JPS62178906A - 酸化物−金属多層膜およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光選択透過性または光透過性を有する酸化物
−金属多層膜およびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の光の選択透過膜としての光画像素子には。

特開昭６０−１０３３２９号に示されているように、有
機物を光導電層が積層されてなる光画像素子が存在する
。

また、Ｎｉ、Ｇｏ、Ｆｅ系酸化物が交互に積層された人
工格子（特開昭５９−１８４７９９号）やＦａ−Ｆｏ３
０４積層膜（特開昭５８−１１４７号）が存在する。

この酸化物に関する二つの従来例は、人工格子およびそ
の製造方法や、Ｆａ−Ｆｅ６０番の積層膜の製造方法に
関するものであり、これら人工格子や酸化物積層膜は磁
気記録材料として用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記特開昭６０−１０３３２９号の光画像素子
では、有機物が用いられているために、熱安定性が低く
、問題となっていた。

また、上記人工格子やＦ　ｅ−ＦｅａＯ４の積層膜の従
来例では、磁気記録材料としてのみ用いられているもの
であり、その人工格子や酸化物積層膜の光学物性に関す
る技術は全く提案されていない。

本発明は、係る問題点に鑑み、熱安定性が良好で、かつ
光選択透過性あるいは光透過性を有する酸化物−金属多
層膜を提供すること、およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための技術的手段〕本発明者らは、
光選択透過膜および光透過膜について種々の検討を行っ
た結果、光選択性を有する酸化物と、光を選択的に吸収
可能な３ｄ、４ｄ。

５ｄ遷移金属とを組み合わせることによって、光選択性
透過性および光透過膜を得ることができた。

本発明は、かかる知見を基にしてなされたものであり１
本願第１の発明は、光透過性酸化物からなる酸化物薄膜
と、３ｄ、４ｄ、５ｄ遷移金属の少なくとも一種の金属
からなる金属薄膜とが交互に積層されてなる酸化物−金
属多層膜である。

また、本願第２の発明は、光透過性酸化物からなる酸化
物薄膜と、３ｄ、４ｄ、５ｄ遷移金属の少なくとも一種
の金属からなる金属薄膜とが交互に積層されてなり、か
つ光透過性空洞部を有してる酸化物−金属多層膜である
。

また、本願第３の発明は、光透過性酸化物からなる酸化
物薄膜と、３ｄ、４ｄ、５ｄ遷移金属の少なくとも一種
の金属からなる金属薄膜とが交互に積層して酸化物−金
属多層膜を形成し、当該酸化物−金属多層膜にレーザ光
を照射し、当該レーザ光照射金属薄膜部分に空洞を形成
することにより、光透過性空洞部を形成することを特徴
とする酸化物−金属多層膜の製造方法である。

上記光透過性酸化物としては、５ｉＯｚ　、　ＡＱｚＯ
ａ。

Ｚｒ０ｚ、　’ＩｚＯＢなどを用いることができる。こ
の酸化物−金属多層膜中の酸化物の層厚は、５００Å以
下であることが望ましい。これは、５ｉｎｓを除く酸化
物は１層厚が大きくなると、光透過性を有しなくなるた
めである。

上記遷移金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ。

Ｇｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ。

Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ。

Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔなどの３ｄ、４ｄ、５ｄ遷移金属を用
いる。

上記酸化物−金属多層膜に光を透過させた場合に、かか
る多層膜端面から透過される光の波長は、遷移金属の種
類によって変ってくる。すなわち、ｄ電子数が多くなる
と透過光の波長は短波長側になってくる。このことは、
ｄ電子数が多い遷移金属では長波長側の光が吸収されて
いることを示している。

透過光の強度は、遷移金属層の厚さによって影響を受け
る。すなわち、遷移金属層が厚くなると光吸収量が大き
くなるために、透過光の強度が低下することになる。そ
のため、遷移金属層の厚さは通常１００Å以下とするこ
とが望ましい。なお、透過光の波長および強度は、遷移
金属の種類および遷移金属の厚さを適当に調節すること
により適宜決定することが可能である。

また、レーザ光を酸化物−金属多層膜に照射することに
より、金属層厚さを薄くでき、透過光の強度を大きなも
のとすることができる。これは、レーザ光の吸収率が酸
化物層より金属層の方が大きいことによる。

