KR20060124668A - Process for producing photonic crystals and controlled defects therein - Google Patents

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KR20060124668A
KR20060124668A KR1020067013394A KR20067013394A KR20060124668A KR 20060124668 A KR20060124668 A KR 20060124668A KR 1020067013394 A KR1020067013394 A KR 1020067013394A KR 20067013394 A KR20067013394 A KR 20067013394A KR 20060124668 A KR20060124668 A KR 20060124668A
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마크 티. 앤더슨
캐서린 에이. 리더데일
스코트 디. 톰슨
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Abstract

A process comprises (a) providing a substantially inorganic photoreactive composition comprising (1) at least one cationically reactive species, (2) a multi-photon photoinitiator system, and10 (3) a plurality of precondensed, inorganic nanoparticles; (b) exposing, using a multibeam interference technique involving at least three beams, at least a portion of the photoreactive composition to radiation of appropriate wavelength, spatial distribution, and intensity to produce a two- dimensional or three-dimensional periodic pattern of reacted and non- reacted portions of the photoreactive composition; (c) exposing at least a portion of the non-reacted portion of the photoreactive composition to radiation of appropriate wavelength and intensity to cause multi-photon absorption and photoreaction to form additional reacted portion; (d) removing the non-reacted portion or the reacted portion of the photoreactive composition to form interstitial void space; and (e) at least partially filling the interstitial void space with at least one material having a refractive index that is different from the refractive index of the remaining portion.

Description

광자 결정 및 그 안의 조절된 결함을 생산하는 방법 {PROCESS FOR PRODUCING PHOTONIC CRYSTALS AND CONTROLLED DEFECTS THEREIN}How to produce photonic crystals and controlled defects in them {PROCESS FOR PRODUCING PHOTONIC CRYSTALS AND CONTROLLED DEFECTS THEREIN}

본 발명은 주기적 유전체 구조 (periodic dielectric structure) 및 그 안의 결함을 생성시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a periodic dielectric structure and a method of generating defects therein.

전통적인 반도체의 광자 동족체인 광자 결정은 현재 광집적회로에서 적용하기 위한 집중적인 연구의 대상이 되고 있다. 이러한 결정은 어떤 광자 파장이 결정을 통해서 전파할 수 있는지를 결정하는 광자 밴드갭 (bandgap)(반도체의 전자 밴드갭과 유사함)을 나타낸다. 결정의 밴드갭 구조 내에 특정한 결함 (defect)을 도입시킴으로써 결정의 내부에서의 광자의 유동이 조작될 수 있으며, 다양한 마이크로미터-규모의 광학장치를 조립한다.Photon crystals, the photon homologues of traditional semiconductors, are currently the subject of intensive research for application in photonic integrated circuits. This crystal represents a photon bandgap (similar to the semiconductor electron bandgap) that determines which photon wavelengths can propagate through the crystal. By introducing specific defects within the crystal's bandgap structure, the flow of photons within the crystal can be manipulated, assembling various micrometer-scale optics.

특히, 적절한 라인 결함을 갖는 삼차원적 (3-D) 광자 결정은 광선이 상당한 산란 손실이 없이 90-도 벤드 (bend)를 통해서 회전되도록 할 수 있는 저-손실 도파관 장치 (low-loss waveguide device)로서 작용할 것으로 가정된다. 이러한 장치는 광학 칩 (optical chip) 상에서 성분의 밀도를 증가시키는데 및 칩-투-백 플레인 (chip-to-back plane) 용도에서 잠재적으로 유용할 것이다. 그 밖의 잠재적 장치 용도에는 광학적 인터코넥트 (optical interconnect), 광학적 스위치 (switches), 커플러 (couplers), 절연체 (isolators), 멀티플렉스 (multiplex), 가변 필터 (tunable filter), 및 저-역치 방사체 (low-threshold emitters)에서의 사용이 포함된다.In particular, three-dimensional (3-D) photonic crystals with appropriate line defects can cause light rays to be rotated through 90-degree bends without significant scattering losses. It is assumed to act as. Such a device would be potentially useful for increasing the density of components on optical chips and for chip-to-back plane applications. Other potential device applications include optical interconnects, optical switches, couplers, insulators, multiplexes, tunable filters, and low-threshold radiators ( use in low-threshold emitters.

다양한 방법을 사용하여 광자 결정을 생성시켰다. 이러한 방법은 예를 들어, 콜로이드성 결정 자체-조립 (self-assembly) 방법, 블럭 코폴리머의 자체-조립, 반도체-기본 석판인쇄 (예를 들어, 광식각법 (photolithography), 마스킹 (masking), 에칭 (etching)), 기질 물질 내의 홀의 어레이의 기계적 생성 (또는, 대신으로 기질 물질의 실린더형 또는 유사한-형상 로드 (rods)의 주기적 패턴을 형성시키기 위한 기질 물질의 기계적 제거), 기질 물질 내의 공극 어레이의 전기화학적 생성, 멀티빔 (multibeam) 간섭 (MBI)을 사용한 광학제조 (photofabrication), 또는 홀로그램 석판인쇄기술, 여각 침착 (glancing angle deposition), 및 다광자 (multiphoton) 광학제조를 포함한다. 각각의 방법은 그 자체의 이점을 갖는다. 그러나, 일반적으로 MBI를 제외한 전부는 하나 또는 그 이상의 다음의 단점으로 인하여 곤란하다: 비교적 높은 고유 구조적 장애 또는 결함의 집중화 (concentration), 비교적 느린 침착 속도, 및 다수의 필수적인 공정단계.Various methods were used to generate photonic crystals. Such methods include, for example, colloidal crystal self-assembly methods, self-assembly of block copolymers, semiconductor-based lithography (eg, photolithography, masking, etching, etc.). etching)), mechanical generation of the array of holes in the substrate material (or instead mechanical removal of the substrate material to form a periodic pattern of cylindrical or similar-shaped rods of the substrate material), void array in the substrate material Electrochemical generation, photofabrication using multibeam interference (MBI), or holographic lithography techniques, glancing angle deposition, and multiphoton optical fabrication. Each method has its own advantages. In general, however, all but MBI is difficult due to one or more of the following disadvantages: relatively high intrinsic structural failure or defect concentration, relatively slow deposition rate, and many essential process steps.

반대로, MBI 기술은 단지 몇 개의 공정단계를 사용하여 비교적 고속으로 다양한 상이한 브라베 격자 (Bravais lattice) 구조의 광자 결정을 생산할 수 있다. 생성된 광자 결정은 일반적으로 예외적인 규칙성 및 구조적 충실도를 나타낸다.In contrast, MBI technology can produce photonic crystals of various different Bravais lattice structures at relatively high speed using only a few process steps. The resulting photon crystals generally exhibit exceptional regularity and structural fidelity.

일반적으로, 유기 포토레지스트 (photoresist)는 MBI를 위해서 사용되었으며, 대부분의 통상적인 유기 포토폴리머는 실질적으로 2 미만인 굴절률을 가지고, 예를 들어, 종종 고굴절률 반도체 (규소의 경우에는 일반적으로 500℃ 이상)를 침착시키기 위해서 사용되는 화학증착 (chemical vapor deposition; CVD) 방법 중에 온전하게 유지되도록 하는 충분한 열안정성이 결여되어 있다. 이러한 결여는 완전한 광자 밴드갭을 지지할 수 있는 고굴절률 대비율 (contrast ratio)을 수득하기 어렵거나 불가능하게 만든다.In general, organic photoresists have been used for MBI, and most conventional organic photopolymers have a refractive index that is substantially less than 2, for example, often high refractive index semiconductors (generally above 500 ° C. for silicon). There is a lack of sufficient thermal stability to remain intact during the chemical vapor deposition (CVD) method used for the deposition. This lack makes it difficult or impossible to obtain high contrast ratios that can support the complete photon bandgap.

