JPH1135710A - 金属酸化物薄膜の製造方法 - Google Patents

金属酸化物薄膜の製造方法

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JPH1135710A
JPH1135710A JP20854997A JP20854997A JPH1135710A JP H1135710 A JPH1135710 A JP H1135710A JP 20854997 A JP20854997 A JP 20854997A JP 20854997 A JP20854997 A JP 20854997A JP H1135710 A JPH1135710 A JP H1135710A
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JP
Japan
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metal oxide
thin film
metal
perovskite structure
forming
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JP20854997A
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English (en)
Inventor
Motoyuki Toki
元幸 土岐
Naoko Asakuma
直子 朝隈
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KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO
KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO KK
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KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO
KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチックスなどの耐熱性の低い基体上に
も、ぺロブスカイト型構造を有する金属酸化物の薄膜を
形成できる方法を提供する。 【解決手段】 2種以上の金属アルコキシドまたは金属
塩を出発原料として得られるぺロブスカイト型構造を有
する金属酸化物の前駆体ゾルを被塗布物の表面に塗布
し、被塗布物表面に金属酸化物ゲルの薄膜を形成した
後、その薄膜に対して波長が360nm以下である紫外
光を照射し、薄膜を形成している金属酸化物ゲルを結晶
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガラス、セラミ
ックス、プラスチックスなどの基体の表面に金属酸化物
の薄膜、特にぺロブスカイト型構造を有する金属酸化物
の薄膜を形成するための金属酸化物薄膜の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】通常、複合酸化物の粉末を製造する場合
は、低温での結晶化が可能である(特公平7−3325
6号公報、特公平7−72087号公報等参照)。一
方、ゾル−ゲル法により複合酸化物の薄膜を製造する場
合においては、例えばチタン酸バリウムBaTiO3
薄膜を形成してそれを結晶化させるには、例えばマテリ
アル・リサーチ・ソサイアティ・シンポジウム・プロシ
ーディングス(Material Research
Society Symposium Proceed
ings) Vol.32 157−161(198
4)に記載されているように、600℃の温度での加熱
処理が必要であった。また、PZT(Pb(Zr,T
i)O3)の薄膜やPLZT系(PbO−La23−Z
rO2−TiO2)の薄膜では、例えばプロシーディング
ス・オブ・ブリティッシュ・セラミック・ソサイアティ
(Proc. Br. Ceram. Soc.)
,107−121(1985)に記載されているよう
に、ぺロブスカイト相を結晶化させるのに、450℃〜
600℃の温度での加熱処理が必要であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、一般
的なゾル−ゲル法によりぺロブスカイト型構造を有する
金属酸化物の薄膜を形成する従来方法では、金属酸化物
を結晶化させるためには、500℃前後以上の高温での
加熱処理が必須である。このため、従来の方法によって