レーザ光を長時間または強いレーザ光を酸化物−金属多
層膜に照射することにより、照射部位において空洞部を
形成することができる。この結果。

このような酸化物−金属多層膜は、光透過性を部分的に
有することになる。

光透過部は、酸化物−金属多層膜を貫通するように、ま
たは酸化物−金属多層膜の一部を限定するように形成可
能である。これは、レーザ光の焦点を適当に合わせるこ
とにより、酸化物−金属多層膜の一部分の金属層部分に
空洞部を形成することができるためである。

レーザ光を金属層に照射することにより、金属原子が酸
化物中に拡散することになる。レーザ光の強度が強いと
拡散が全金属層にわたって起こるため、かかる照射部位
の金属層が空洞となる。金属層が酸化物層に拡散するの
であるから、酸化物は金属原子が拡散しやすいよう多孔
質であることが望ましい。

酸化物層および金属層は、スパッタリングや真空蒸着に
よって作ることができる。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例について説明する。

ガラス基板上に５ｉＯｚをスパッタしたのち、３ｄ遷移
金属のＦｅ、Ｃｕ、４ｄ遷移金属のＭ　ｏ　。

Ｐｄ＋　Ａ　ｇ　ｒ　５　ｄ遷移金属のＴａ、Ａｕの各
々を各ガラス基板にスパッタして、酸化物層および金属
層を形成した。酸化物層と金属層の形成に際しては、交
互にスパッタリングを行った。一層当りの膜厚である層
間隔を１００人、基板温度３００℃、スパッタ速度を５
０〜１００人／ｗｉｎ　とした。

酸化物層と金属層を交互にスパッタさせ、厚さ２０００
人の酸化物−金属多層膜を得た。この酸化物−金属多層
膜の透過光の強度と透過光の波長を測定した結果を第１
図に示す。

Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇｅ　Ｃｕを金属薄膜とする多層膜では
、４０００〜５５００人の透過光が観測された。これに
対してＴａ、Ｍｏ、Ｆｅを金属薄膜とする多層膜では、
５０００〜７０００人の長波長側の透過光を観測するこ
とができた。前者のＰｄ等の貴金属薄膜−３ｉＯｚ多層
膜では、透過光強度の半値幅でみた波長幅（以下、「波
長幅」という）は、２００〜３００人であるが、Ｆｅ、
Ｍｏ、Ｔａの方では３００〜６００人となった。

このような透過光の波長あるいは波長幅は、他の３ｄ、
４ｄ、５ｄ遷移金属でもほぼ同様の傾向を示し、３ｄ→
４ｄ→５ｄ遷移金属となるに従つて透過光の波長が短か
くなる傾向が観測された。

第１図のピーク波長をｄ電子数でまとめると、第２図の
ようになり、ｄ電子数が少ないほど透過光は長波長側に
ずれることがわかる。これは、ｄ電子数が増加すると、
酸化物との界面に混成軌道が形成され、電子が新たな軌
道を専有し、当該電子は５ｉＯｚ側に局在する。その結
果、高エネルギーの軌道から低エネルギーの軌道へ下が
る電子数は少ないために、エネルギーの高い短波長側の
光を吸収することができなくなると考えられることによ
るものである。

このことから、透過光の波長を制御するためには、適当
なｄ電子数を持つ金属元素を酸化物でサンドイッチにし
た多層膜を提供すればよいことになる。

スパッタリング条件を上記と同様に一定にして、酸化物
を前記５ｉｆｔからＡＱ２０ｓに変え、厚さ２０００人
の多層膜を作成し、透過光の波長測定を行った。

その結果を第３図に示す。Ａ　Ｑ　ｚＯδ−Ｃｕ多層膜
やＡ　Ｑ　ｗｏｎ　−Ｆ　ｅは、５ｉＯｚ−多層膜に比
べて、透過光強度が著しく減少し、かつ波長幅は増大し
ていることがわかる。これは、５ｉｆｔがＡ　Ｑ　２Ｌ
ｏｇよりも透明、すなわち光透過性を有することによる
ものである。