요약summary

따라서, 본 발명자들은 고굴절률 대비 주기적 유전체 구조를 제공할 수 있는 광자 결정 (및 그 안의 조절되고 설계된 결함)을 생성하는 방법에 대한 필요성이 있음을 인식하였다. 간략하게, 한가지 관점에서 본 발명은 (a) (1) 적어도 하나의 양이온적 반응성 물질 (바람직하게는, 적어도 하나의 양이온적 경화성 물질), (2) 다광자 광개시제 시스템 (바람직하게는, 다성분 다광자 광개시제 시스템), 및 (3) 다수의 전축합된 (precondensed) 무기 나노입자를 포함하는 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물을 제공하고; (b) 적어도 3개의 빔을 포함하는 멀티빔 간섭기술을 이용하여 광반응성 조성물의 적어도 일부분을 광반응성 조성물의 반응 및 비-반응 부분의 이차원 또는 삼차원 주기적 패턴을 생성하는데 적절한 파장, 공간 분포 및 강도의 방사선에 노출시키고; (c) 광반응성 조성물의 비-반응 부분의 적어도 일부분을 다광자 흡수 및 광반응을 일으켜 추가의 반응 부분 및 잔류하는 비-반응 부분을 형성시키는데 적절한 파장 및 강도의 방사선에 노출시키고; (d) 광반응성 조성물의 잔류하는 비-반응 부분 또는 전체 반응 부분 (바람직하게는, 잔류하는 비-반응 부분)을 제거하여 틈새 공백 (interstitial void space)을 형성시키고; (e) 틈새 공백을 광반응성 조성물의 잔류하는 비-반응 또는 반응 부분의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 적어도 하나의 물질로 적어도 부분적으로 충전시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.Accordingly, the inventors have recognized the need for a method of producing photonic crystals (and controlled and designed defects therein) that can provide a high dielectric index periodic dielectric structure. Briefly, in one aspect, the present invention is directed to (a) (1) at least one cationic reactive material (preferably, at least one cationic curable material), (2) a multiphoton photoinitiator system (preferably multicomponent Multiphoton photoinitiator system), and (3) a substantially inorganic photoreactive composition comprising a plurality of precondensed inorganic nanoparticles; (b) wavelength, spatial distribution and intensity suitable for producing at least a portion of the photoreactive composition using a multibeam interference technique comprising at least three beams to produce two-dimensional or three-dimensional periodic patterns of the reactive and non-reactive portions of the photoreactive composition. Exposure to radiation; (c) exposing at least a portion of the non-reactive portion of the photoreactive composition to radiation of a wavelength and intensity suitable for multiphoton absorption and photoreaction to form additional reactive portions and remaining non-reactive portions; (d) removing the remaining non-reactive portion or the entire reaction portion (preferably the remaining non-reactive portion) of the photoreactive composition to form an interstitial void space; (e) at least partially filling the void spaces with at least one material having a refractive index that is different from the refractive index of the remaining non-reactive or reactive portions of the photoreactive composition.

유기물질을 사용하는 통상적인 MBI 방법과는 다르게, 본 발명의 방법은 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물을 이용하여 예를 들어, 약 600 내지 1300℃까지의 온도를 견뎌내는 열안정성의 튼튼한 매우 규칙적인 주기적 유전체 구조를 생산한다. 따라서, 이 구조의 굴절률 대비는 예를 들어, 반도체 CVD에 이어서 임의로, (예를 들어, 불화수소 에칭에 의한) 구조의 제거에 의해서 공기 공극을 생성시킴으로써 증진될 수 있다. 양이온적 반응성 물질의 사용은 굴절률에서의 상당한 변화가 없이 다중 노출을 가능하게 할 수 있으며, 전축합된 무기 나노입자의 사용은 놀랍게 감소된 수축 (비축합된 금속 옥사이드 전구체를 포함하는 상응하는 조성물에 비해서)을 제공할 수 있다.Unlike conventional MBI methods using organic materials, the method of the present invention employs a substantially inorganic photoreactive composition, for example, a durable, highly ordered, thermally stable, durable material that withstands temperatures up to about 600 to 1300 ° C. Produce periodic dielectric structures. Thus, the refractive index contrast of this structure can be enhanced by creating air voids, for example, by semiconductor CVD followed by optional removal of the structure (eg, by hydrogen fluoride etching). The use of cationic reactive materials may allow multiple exposures without significant change in refractive index, and the use of precondensed inorganic nanoparticles may result in surprisingly reduced contraction (corresponding compositions comprising non-condensed metal oxide precursors). In comparison).

따라서, 본 발명의 방법은 구조를 통한 광선 전파를 선택적으로 송달하고 조절하기 위하여 조절되거나 설계된 결함을 함유하는 고굴절률 대비 주기적 유전체 구조를 제공할 수 있는 방법에 대한 필요성을 충족시킬 뿐만 아니라, 구조의 광학적 특성의 최적화를 촉진시킨다. 생성된 결함-함유 구조는 예를 들어, 평판광도회로 (planar lightwave circuit)에서 사용될 수 있다.Thus, the method of the present invention not only meets the need for a method that can provide a high refractive index versus periodic dielectric structure containing defects that are tuned or designed to selectively deliver and control light propagation through the structure, Promote the optimization of optical properties. The resulting defect-containing structure can be used, for example, in a planar lightwave circuit.

본 발명의 이들 및 그 밖의 다른 특징, 관점 및 이점은 이하의 상세한 설명, 첨부된 특허청구범위 및 수반된 도면을 참고로 하여 더 잘 이해될 것이다.These and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood with reference to the following detailed description, appended claims, and accompanying drawings.

도 1a-1h는 본 발명의 방법의 구체예의 단면도를 나타낸 것이다.1A-1H illustrate cross-sectional views of embodiments of the method of the present invention.

이상적으로 도시된 이들 도면은 축적대로 도시된 것은 아니며, 단지 예시적이며 비제한적인 것을 의미한다.These figures, which are ideally illustrated, are not drawn to scale, but merely meant to be illustrative and non-limiting.

상세한 설명details

정의Justice

본 특허출원에서 사용된 것으로, "주기적 유전체 구조"는 유전상수에서의 주기적인 공간적 변화를 나타내는 구조를 의미하며; "광자 밴드갭" (PBG)은 전자기적 방사선이 주기적 유전체 구조 내의 일부 ("부분적 광자 밴드갭") 또는 모든 ("완전 광자 밴드갭") 방향으로 전파할 수 없는 주파수 또는 파장의 범위를 의미하고; "실질적으로 무기성인 광반응성 조성물"은 광반응 및 열분해시에 그의 원래 중량의 약 80% 미만을 상실하는 광반응성 조성물을 의미하며; "전축합된" (무기 나노입자와 관련됨)은 나노입자가 상응하는 벌크 물질의 밀도와 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 것을 의미한다.As used in this patent application, "periodic dielectric structure" means a structure exhibiting a periodic spatial change in the dielectric constant; "Photon bandgap" (PBG) means a range of frequencies or wavelengths at which electromagnetic radiation cannot propagate in some ("partial photon bandgap") or all ("full photon bandgap") directions in a periodic dielectric structure; ; "Substantially inorganic photoreactive composition" means a photoreactive composition that loses less than about 80% of its original weight upon photoreaction and pyrolysis; "Precondensed" (associated with inorganic nanoparticles) means that the nanoparticles have a density substantially equal to that of the corresponding bulk material.

