドライエッチングを併用することによって、粒子分
散領域の厚さを容易に制御することができる。しかも上
記薄膜には、所望の屈折率を持った物質を選択できるた
めに、吸収波長域の制御も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】薄膜深さとAgイオン検出強度との関係線図
【図2】TEMによる薄膜断面の観察結果(倍率40万
倍)を示す写真
【図3】TEMによる薄膜表面の観察結果(倍率40万
倍)を示す写真
【図4】吸収波長と分光透過率との関係線図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊切 正 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 犬石 典之 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基体と、光透過性を有しかつこの透明
    基体上に形成された薄膜と、この薄膜にイオン注入法に
    て注入された少なくとも1種類の金属元素とから成る光
    学物品。
  2. 【請求項2】上記金属元素はAu、Ag、Cu、Tiま
    たはFeである請求項1記載の光学物品。
  3. 【請求項3】上記薄膜はSi、Al、Sn、Ti、Cr
    およびZrのうちの少なくとも1種類の元素の酸化物で
    ある請求項1記載の光学物品。
  4. 【請求項4】上記薄膜はSi、Al、Sn、Ti、Cr
    およびZrのうちの少なくとも1種類の元素の酸窒化物
    である請求項1記載の光学物品。
  5. 【請求項5】上記透明基体はソーダライムガラス板であ
    る請求項1記載の光学物品。
  6. 【請求項6】透明基体上に光透過性を有する薄膜を形成
    し、少なくとも1種類の金属元素をこの薄膜にイオン注
    入法にて打ち込むことを特徴とする光学物品の製造方
    法。
  7. 【請求項7】Ag、Au、Cu、TiおよびFeの中か
    ら選択された金属元素を上記薄膜に打ち込む請求項6記
    載の製造方法。
  8. 【請求項8】Si、Al、Sn、Ti、CrおよびZr
    のうちの少なくとも1種類の元素の酸化物で上記薄膜を
    形成する請求項6記載の製造方法。
  9. 【請求項9】Si、Al、Sn、Ti、CrおよびZr
    のうちの少なくとも1種類の元素の酸窒化物で上記薄膜
    を形成する請求項6記載の製造方法。
  10. 【請求項10】上記透明基体にソーダライムガラス板を
    使用する請求項6記載の製造方法。
JP20708293A 1993-07-29 1993-07-29 光学物品およびその製造方法 Pending JPH0743523A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5658532A (en) * 1994-09-30 1997-08-19 Toa Medical Electronics Co., Ltd. Cuvette and cuvette-transporting apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5658532A (en) * 1994-09-30 1997-08-19 Toa Medical Electronics Co., Ltd. Cuvette and cuvette-transporting apparatus

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