なお、Ｚｒ０ｚ　、　Ｙ２Ｏ３を用いた場合でも、透過
光の強度が５ｉＯｚに比べて減少することがわかった。

厚さ２０００人、層間隔１００人の５ｉＯｚ　−Ｃｕ多
層膜の膜面に対して垂直方向からＡｒレーザ（波長、４
７００〜４８００人）の短時間（約１　ｓｅｃ以下）照
射を行った。この結果、レーザ光が金属原子に吸収され
、金属原子が励起された結果、酸化物多孔質中を拡散し
、金属層厚さが薄くなる。この結果を第４図に示す。第
４図かられかるように、酸化物−金属多層膜にレーザ光
を照射することにより、レーザ照射部位での透過光の強
度を高め、かつ透過光の波長幅を大きくすることが可能
となる。

５ｉ（ｈ　−Ｃｕ多層膜の層間隔を５００Å以下に変化
させたときの透過光強度および波長幅を第５図、第６図
にそれぞれ示す。第５図、第６図かられかるように、透
過光の強度は層間隔を小さくす葛ことにより増大し、１
００人間隔の多層膜を透過した光の強度を１００とした
場合、５００人間縞間隔層膜を透過した光の強度は約１
０にまで減少する。これは、層間隔が厚くなることによ
り、金属原子量が増大し、その結果光吸収量が大きくな
ったことによるものである。

また、波長幅は層間隔４００Å以下では、層間隔が減少
するほど波長幅も小さくなるが、４００Å以上の層間隔
では波長幅が急激に増加することがわかる。これは、透
過光の強度、波長幅に多層膜の界面が影響していること
を示しており、４００Å以上の金属−酸化物多層膜の界
面は、スパッタ中の相互拡散によって乱れていることに
よるものと予想される。すなわち、界面の乱れ部分で屈
折率が変化することにより、透過光の波長幅が広くなっ
ているものと予想される。

５ｉ（ｈ　−Ｃｕ多層膜の膜厚を変化させたとき（一層
当りの間隔は２０人である）の透過光強度と膜厚の関係
を第７図に示す、厚膜２０００人の透過光強度を１０と
したとき、膜厚１０００人の透過光では約４０の透過光
強度をもち、１５０人の膜厚では約９０の透過性強度を
有している。以上第６図および第７図かられかるように
、酸化物−金属多層膜の膜厚を薄くして層間隔を短かく
することにより。

透過光の強度を増大させることが可能となる。

次に、酸化物−金属多層膜中に光透過性空洞部を有する
場合の一実施例について説明する。

５ｉＯｚ　−Ｃｕ多層膜に数秒間レーザ光を照射すると
、５ｉＯｚにサンドイッチされているＣｕｐ子が昇華し
、第８図に示すように、レーザ光照射部位が光を透過す
る空洞部となる。これは、スパッタした５ｉＯｚ膜が多
孔質であるため、Ｃｕ原子がレーザ光の加熱によって５
ｉＯｚ中を移動して、レーザ照射部分のＣｕ原子が昇華
するためである。この結果、レーザ照射部分が空洞部と
なり、かかる空洞部において光透過性を有するようにな
る。

酸化物−金属多層膜の膜厚を大きくシ１層間隔を大きく
することにより、透過光の強度を著しく減少させること
は、上述のとおりである。そこで、第８図に示すように
、レーザ光を照射することにより、所望箇所に光透過性
空洞部を形成することができる。この結果、所定部分に
光透過性を有する酸化物−金属多層膜を提供することが
できる。

レーザ光の焦点を酸化物−金属多層膜中のある金属層部
分に絞ることにより、かかる部分のみを空洞部とするこ
とができる。もつとも、レーザ光の強度を大きくするこ
とにより、酸化物−金属多層膜のレーザ光照射部分の全
てを空洞部とすることも可能である。

上記５ｉＯｚ　−Ｃｕ多層膜にレーザ光を照射し、レー
ザ出力と照射時間を制御することにより、多層膜中の特
定層１ｇＭを昇華させ、空洞部を形成し、この空洞部を
有する多層膜を多層配線材料に応用することができる。

第９図に示すように、多層膜の顕部に垂直にレーザ光を
照射すると、照射部分の金属層が昇華するため絶縁部と
なり、導電性金属層部分を微細に分離することができる
。その結果、多層配線材料に応用することができる。ま
た、レーザ光出力と照射時間を所定のものに制御すれば
、第１０図に示すように、特定層まで絶縁部とすること
が可能となり、多層配線を容易に行うことができる。