실질적으로 무기성인 Substantially inorganic 광반응성Photoreactivity 조성물 Composition

본 발명의 방법에서 유용한 광반응성 조성물은 광자 결정을 제작하는데 통상적으로 사용되는 조건 (예를 들어, 약 600 내지 1300℃ 이하의 온도) 하에서 일반적으로 열안정성이 있도록 성질상 실질적으로 무기물이다. 광반응 및 열분해시키면, 이러한 조성물은 그의 초기 중량의 약 80% 미만 (바람직하게는 약 60% 미만; 더욱 바람직하게는 약 40% 미만; 가장 바람직하게는 약 30% 미만)을 상실한다.Photoreactive compositions useful in the methods of the present invention are substantially inorganic in nature so that they are generally thermally stable under the conditions typically used to fabricate photonic crystals (eg, temperatures up to about 600 to 1300 ° C.). Upon photoreaction and pyrolysis, such compositions lose less than about 80% (preferably less than about 60%; more preferably less than about 40%; most preferably less than about 30%) of their initial weight.

적합한 조성물은 (1) 적어도 하나의 양이온적 반응성 물질 (바람직하게는 적어도 하나의 양이온적 경화성 물질); (2) 다광자 광개시제 시스템 (바람직하게는, 다성분 다광자 광개시제 시스템); 및 (3) 다수의 전축합된 무기 입자를 포함하는 조성물을 포함한다. 이 조성물은 임의로, 비-반응성 물질 (예를 들어, 비-반응성 폴리머 결합제)을 더 포함할 수 있다.Suitable compositions include (1) at least one cationic reactive material (preferably at least one cationic curable material); (2) multiphoton photoinitiator system (preferably, multicomponent multiphoton photoinitiator system); And (3) a composition comprising a plurality of precondensed inorganic particles. This composition may optionally further comprise a non-reactive material (eg, a non-reactive polymer binder).

조성물은 광반응시키면 약 20% 미만의 부피 수축을 나타내는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이용된 양이온적 반응성 물질의 적어도 일부분은 다작용성이다.Preferably, the composition exhibits volume shrinkage of less than about 20% upon photoreaction. Preferably, at least a portion of the cationic reactive material used is multifunctional.

(1) (One) 양이온적Cationic 반응성 물질 Reactive material

적합한 양이온적 반응성 물질에는 경화성 및 비-경화성 물질이 포함된다. 경화성 물질이 일반적으로 바람직하며, 예를 들어, 성질이 유기 (예를 들어, 에폭시) 또는 하이브리드 유기/무기 (예를 들어, 글리시딜옥시프로필트리메톡시실란 및 그의 올리고머)인 것을 포함한다. 유용한 경화성 물질에는 양이온적-중합가능한 단량체 및 올리고머 및 양이온적-교차결합가능한 폴리머 (예를 들어, 에폭시, 비닐 에테르, 및 시아네이트 에스테르를 포함) 등이 포함된다. 양이온적 경화성 물질의 사용은 조성물의 굴절률을 실질적으로 변화시키지 않으면서 노출된 부위에서 광산 (photoacid)의 잠상의 형성을 가능하게 만들수 있다. 이것은 경화 및 현상하기 전에 다중 노출을 포함하는 방법에 대해서 바람직하다.Suitable cationic reactive materials include curable and non-curable materials. Curable materials are generally preferred and include, for example, those whose nature is organic (eg, epoxy) or hybrid organic / inorganic (eg, glycidyloxypropyltrimethoxysilane and oligomers thereof). Useful curable materials include cationic-polymerizable monomers and oligomers and cationic-crosslinkable polymers (including, for example, epoxy, vinyl ethers, and cyanate esters), and the like. The use of cationic curable materials can enable the formation of latent images of photoacid at exposed sites without substantially changing the refractive index of the composition. This is desirable for methods involving multiple exposures before curing and developing.

유용한 비-경화성 물질에는 예를 들어, 산- 또는 래디칼-유도된 반응시에 그의 용해도가 증가할 수 있는 반응성 폴리머가 포함된다. 이러한 반응성 폴리머에 는 예를 들어, 광생성된 (photogenerated) 산에 의해서 수용성 산 기 (예를 들어, 폴리(4-삼급-부톡시카보닐옥시스티렌))로 전환될 수 있는 에스테르 기를 포함하는 수불용성 폴리머가 포함된다. 비-경화성 물질은 또한, 문헌 (R.D. Allen, G.M. Wallraff, W.D. Hinsberg, 및 L.L. Simpson, "High Performance Acrylic Polymers for Chemically Amplified Photoresist Applications," J. Vac. Sci. Technol. B, 9, 3357 (1991))에 기술된 화학적으로-증폭된 포토레지스트를 포함한다. 화학적으로-증폭된 포토레지스트 개념은 특히 0.5 미크론 이하 (또는 0.2 미크론-이하까지도)의 특징을 갖는 마이크로칩 제조에 대해서 광범하게 사용된다. 이러한 포토레지스트 시스템에서, 촉매적 물질 (일반적으로, 수소 이온)은 화학적 반응의 캐스케이드 (cascade)를 유도하는 조사 (irradiation)에 의해서 생성될 수 있다. 이러한 캐스케이드는 수소 이온이 더 다량의 수소 이온 또는 그 밖의 다른 산성 물질을 생성하는 반응을 개시시킴으로써 반응속도를 증폭시키는 경우에 일어난다. 전형적인 산-촉매화 화학적으로-증폭된 포토레지스트 시스템의 예로는 탈보호반응 (예를 들어, 미국 특허 제 4,491,628 호에 기술된 바와 같은 t-부톡시카보닐옥시스티렌 레지스트, 테트라하이드로피란 (THP) 메타크릴레이트-기본 물질, 미국 특허 제 3,779,778 호에 기술된 것과 같은 THP-페놀성 물질, 문헌 (R.D. Allen et al., Proc. SPIE 2438, 474 (1995)에 기술된 것과 같은 t-부틸 메타크릴레이트-기본 물질 등); 해중합반응 (예를 들어, 폴리프탈알데히드-기본 물질); 및 전위반응 (예를 들어, 피나콜 전위반응을 기본으로 하는 물질)이 포함된다.Useful non-curable materials include, for example, reactive polymers that can increase their solubility in acid- or radical-derived reactions. Such reactive polymers include, for example, a number comprising ester groups that can be converted to a water soluble acid group (eg, poly (4-tert-butoxycarbonyloxystyrene)) by photogenerated acid. Insoluble polymers are included. Non-curable materials are also described in RD Allen, GM Wallraff, WD Hinsberg, and LL Simpson, "High Performance Acrylic Polymers for Chemically Amplified Photoresist Applications," J. Vac. Sci. Technol. B, 9 , 3357 (1991) Chemically-amplified photoresist, described in US Pat. The chemically-amplified photoresist concept is particularly widely used for microchip fabrication, which is characterized by less than 0.5 microns (or even 0.2 microns or less). In such photoresist systems, catalytic materials (generally hydrogen ions) can be generated by irradiation which leads to a cascade of chemical reactions. This cascade occurs when hydrogen ions amplify the rate of reaction by initiating a reaction that produces higher amounts of hydrogen ions or other acidic substances. Examples of typical acid-catalyzed chemically-amplified photoresist systems include deprotection reactions (e.g. t-butoxycarbonyloxystyrene resist, tetrahydropyran (THP) as described in US Pat. No. 4,491,628). Methacrylate-base material, THP-phenolic material as described in US Pat. No. 3,779,778, t-butyl methacryl as described in RD Allen et al., Proc. SPIE 2438 , 474 (1995) Rate-based materials, etc.); depolymerization reactions (eg, polyphthalaldehyde-based materials); and potential reactions (eg, materials based on Pinacol potential reactions).