は、プラスチックスなどのような耐熱性の低い基体上
に、ぺロブスカイト型構造を有する金属酸化物の薄膜を
形成することができなかった。
【0004】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、プラスチックスなどの耐熱性の低い
基体上にも、ぺロブスカイト型構造を有する結晶化した
金属酸化物の薄膜を形成することができる金属酸化物薄
膜の製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明では、上記目的
を達成するための手段として、ゾル−ゲル法により形成
された金属酸化物ゲルの薄膜を結晶化させるのに、紫外
光を利用するようにした。すなわち、請求項1に係る発
明は、2種以上の金属アルコキシドまたは金属塩を出発
原料として得られるぺロブスカイト型構造を有する金属
酸化物の前駆体ゾルを被塗布物の表面に塗布して、被塗
布物表面に金属酸化物ゲルの薄膜を形成した後、その薄
膜に対して波長が360nm以下である紫外光を照射
し、薄膜を形成している金属酸化物ゲルを結晶化させ
て、結晶性の金属酸化物薄膜を被塗布物表面に形成する
ことを特徴とする。
【0006】請求項1に係る発明の製造方法では、2種
以上の金属アルコキシドまたは金属塩を出発原料として
得られるぺロブスカイト型構造となり得る組成の金属酸
化物の前駆体ゾルを被塗布物の表面に塗布して、金属酸
化物ゲルの薄膜を形成した後、その薄膜に対して波長が
360nm以下である紫外光を照射することにより、金
属酸化物が結晶化される。したがって、金属酸化物の結
晶化のために高温での加熱処理を行う必要が無いので、
プラスチックスのような耐熱性の低い基体上へぺロブス
カイト型構造を有する金属酸化物の薄膜を形成すること
も可能になる。なお、紫外光の照射による金属酸化物の
結晶化のメカニズムは明確ではないが、紫外光を薄膜が
吸収し、そのエネルギーによって原子の再配列が進行さ
せられ、金属酸化物が結晶化するものと考えられる。
【0007】請求項2に係る発明は、請求項1記載の製
造方法において、ぺロブスカイト型構造を有する金属酸
化物が、化学式ABO3で示され、その式中、Aが、B
a、Sr、PbおよびLaからなる群より選ばれた1種
もしくは2種以上の元素であり、Bが、Ti、Zr、G
eおよびSnからなる群より選ばれた1種もしくは2種
以上の元素である複合酸化物もしくは固溶体であり、ま
たは、前記式中、Aが、Li、NaおよびKからなる群
より選ばれた1種もしくは2種以上の元素であり、B
が、Nbおよび/またはTaである複合酸化物もしくは
固溶体であることを特徴とする。
【0008】請求項3に係る発明は、請求項1または請
求項2記載の製造方法において、金属酸化物ゲルの薄膜
に対して照射する紫外光の光源として、高圧水銀ラン
プ、低圧水銀ランプ、ArFエキシマレーザ、KrFエ
キシマレーザ、エキシマランプ、YAGレーザ4倍波お
よびシンクロトロン放射光からなる群より選ばれた1種
の光源を使用しまたは2種以上の光源を組み合わせて使
用することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について説明する。
【0010】この発明に係る金属酸化物薄膜の製造方法
では、まず、2種以上の金属アルコキシドまたは金属塩
を出発原料とし、2種以上の金属アルコキシドまたは金
属塩を含む溶液を加水分解・重合させて、ぺロブスカイ
ト型構造を有する金属酸化物の前駆体ゾルを調製する。
金属アルコキシドとしては、アルコキシル基の炭素数が
1〜5であるものが使用され、より好ましくはアルコキ
シル基の炭素数が2〜4のものが使用される。ぺロブス
カイト型構造を有する金属酸化物は、化学式ABO3
示されるが、その式中、例えば、Aは、Ba、Sr、P
bおよびLaからなる群より選ばれた1種もしくは2種
以上の元素であり、Bは、Ti、Zr、GeおよびSn
からなる群より選ばれた1種もしくは2種以上の元素で
あって、ぺロブスカイト型構造を有する金属酸化物は、
それらの元素の複合酸化物または固溶体である。あるい
は、前記式中、Aは、Li、NaおよびKからなる群よ
り選ばれた1種もしくは2種以上の元素であり、Bは、
NbもしくはTa、またはNbおよびTaであって、ぺ
ロブスカイト型構造を有する金属酸化物は、それらの元
素の複合酸化物または固溶体である。
【0011】金属アルコキシドまたは金属塩を溶解させ
る溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノールなどのアルコール類、酢酸エチルなどの