第１０図に示す酸化物−金属多層膜において。

酸化物−金属多層膜の膜厚および層間隔を変えることに
より、透過光に対する選択透過特性を所定の値に制御す
ることができる。その結果、光フィルタとして用いるこ
とができる。また、金属層に種々の金属を用いることに
よって光波長を制御し、複数の多層膜で任意の色を表示
可能な多層光表示板に応用できる。また、多層膜の膜面
にレーザ光を照射して形成される透明微小孔を利用し、
金属層での光の屈折率を変化させる光導波路として利用
できる。またレーザ光照射により形成される微小孔の径
を、レーザ光出力と照射時間でコントロールして、さら
に微小孔の怪を小さくすることができ、その結果、濾過
フィルタや人工透析器のフィルタなど医療用フィルタに
応用することが可能である。

また、レーザ光照射部である透明微小孔と照射してない
部分とでの光反射率の変化を読み取り、光ディスクや多
層高密度光ディスクに応用することができる。また、照
射部と未照射部との透過光の波長差を読み取る光ディス
クに用いることもできる。

さらに、酸化物−金属多層膜中での透明微小孔（光透過
性空洞部）を、レーザ光を用いて簡易、迅速に形成する
ことができる。

〔効果〕

以上説明したように本発明にかかる酸化物−金属多層膜
によれば、金属薄膜中に存在する遷移金属原子により、
所定波長の光を吸収できるために、光選択透過性を有す
る。

また、金属薄膜中には光透性空洞部を有するために、か
かる部分で光の透過性を有する。

このような本発明にかかる酸化物−金属多層膜では、熱
に安定な酸化物および金属を持ちいているために、熱安
定性を有する。

また、本発明に係る酸化物−金属多層膜の製造方法によ
れば、レーザ光によって容易かつ迅速に、多層膜の任意
の場所に光透過性空洞部を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は透過性の波長と強度の関係を各遷移金属毎に示
したグラフ、第２図は透過光の波長と遷移金属のｄｉ１
ｉ子数との関係を示すグラフ、第３図は５ｉＯｚ、　Ａ
　Ｑ　ｚＯｓを用いた場合の透過光の波長と強度の関係
を示すグラフ、第４図は酸化物−金属多層膜にレーザ光
が照射された場合の透過光の波長と強度の関係を示すグ
ラフ、第５図は酸化物−金属多層膜の層間隔と透過光強
度の関係を示すグラフ、第６図は酸化物−金属多層膜の
層間隔と透過光の波長幅の関係を示すグラフ、第７図は
酸化物−金属多層膜の膜厚と透過光強度の関係を示すグ
ラフ、第８図は酸化物−金属多層膜のレーザ光照射前と
照射後の関係を示す多層膜の断面構成図。 第９図は酸化物−金属多層膜にレーザ光を照射して形成
された多層配線材料の拡大図、第１０図は第９図の多層
配線材料中に形成された光透過性空洞部を有する多層配
線材料の断面構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光透過性酸化物からなる酸化物薄膜と、３ｄ、４ｄ
   、５ｄ遷移金属の少なくとも一種の金属からなる金属薄
   膜とが交互に積層されてなる酸化物−金属多層膜。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記酸化物薄膜は
   、５００Å以下の膜厚を有するものである酸化物−金属
   多層膜。 ３、光透過性酸化物からなる酸化物薄膜と、３ｄ、４ｄ
   、５ｄ遷移金属の少なくとも一種の金属からなる金属薄
   膜とが交互に積層されてなり、かつ光透過性空洞部を有
   してなることを特徴とする酸化物−金属多層膜。 ４、特許請求の範囲第３項において、上記酸化物薄膜は
   、５００Å以下の膜厚を有するものである酸化物−金属
   多層膜。 ５、光透過性酸化物からなる酸化物薄膜と、３ｄ、４ｄ
   、５ｄ遷移金属の少なくとも一種の金属からなる金属薄
   膜とを交互に積層して酸化物−金属多層膜を形成し、当
   該酸化物−金属多層膜にレーザ光を照射し、当該レーザ
   光照射金属薄膜部分に光透過性空洞部を形成することを
   特徴とする酸化物−金属多層膜の製造方法。 ６、特許請求の範囲第５項において、上記金属薄膜は、
   ５００Å以下の膜厚を有するものであることを特徴とす
   る酸化物−金属多層膜の製造方法。