다양한 타입의 반응성 물질의 혼합물이 광반응성 조성물에서 이용될 수 있 다. 예를 들어, 자유 래디칼적으로-반응성인 물질 및 양이온적으로-반응성인 물질의 혼합물, 유기 및 하이브리드 유기/무기 반응성 물질의 혼합물, 경화성 물질 및 비-경화성 물질의 혼합물 등이 또한 유용하다.Mixtures of various types of reactive materials can be used in the photoreactive composition. For example, mixtures of free radically-reactive materials and cationicly-reactive materials, mixtures of organic and hybrid organic / inorganic reactive materials, mixtures of curable materials and non-curable materials, and the like are also useful.

(i) 유기 (i) organic 양이온적Cationic 반응성 물질 Reactive material

유기 양이온적 반응성 물질이 광반응성 조성물에서 이용될 수 있다. 적합한 유기 양이온적 반응성 물질에는 양이온적-경화성 물질이 포함된다. 필요한 경우에, 두개 또는 그 이상의 단량체, 올리고머 및/또는 반응성 폴리머의 혼합물이 사용될 수도 있다.Organic cationic reactive materials can be used in the photoreactive composition. Suitable organic cationic reactive materials include cationic-curable materials. If desired, mixtures of two or more monomers, oligomers and / or reactive polymers may be used.

적합한 양이온적-경화성 물질은 예를 들어, 미국 특허 제 5,998,495 및 6,025,406 호에 기술되어 있으며, 에폭시 수지를 포함한다. 광범하게 에폭사이드로 불리는 이러한 물질에는 단량체성 에폭시 화합물 및 올리고머 타입의 에폭사이드가 포함되며, 지방족, 지환족, 방향족 또는 헤테로사이클릭일 수 있다. 이들 물질은 일반적으로 평균하여 분자당, 적어도 한개의 중합가능한 에폭시 기 (바람직하게는 적어도 약 1.5개, 더욱 바람직하게는 적어도 약 2개)를 갖는다. 올리고머성 에폭사이드에는 말단 에폭시 기를 갖는 선형 올리고머 (예를 들어, 폴리옥시알킬렌 글리콜의 디글리시딜 에테르), 골격 에폭시 단위를 갖는 올리고머 (예를 들어, 폴리부타디엔 폴리에폭사이드), 및 펜단트 에폭시 기를 갖는 올리고머 (예를 들어, 글리시딜 메타크릴레이트 올리고머 또는 코-올리고머)가 포함된다. 에폭사이드는 순수한 화합물일 수 있거나, 분자당, 한개, 두개 또는 그 이상의 에폭시 기를 함유하는 화합물의 혼합물일 수 있다. 이들 에폭시-함유 물질은 그들의 골격 및 치환 기의 성질에 따라 크게 변화할 수 있다. 예를 들어, 골격은 어떤 타입의 것이라도 될 수 있으며, 그의 치환기는 실온에서 양이온성 경화를 실질적으로 저해하지 않는 어떤 기라도 될 수 있다. 허용되는 치환기의 예로는 할로겐, 에스테르 기, 에테르, 설포네이트 기, 실록산 기, 니트로 기, 포스페이트 기 등이 포함된다. 에폭시-함유 물질의 분자량은 약 58 내지 약 500 또는 그 이상으로 변화할 수 있다.Suitable cationic-curable materials are described, for example, in US Pat. Nos. 5,998,495 and 6,025,406 and include epoxy resins. Such materials, broadly referred to as epoxides, include monomeric epoxy compounds and oligomer type epoxides and may be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic. These materials generally have, on average, at least one polymerizable epoxy group (preferably at least about 1.5, more preferably at least about 2) per molecule. Oligomeric epoxides include linear oligomers with terminal epoxy groups (eg, diglycidyl ethers of polyoxyalkylene glycols), oligomers with skeletal epoxy units (eg, polybutadiene polyepoxides), and pendants Oligomers having epoxy groups (eg, glycidyl methacrylate oligomers or co-oligomers) are included. Epoxides can be pure compounds or can be mixtures of compounds containing one, two or more epoxy groups per molecule. These epoxy-containing materials can vary greatly depending on the nature of their backbones and substituents. For example, the backbone may be of any type and its substituents may be any group that does not substantially inhibit cationic cure at room temperature. Examples of acceptable substituents include halogens, ester groups, ethers, sulfonate groups, siloxane groups, nitro groups, phosphate groups and the like. The molecular weight of the epoxy-containing material can vary from about 58 to about 500 or more.

유용한 에폭시-함유 물질에는 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산카복실레이트, 3,4-에폭시-2-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-2-메틸사이클로헥산 카복실레이트 및 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸) 아디페이트로 대표되는 에폭시사이클로헥산카복실레이트와 같이 사이클로헥센 옥사이드 기를 함유하는 물질이 포함된다. 이러한 성질의 유용한 에폭사이드의 더 상세한 리스트는 미국 특허 제 3,117,099 호에 기술되어 있다.Useful epoxy-containing materials include 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 3,4-epoxy-2-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-2-methylcyclohexane carboxyl Included are materials containing cyclohexene oxide groups, such as epoxycyclohexanecarboxylate, represented by rate and bis (3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl) adipate. A more detailed list of useful epoxides of this nature is described in US Pat. No. 3,117,099.

유용한 그 밖의 다른 에폭시-함유 물질에는 하기 화학식의 글리시딜 에테르 단량체가 포함된다:Other epoxy-containing materials that are useful include glycidyl ether monomers of the formula:

Figure 112006047844209-PCT00001
Figure 112006047844209-PCT00001

상기 식에서, R'는 알킬 또는 아릴이며, n은 1 내지 6의 정수이다. 그의 예는 다가 페놀을 에피클로로히드린과 같은 과량의 클로로히드린과 반응시킴으로써 수득된 다가 페놀의 글리시딜 에테르 (예를 들어, 2,2-비스-(2,3-에폭시프로폭시페놀)-프로판의 디글리시딜 에테르)이다. 이러한 타입의 에폭사이드의 추가의 예는 미국 특허 제 3,018,262 호 및 문헌 (Handbook of Epoxy Resins, Lee and Neville, McGraw-Hill Book Co., New York (1967))에 기술되어 있다.Wherein R 'is alkyl or aryl and n is an integer from 1 to 6. Examples thereof include glycidyl ethers of polyhydric phenols obtained by reacting polyhydric phenols with excess chlorohydrin such as epichlorohydrin (eg, 2,2-bis- (2,3-epoxypropoxyphenol) Diglycidyl ether of propane). Further examples of this type of epoxide are described in US Pat. No. 3,018,262 and Handbook. of Epoxy Resins , Lee and Neville, McGraw-Hill Book Co., New York (1967).