有機酸エステル、アセトニトリル、アセトンやメチルエ
チルケトンなどのケトン類、テトラヒドラフラン(TH
F)やジオキサンなどのシクロエーテル、ホルムアミド
(FA)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)な
どの酸アミド、炭化水素、トルエンなどの芳香族などが
使用される。
【0012】また、金属アルコキシドを含む溶液に、多
座配位化合物であるβ−ジケトン(RCOCH2CO
R’;R、R’はアルキル基またはアルコキシル基)、
アルコキシアルコール、アルカノールアミン、グリコー
ル類、グリセリンなどを、アルコキシドの安定化の目的
で含ませるようにしてもよい。β−ジケトンとしては、
アセチルアセトン、アセト酢酸エチルやアセト酢酸メチ
ルなどのアセト酢酸エステル、マロン酸ジエチルなどの
マロン酸エステルなどが使用される。アルコキシアルコ
ールとしては、1−メトキシ−2−プロパノール、2−
メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−メ
トキシ−2−プロパノールなどが使用される。アルカノ
ールアミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノ
ールアミン、トリエタノールアミンなどが使用される。
グリコール類としては、エチレングリコール、ジエチレ
ングリコール、トリエチレングリコールおよびプロピレ
ングリコールやこれらの化合物のモノアルキルエーテル
や酢酸エステルが使用される。これらの化合物は単独で
用いられあるいは併用され、その種類は、金属種やアル
コキシル基の種類により選定される。また、これらの化
合物は、金属アルコキシドの0.1モル倍〜1.5モル
倍の量が含まれることが望ましい。
【0013】金属アルコキシドまたは金属塩を含む溶液
の加水分解には、金属アルコキシドまたは金属塩の0.
05モル倍〜2モル倍の水が用いられ、より好ましく
は、0.5モル倍〜1.5モル倍の水が用いられる。こ
の加水分解には、酸触媒および/または塩基触媒を用い
るようにしてもよく、好ましくは、塩酸などの鉱酸や酢
酸などの有機酸が用いられる。
【0014】金属アルコキシドまたは金属塩を含む溶液
の加水分解によって金属酸化物の前駆体ゾルが調製され
ると、そのゾルを基板の表面に塗布し、それを乾燥させ
て基板表面に金属酸化物ゲルの薄膜を形成する。ゾルの
塗布方法は、特に限定されず、通常行われるディップコ
ート法、スピンコート法、フローコート法などが用いら
れる。なお、このとき得られた金属酸化物ゲルの薄膜と
しては、その膜中の残留有機物量が少ない程、また、加
熱処理した場合の結晶化温度が低い程好ましい。
【0015】基板表面に金属酸化物ゲルの薄膜が形成さ
れると、その薄膜に対して波長が360nm以下である
紫外光を照射する。紫外光の光源としては、波長が36
0nm以下である紫外光を照射可能であれば、その種類
を問わないが、例えば、高圧水銀ランプ、低圧水銀ラン
プ、エキシマランプ、ArFエキシマレーザ、KrFエ
キシマレーザ、YAGレーザ4倍波、シンクロトロン放
射光などが使用される。また、これらの光源のうち2つ
もしくはそれ以上のものを組み合わせて使用することも
可能である。この薄膜に対する紫外光照射の際に、目的
に応じて、基板を加熱したり、基板を減圧下に置いた
り、雰囲気(酸化雰囲気または非酸化雰囲気)を制御し
たりすることも可能である。また、紫外光の照射強度や
ショット数は、金属酸化物ゲルの薄膜の種類や組成など
に応じて適宜選択される。金属酸化物ゲルの薄膜に対し
て紫外光が照射されることにより、薄膜を形成している
金属酸化物ゲルが結晶化され、基板の表面にぺロブスカ
イト型構造を有する金属酸化物の強誘電性膜が形成され
る。
【0016】
【実施例】次に、この発明を具体的に適用した実施例に
ついて説明する。
【0017】〔実施例1〜11〕ぺロブスカイト型構造
を有する金属酸化物ABO3を得るために、A−アルコ
キシドとB−アルコキシドとを、金属酸化物の固形分濃
度が1〜5重量%となるように溶媒に添加し、A−アル
コキシドおよびB−アルコキシドを所定の比率で含む混
合溶液を調製して還流させた後、この混合溶液に水を添
加して溶液を加水分解させた。これにより、金属酸化物
ABO3の前駆体ゾルが得られた。出発原料としたA−
アルコキシドおよびB−アルコキシドのそれぞれの種
類、溶媒の種類、加水分解に使用した水の量などの合成
条件を表1にまとめて示す。表1中、「安定化剤」の
「量」の欄には、安定化剤/全アルコキシドのモル比を