다수의 상업적으로 이용가능한 에폭시 수지가 이용될 수도 있다. 특히, 용이하게 이용할 수 있는 에폭사이드에는 옥타데실렌 옥사이드, 에피클로로히드린, 스티렌 옥사이드, 비닐 사이클로헥센 옥사이드, 글리시돌, 글리시딜 메타크릴레이트, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 에폰 (EPON) 828 및 에폰 825 (Resolution Performance Products, 이전의 Shell Chemical Co.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 것, 및 상품명 DER (Dow Chemical Co.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 것), 비닐사이클로헥센 디옥사이드 (예를 들어, 상품명 ERL 4206 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)으로 이용할 수 있는 화합물), 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥센 카복실레이트 (예를 들어, 상품명 ERL 4221, 시라큐어 (Cyracure) UVR 6110 또는 UVR 6105 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-6-메틸-사이클로헥센 카복실레이트 (예를 들어, 상품명 ERL 4201 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸) 아디페이트 (예를 들어, 상품명 ERL 4289 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 비스(2,3-에폭시사이클로펜틸) 에테르 (예를 들어, 상품명 ERL 0400 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 폴리프로필렌 글리콜로부터 변형된 지방족 에폭시 (예를 들어, 상품명 ERL 4050 및 ERL 4052 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 디펜텐 디옥사이드 (예를 들어, 상품명 ERL 4269 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 에폭사이드화된 폴리부타디엔 (예를 들어, 상품명 옥시론 (Oxiron) 2001 (FMC Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 에폭시 작용기를 함유하는 실리콘 수지, 레조르시놀 디글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 코폭사이드 (KOPOXITE)(Koppers Company, Inc.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 비스(3,4-에폭시사이클로헥실)아디페이트 (예를 들어, 상품명 ERL 4299 또는 UVR 6128 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시) 사이클로헥산-메타디옥산 (예를 들어, 상품명 ERL-4234 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 비닐사이클로헥센 모노옥사이드, 1,2-에폭시헥사데칸 (예를 들어, 상품명 UVR-6216 (Union Carbide Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 알킬 글리시딜 에테르, 예를 들어, 알킬 C8-C10 글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 헬옥시 모디화이어 (HELOXY MODIFIER) 7 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 부틸 글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 헬옥시 모디화이어 (HELOXY MODIFIER) 61 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 다작용성 글리시딜 에테르, 예를 들어, 1,4-부탄디올의 디글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 헬옥시 모디화이어 67 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 사이클로헥산디메탄올의 디글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 헬옥시 모디화이어 107 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 트리메틸올 에탄 트리글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 헬옥시 모디화이어 44 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 지방족 폴리올의 폴리글리시딜 에테르 (예를 들어, 상품명 헬옥시 모디화이어 84 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 폴리글리콜 디에폭사이드 (예를 들어, 상품명 헬옥시 모디화이어 32 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 및 비스페놀 F 에폭사이드 (예를 들어, 상품명 에폰 1138 (Resolution Performance Products로부터 제공됨) 및 GY-281 (Ciba-Geigy Corp.로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물)가 포함된다.Many commercially available epoxy resins may be used. In particular, readily available epoxides include octadecylene oxide, epichlorohydrin, styrene oxide, vinyl cyclohexene oxide, glycidol, glycidyl methacrylate, diglycidyl ether of bisphenol A (e.g. For example, the trade names EPON 828 and EPON 825 (available as Resolution Performance Products, formerly provided by Shell Chemical Co.), and trade name DER (provided by Dow Chemical Co.), vinyl Cyclohexene dioxide (for example a compound available under the trade name ERL 4206 (provided by Union Carbide Corp.)), 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexene carboxylate (for example, ERL 4221, Compound available as Cyracure UVR 6110 or UVR 6105 (provided by Union Carbide Corp.)), 3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy -6-methyl-cyclohexene carboxylate (for example a compound available under the trade name ERL 4201 (provided by Union Carbide Corp.)), bis (3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl) adipate ( For example, a compound available under the trade name ERL 4289 (provided by Union Carbide Corp.), bis (2,3-epoxycyclopentyl) ether (e.g. under the trade name ERL 0400 (provided by Union Carbide Corp.)) Available compounds), aliphatic epoxy modified from polypropylene glycol (e.g., available under the trade names ERL 4050 and ERL 4052 (provided by Union Carbide Corp.)), dipentene dioxide (e.g., trade name ERL 4269 (compound available from Union Carbide Corp.)), epoxidized polybutadiene (e.g., compound available under the trade name Oxon 2001 (provided by FMC Corp.)), Silicone resins containing functional groups, resorcinol diglycidyl ether (e.g., a compound available under the trade name KOPOXITE (provided by Koppers Company, Inc.)), bis (3,4-epoxy Cyclohexyl) adipate (for example a compound available under the tradename ERL 4299 or UVR 6128 (provided by Union Carbide Corp.)), 2- (3,4-epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3, 4-epoxy) cyclohexane-methdioxane (such as the compound available under the trade name ERL-4234 (provided by Union Carbide Corp.)), vinylcyclohexene monooxide, 1,2-epoxyhexadecane (e.g. For example, a compound available under the trade name UVR-6216 (provided by Union Carbide Corp.), alkyl glycidyl ethers such as alkyl C 8 -C 10 glycidyl ethers (e.g. HEROXY MODIFIER 7 from Resolution Performance Products Available), butyl glycidyl ether (e.g., a compound available under the tradename HELOXY MODIFIER 61 (provided by Solution Performance Products)), multifunctional glycidyl ether, For example, diglycidyl ether of 1,4-butanediol (e.g., the compound available under the trade name Hexoxy Modifieder 67 (provided by Solution Performance Products)), diglycidyl ether of cyclohexanedimethanol (E.g., a compound available under the trade name Hexoxy Modifiers 107 (provided by Resolution Performance Products)), trimethylol ethane triglycidyl ether (e.g. trade name Hexoxy Modifyr 44 (provided by Resolution Performance Products)) Compounds available), polyglycidyl ethers of aliphatic polyols (e. G. Compounds available from Performance Products), polyglycol diepoxides (e.g., compounds available under the tradename Hexoxy Modifier 32 (provided by Solution Performance Products)), and bisphenol F epoxides (e.g., For example, the trade names EPON 1138 (provided by Resolution Performance Products) and GY-281 (provided by Ciba-Geigy Corp.) are included.

그 밖의 다른 유용한 에폭시 수지에는 하나 또는 그 이상의 공중합가능한 비닐 화합물과 글리시돌의 아크릴산 에스테르 (예를 들어, 글리시딜 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트)의 코폴리머가 포함된다. 이러한 코폴리머의 예는 1:1 스티렌-글리시딜 메타크릴레이트 및 1:1 메틸 메타크릴레이트-글리시딜 아크릴레이트이다. 그 밖의 다른 유용한 에폭시 수지는 잘 공지되어 있으며, 에피클로로히드린, 알킬렌 옥사이드 (예를 들어, 프로필렌 옥사이드), 스티렌 옥사이드, 알케닐 옥사이드 (예를 들어, 부타디엔 옥사이드) 및 글리시딜 에스테르 (예를 들어, 에틸 글리시데이트)와 같은 에폭사이드를 포함한다.Other useful epoxy resins include copolymers of one or more copolymerizable vinyl compounds with acrylic esters of glycidol (eg, glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate). Examples of such copolymers are 1: 1 styrene-glycidyl methacrylate and 1: 1 methyl methacrylate-glycidyl acrylate. Other useful epoxy resins are well known and include epichlorohydrin, alkylene oxides (eg propylene oxide), styrene oxides, alkenyl oxides (eg butadiene oxide) and glycidyl esters (eg Epoxides such as, for example, ethyl glycidate).

유용한 에폭시-작용성 폴리머에는 제네랄 일렉트릭 컴패니 (General Electric Company)로부터 시판품을 이용할 수 있는, 미국 특허 제 4,279,717 호에 기술된 것과 같은 에폭시-작용성 실리콘이 포함된다. 이들은 규소 원자의 1-20 mol%가 미국 특허 제 5,753,346 호에 기술된 바와 같은 에폭시알킬 기 (바람직하 게는, 에폭시 사이클로헥실에틸)에 의해서 치환된 폴리디메틸실록산이다.Useful epoxy-functional polymers include epoxy-functional silicones such as those described in US Pat. No. 4,279,717, available commercially from General Electric Company. These are polydimethylsiloxanes in which 1-20 mol% of the silicon atoms are substituted by epoxyalkyl groups (preferably epoxy cyclohexylethyl) as described in US Pat. No. 5,753,346.

다양한 에폭시-함유 물질의 블렌드가 이용될 수도 있다. 이러한 블렌드는 에폭시-함유 화합물의 두가지 또는 그 이상의 중량평균분자량 분포 (예를 들어, 저분자량 (200 이하), 중간 분자량 (약 200 내지 1000) 및 고분자량 (약 1000 이상))를 포함할 수 있다. 대신으로 또는 추가로, 에폭시 수지는 상이한 화학적 성질 (예를 들어, 지방족 및 방향족) 또는 작용기 (예를 들어, 극성 및 비-극성)를 갖는 에폭시-함유 물질의 블렌드를 함유할 수 있다. 그 밖의 다른 양이온적-반응성 폴리머 (예를 들어, 비닐 에테르 등)가 필요에 따라서 추가로 혼입될 수 있다.Blends of various epoxy-containing materials may be used. Such blends may include two or more weight average molecular weight distributions of the epoxy-containing compound (eg, low molecular weight (up to 200), medium molecular weight (about 200 to 1000) and high molecular weight (about 1000 or more)). . Alternatively or additionally, the epoxy resin may contain blends of epoxy-containing materials having different chemical properties (eg, aliphatic and aromatic) or functional groups (eg, polar and non-polar). Other cationic-reactive polymers (eg, vinyl ethers, etc.) may be further incorporated as needed.

바람직한 에폭시는 방향족 글리시딜 에폭시 (예를 들어, 에폰 수지 (Resolution Performance Products로부터 제공됨)) 및 사이클로지방족 에폭시 (예를 들어, ERL 4221 및 ERL 4299 (Union Carbide로부터 제공됨))를 포함한다.Preferred epoxies include aromatic glycidyl epoxies (eg, EPON resins (provided by Resolution Performance Products)) and cycloaliphatic epoxies (eg ERL 4221 and ERL 4299 (provided by Union Carbide)).

적합한 양이온적-경화성 물질에는 또한, 비닐 에테르 단량체 및 올리고머, 예를 들어, 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르, 삼급-부틸 비닐 에테르, 이소부틸 비닐 에테르, 트리에틸렌글리콜 디비닐 에테르 (예를 들어, 상품명 라피-큐어 (RAPI-CURE) DVE-3 (International Specialty Products, Wayne, NJ로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 트리메틸올프로판 트리비닐 에테르 (예를 들어, 상품명 TMPTVE (BASF Corp., Mount Olive, NJ로부터 제공됨)로 이용할 수 있는 화합물), 및 상품명 벡토머 (VECTOMER) 디비닐 에테르 수지 (Allied Signal로부터 제공됨)(예를 들어, 벡토머 2010, 벡토머 2020, 벡토머 4010 및 벡토머 4020, 및 다른 제조자들로부터 이용할 수 있는 이들의 등가물), 및 이들의 혼합물이 포함된다. 하나 또는 그 이상의 비닐 에테르 수지 및/또는 하나 또는 그 이상의 에폭시 수지의 블렌드 (어떤 비율로든)가 이용될 수도 있다. 폴리하이드록시-작용성 물질 (예를 들어, 미국 특허 제 5,856,373 호 (Kaisaki et al.)에 기술된 것과 같음)은 또한, 에폭시- 및/또는 비닐 에테르-작용성 물질과의 배합물로 사용될 수도 있다.Suitable cationic-curable materials also include vinyl ether monomers and oligomers such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, tert-butyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, triethyleneglycol divinyl ether (e.g. RAPI-CURE DVE-3 (a compound available from International Specialty Products, Wayne, NJ), trimethylolpropane trivinyl ether (e.g. trade name TMPTVE (BASF Corp., Mount Olive, Compounds available from NJ), and the trade name VECTOMER divinyl ether resin (provided from Allied Signal) (eg, Vectomer 2010, Vectomer 2020, Vectomer 4010 and Vectomer 4020, and Equivalents thereof available from other manufacturers), and mixtures thereof. Blends (in any ratio) of one or more vinyl ether resins and / or one or more epoxy resins may be used. Polyhydroxy-functional materials (such as described in US Pat. No. 5,856,373 (Kaisaki et al.), May also be used in combination with epoxy- and / or vinyl ether-functional materials. .

(( iiii ) ) 하이브리드hybrid 유기/무기  Organic / Inorganic 양이온적Cationic 반응성 물질 Reactive material

하이브리드 유기/무기 양이온적 반응성 물질이 광반응성 조성물에서 사용될 수 있다. 유용한 하이브리드 유기/무기 양이온적 반응성 물질에는 적어도 하나의 양이온적으로 중합가능한 유기기를 갖는 실란 화합물이 포함된다. 이러한 실란의 예로는 예를 들어, 에폭시실란 화합물 (예를 들어, 글리시딜옥시트리메톡시실란, 비스(글리시딜옥시)디메톡시실란, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란 등), 옥세탄실란 화합물 (예를 들어, 3-(3-메틸-3-옥세탄메톡시)프로필트리메톡시실란, 3-(3-메틸-3-옥세탄메톡시)프로필트리메톡시실란 등), 6-원 환 에테르 구조를 갖는 실란 화합물 (예를 들어, 옥사사이클로헥실트리메톡시실란, 옥사사이클로헥실트리메톡시실란 등), 및 다광자 활성화된 양이온성 광경화를 할 수 있는 그 밖의 다른 반응성 실란이 포함된다. 이러한 실란 화합물의 가수분해물이 사용될 수도 있다.Hybrid organic / inorganic cationic reactive materials can be used in the photoreactive composition. Useful hybrid organic / inorganic cationic reactive materials include silane compounds having at least one cationic polymerizable organic group. Examples of such silanes include, for example, epoxysilane compounds (eg, glycidyloxytrimethoxysilane, bis (glycidyloxy) dimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltri Methoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, etc.), an oxetanesilane compound (for example, 3- (3-methyl-3-oxetanemethoxy) propyltrimethoxy Silane, 3- (3-methyl-3-oxetanemethoxy) propyltrimethoxysilane, etc.), a silane compound having a 6-membered ring ether structure (for example, oxacyclohexyltrimethoxysilane, oxcyclohexyl Trimethoxysilane, etc.), and other reactive silanes capable of multiphoton activated cationic photocuring. Hydrolysates of such silane compounds may also be used.