示しており、「水の添加量」の欄には、H2O/(全ア
ルコキシド)のモル比を示している。
【0018】
【表1】
【0019】得られた金属酸化物前駆体ゾルをデイップ
コート法によりシリカガラス上に塗布して、シリカガラ
ス上にゲル膜を形成した。このゲル膜に、ArFエキシ
マレーザ(32mJ/cm2)を100〜1,000ショ
ット照射した。この結果、表2に示すように、結晶性の
金属酸化物ABO3の薄膜が得られた。表2中の「○」
は、薄膜X線回折により金属酸化物の結晶化が確認され
たことを示している。
【0020】〔比較例1〜11〕上記した実施例1〜1
1で得られた金属酸化物前駆体ゾルをデイップコート法
によりシリカガラス上に塗布して、シリカガラス上にゲ
ル膜を形成し、それぞれのゲル膜を1時間焼成して結晶
化させた。このときのそれぞれのゲル膜の結晶化温度を
表2にまとめて示す。
【0021】
【表2】
【0022】表2から分かるように、結晶化温度の最も
低いLiNbO3やLiTaO3でも、その結晶化が確認
されるには、400℃の温度での加熱処理が必要であっ
た。
【0023】
【発明の効果】請求項1ないし請求項3に係る発明の製
造方法によると、ぺロブスカイト型構造を有する金属酸
化物の薄膜を室温付近の温度で得ることができる。した
がって、プラスチックスなどの耐熱性の低い基板上に
も、ぺロブスカイト型構造を有する金属酸化物の薄膜を
形成することが可能となる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2種以上の金属アルコキシドまたは金属
    塩を出発原料として得られるぺロブスカイト型構造とな
    り得る組成の金属酸化物の前駆体ゾルを被塗布物の表面
    に塗布して、被塗布物表面に金属酸化物ゲルの薄膜を形
    成した後、その薄膜に対して波長が360nm以下であ
    る紫外光を照射し、薄膜を形成している金属酸化物ゲル
    を結晶化させて、結晶性の金属酸化物薄膜を被塗布物表
    面に形成することを特徴とする金属酸化物薄膜の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 ぺロブスカイト型構造を有する金属酸化
    物が、 化学式ABO3で示され、その式中、Aが、Ba、S
    r、PbおよびLaからなる群より選ばれた1種もしく
    は2種以上の元素であり、Bが、Ti、Zr、Geおよ
    びSnからなる群より選ばれた1種もしくは2種以上の
    元素である複合酸化物もしくは固溶体であり、または、
    前記式中、Aが、Li、NaおよびKからなる群より選
    ばれた1種もしくは2種以上の元素であり、Bが、Nb
    および/またはTaである複合酸化物もしくは固溶体で
    ある請求項1記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 金属酸化物ゲルの薄膜に対して照射する
    紫外光の光源が、 高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、ArFエキシマレー
    ザ、KrFエキシマレーザ、エキシマランプ、YAGレ
    ーザ4倍波およびシンクロトロン放射光からなる群より
    選ばれた1種の光源もしくは2種以上の光源の組合せで
    ある請求項1または請求項2記載の金属酸化物薄膜の製
    造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003255522A (ja) * 2002-02-27 2003-09-10 Nippon Sheet Glass Co Ltd ポジ型金属酸化物パターン薄膜の形成方法
KR100918225B1 (ko) * 2006-08-21 2009-09-21 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠 형광체 박막의 제조 방법
RU2504359C1 (ru) * 2012-11-21 2014-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "СтавСтандарт" Регенерирующая композиция для ухода за кожей
JP2016047797A (ja) * 2009-03-23 2016-04-07 エスビーエー マテリアルズ インク 新規な誘電体酸化物膜およびその製造方法

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