광반응성 실란 화합물의 축합물 및/또는 반응성 및 비-반응성 실란의 혼합물의 축합물 (예를 들어, Hybrid Plastics, Gelest, Techneglas, 및 Aldrich Chemical Co.와 같은 공급자들로부터 입수할 수 있는 폴리옥타헤드랄 실세스퀴옥산 및 올리고머성 및 폴리머성 실세스퀴옥산 물질), 올리고머성 실록산 물질 (예를 들 어, 폴리디메틸실록산), 및 분지 및 과분지된 규소-함유 올리고머성 및 폴리머성 물질은 필요한 경우에, 상술한 실란 화합물과의 배합물로 사용될 수 있다. 졸-겔 물질 (예를 들어, 규소 알콕사이드)도 또한 조성물의 무기물 함량을 증가시키기 위하여 실란 화합물과의 배합물로 사용될 수 있다.Condensates of photoreactive silane compounds and / or condensates of mixtures of reactive and non-reactive silanes (eg, polyoctaheads available from suppliers such as Hybrid Plastics, Gelest, Techneglas, and Aldrich Chemical Co.) Ral silsesquioxane and oligomeric and polymeric silsesquioxane materials), oligomeric siloxane materials (eg polydimethylsiloxane), and branched and hyperbranched silicon-containing oligomeric and polymeric materials are required In this case, it can be used in combination with the silane compound described above. Sol-gel materials (eg, silicon alkoxides) can also be used in combination with the silane compound to increase the inorganic content of the composition.

(2) (2) 다광자Multiphoton 광개시제Photoinitiator 시스템 system

광개시제 시스템은 다광자 광개시제 시스템일 수 있는데, 이는 이러한 시스템의 사용이 증진된 대비뿐만 아니라 삼차원 주기적 유전체 구조에서 결함 기입 (defect writing)을 가능하게 하기 때문이다. 이러한 시스템은 바람직하게는 적어도 하나의 다광자 광증감제 (photosensitizer), 적어도 하나의 전자 수용체, 및 임의로, 적어도 하나의 전자 공여체를 포함하는 2- 또는 3-성분 시스템이다. 이러한 다성분 시스템은 증진된 감수성을 제공할 수 있어서 광반응이 더 짧은 기간 동안 수행되도록 할 수 있고, 이렇게 하여 샘플 및/또는 노출 시스템의 하나 또는 그 이상의 성분의 이동으로 인한 문제의 발생가능성을 감소시킨다.The photoinitiator system may be a multiphoton photoinitiator system, since the use of such a system enables defect writing in three-dimensional periodic dielectric structures as well as enhanced contrast. Such a system is preferably a two- or three-component system comprising at least one multiphoton photosensitizer, at least one electron acceptor, and optionally, at least one electron donor. Such multicomponent systems can provide enhanced sensitivity to allow photoreactions to be performed for shorter periods of time, thereby reducing the likelihood of problems due to the movement of one or more components of the sample and / or exposure system. Let's do it.

대신으로, 다광자 광개시제 시스템은 적어도 하나의 광개시제를 포함하는 1-성분 시스템일 수 있다. 1-성분 다광자 광개시제 시스템으로 유용한 광개시제에는 공유적으로 부착된 설포늄 염 부위를 갖는 스틸벤 유도체 (예를 들어, 문헌 (W. Zhou et al., Science 296, 1106 (2002)에 기술된 것)가 포함된다. 그 밖의 다른 통상적인 자외선 (UV) 양이온성 광개시제가 이용될 수도 있지만, 이들의 다광자 광개시 선택성은 일반적으로 비교적 낮다.Alternatively, the multiphoton photoinitiator system may be a one-component system comprising at least one photoinitiator. Photoinitiators useful as one-component multiphoton photoinitiator systems include stilbene derivatives having covalently attached sulfonium salt sites (see, eg, W. Zhou et al., Science 296 , 1106 (2002)). Other conventional ultraviolet (UV) cationic photoinitiators may be used, but their multiphoton photoinitiation selectivity is generally relatively low.

2- 및 3-성분 광개시제 시스템에서 유용한 다광자 광증감제, 전자 수용체, 및 전자 공여체는 이하에 기술된다.Multiphoton photosensitizers, electron acceptors, and electron donors useful in two- and three-component photoinitiator systems are described below.

(i) 다광자 광증감제 (i) multiphoton Photosensitizer

광반응성 조성물에서 사용하기에 적합한 다광자 광증감제는 노출 시스템에서 적절한 광원으로부터의 방사선에 노출되는 경우에 적어도 두개의 광자를 동시에 흡수할 수 있다. 바람직한 다광자 광증감제는 동일한 파장에서 측정한 경우에 플루오레세인의 경우보다 큰 (즉, 3',6'-디하이드록시스피로[이소벤조푸란-1(3H),9'-[9H]크산텐]-3-온의 경우보다 큰) 2-광자 흡수 단면적을 갖는다.Multiphoton photosensitizers suitable for use in photoreactive compositions can simultaneously absorb at least two photons when exposed to radiation from a suitable light source in an exposure system. Preferred multiphoton photosensitizers are larger (ie 3 ', 6'-dihydroxyspiro [isobenzofuran-1 (3H), 9'-[9H]) than fluorescein when measured at the same wavelength. Xantene] -3-one), which is greater than that of xanthene] -3-one.

일반적으로, 2-광자 흡수 단면적은 문헌 (C. Xu 및 W.W. Webb, J. Opt. Soc. Am. B, 13, 481 (1996)) 및 WO 98/21521에 기술된 방법에 의해서 측정된 것으로 약 50×10-504 sec/광자보다 클 수 있다. 이 방법은 광증감제의 2-광자 형광강도를 기준화합물과 비교 (동일한 여기강도 및 광증감제 농도 조건 하에서)하는 것을 포함한다. 기준화합물 (reference compound)은 광증감제 흡수 및 형광에 의해서 커버되는 스펙트럼 범위와 가능한 한 근접하게 부합하도록 선택될 수 있다. 한가지 가능한 실험적 셋-업 (set-up)에서, 여기 빔은 두개의 팔로 분할될 수 있는데 여기강도의 50%는 광증감제쪽으로 가고 50%는 기준화합물쪽으로 간다. 그 다음에 기준화합물에 대한 광증감제의 상대적 형광강도는 두개의 광전자증폭관 (photomultiplier tube) 또는 그 밖의 다른 검정된 검출기 (calibrated detector)를 사용하여 측정될 수 있다. 마지막으로, 두가지 화합물의 형광 양자효율은 단일-광자 여기 하에서 측정될 수 있다.In general, the two-photon absorption cross section is measured by the methods described in C. Xu and WW Webb, J. Opt. Soc. Am. B, 13, 481 (1996) and WO 98/21521. 50 × 10 −50 cm 4 sec / photon. This method involves comparing the two-photon fluorescence intensity of the photosensitizer with the reference compound (under the same excitation intensity and photosensitizer concentration conditions). The reference compound may be chosen to match as closely as possible the spectral range covered by the photosensitizer absorption and fluorescence. In one possible experimental set-up, the excitation beam can be split into two arms, with 50% of the excitation intensity going to the photosensitizer and 50% to the reference compound. The relative fluorescence intensity of the photosensitizer relative to the reference compound can then be measured using two photomultiplier tubes or other calibrated detectors. Finally, the fluorescence quantum efficiencies of the two compounds can be measured under single-photon excitation.

형광 및 인광 양자수율을 측정하는 방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있다. 일반적으로, 흥미있는 화합물의 형광 (또는 인광) 스펙트럼 이하의 면적을 공지의 형광 (또는 인광) 양자수율을 갖는 표준 발광화합물의 형광 (또는 인광) 스펙트럼 이하의 면적과 비교하고, 적절한 보정이 이루어진다 (예를 들어, 여기파장에서의 조성물의 광학적 밀도, 형광검출장치의 기하학, 방출파장에서의 차이, 및 상이한 파장에 대한 검출기의 반응을 참작함). 표준방법은 예를 들어, 문헌 [I.B. Berlman, Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecules, Second Edition, pages 24-27, Academic Press, New York (1971); J.N. Demas and G.A. Crosby, J. Phys. Chem. 75, 991-1024 (1971); 및 J.V. Morris, M.A. Mahoney and J.R. Huber, J. Phys. Chem. 80, 969-974 (1976)]에 기술되어 있다.Methods of measuring fluorescence and phosphorescent quantum yields are well known in the art. In general, the area below the fluorescence (or phosphorescence) spectrum of the compound of interest is compared to the area below the fluorescence (or phosphorescence) spectrum of a standard luminescent compound having a known fluorescence (or phosphorescence) quantum yield and appropriate correction is made ( For example, consider the optical density of the composition at the excitation wavelength, the geometry of the fluorescence detector, the difference in the emission wavelength, and the response of the detector to different wavelengths). Standard methods are described, for example, in IB Berlman, Handbook. of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecules , Second Edition, pages 24-27, Academic Press, New York (1971); JN Demas and GA Crosby, J. Phys. Chem. 75 , 991-1024 (1971); And JV Morris, MA Mahoney and JR Huber, J. Phys. Chem. 80 , 969-974 (1976).

방출상태가 단일- 및 2-광자 여기 하에서 동일한 것으로 가정하여 (공통 가정), 광증감제의 2-광자 흡수 단면적 (δsam)은 δref K(Isam/Iref)(Φsamref)와 동등하며, 여기에서 δref는 기준화합물의 2-광자 흡수 단면적이고, Isam은 광증감제의 형광강도이며, Iref는 기준화합물의 형광강도이고, Φsam은 광증감제의 형광 양자효율이며, Φref는 기준화합물의 형광 양자효율이고, K는 두가지 검출기의 광학거리 및 반응에서의 미미한 차이를 설명하기 위한 보정계수이다. K는 샘플 및 기준 팔 둘다에서 동일한 광증감제와의 반응을 측정함으로써 결정될 수 있다. 타당한 측정을 보장하기 위해서, 여기력에 대한 2-광자 형광강도의 명백한 이차 의존성 (quadratic dependence)이 확인될 수 있으며, 광증감제 및 기준화합물 둘다의 비교 적 낮은 농도가 이용될 수 있다 (형광 재흡수 및 광증감제 응집효과를 피하기 위함).Assuming that the emission states are the same under single- and two-photon excitation (common assumption), the two-photon absorption cross-sectional area (δ sam ) of the photosensitizer is δ ref Equivalent to K (I sam / I ref ) (Φ sam / Φ ref ), where δ ref is the two-photon absorption cross-section of the reference compound, I sam is the fluorescence intensity of the photosensitizer, and I ref is the reference compound Is the fluorescence intensity of, φ sam is the fluorescence quantum efficiency of the photosensitizer, Φ ref is the fluorescence quantum efficiency of the reference compound, and K is the correction factor to explain the slight difference in optical distance and response of the two detectors. K can be determined by measuring the reaction with the same photosensitizer in both the sample and the reference arm. To ensure a valid measurement, an apparent quadratic dependence of the two-photon fluorescence intensity on the excitation force can be identified, and comparatively low concentrations of both the photosensitizer and the reference compound can be used (fluorescent material). To avoid absorption and photosensitizer aggregation effects).

광증감제가 형광성이 아닌 경우에, 전자 여기상태의 수율을 측정하여 공지된 기준과 비교할 수 있다. 형광수율을 측정하는 상술한 방법 이외에도, 여기상태 수율을 측정하는 다양한 방법이 공지되어 있다 (예를 들어, 일시적 흡광도, 인광 수율, 광반응생성물 (photoproduct) 형성, 또는 (광반응으로부터) 광증감제의 소실 등).If the photosensitizer is not fluorescent, the yield of the electron excited state can be measured and compared with known standards. In addition to the methods described above for measuring fluorescence yield, various methods for measuring excited state yield are known (eg, transient absorbance, phosphorescence yield, photoproduct formation, or photosensitizer (from photoreaction). Loss, etc.).

바람직하게는, 광증감제의 2-양자 흡수 단면적은 형광의 경우의 약 1.5 배 이상 (또는 대신에, 상기 방법에 의해서 측정된 것으로 약 75×10-504sec/광자 이상); 더욱 바람직하게는 형광의 경우의 대략 2 배 이상 (또는 대신에, 약 100×10-504sec/광자 이상); 가장 바람직하게는 형광의 경우의 대략 3 배 이상 (또는 대신에, 약 150×10-504sec/광자 이상); 최적으로는 형광의 경우의 대략 4 배 이상 (또는 대신에, 약 200×10-504sec/광자 이상)이다.Preferably, the two-quantum absorption cross-sectional area of the photosensitizer is at least about 1.5 times greater than in the case of fluorescence (or instead of at least about 75 × 10 −50 cm 4 sec / photons measured by the method above); More preferably about two times or more (or instead, about 100 × 10 −50 cm 4 sec / photon or more) of fluorescence; Most preferably at least about 3 times as in the case of fluorescence (or instead of at least about 150 × 10 −50 cm 4 sec / photon); Optimally about 4 times or more (or instead, about 200 × 10 −50 cm 4 sec / photon or more) in the case of fluorescence.

바람직하게는, 다광자 광증감제는 반응성 물질에 가용성이거나 (반응성 물질이 액체인 경우), 반응성 물질 및 다광자 반응성 조성물 내에 포함된 어떤 결합제 (후술함)와도 상화성이다. 가장 바람직하게는, 광증감제는 또한 미국 특허 제 3,729,313 호에 기술되고 상기에 개략적으로 기술된 시험방법을 사용하여, 광증감제의 단일 광자 흡수 스펙트럼 (단일 광자 흡수조건)과 중복되는 파장 범위에서 연 속 조사 하에 2-메틸-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진을 증감시킬 수 있다.Preferably, the multiphoton photosensitizer is soluble in the reactive material (if the reactive material is a liquid) or compatible with any binder included in the reactive material and the multiphoton reactive composition (described below). Most preferably, the photosensitizer is also used in a wavelength range that overlaps the single photon absorption spectrum (single photon absorption condition) of the photosensitizer, using the test method described in US Pat. No. 3,729,313 and outlined above. Under continuous irradiation, 2-methyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine can be increased or decreased.

현재 이용가능한 물질을 사용하여 이 시험은 다음과 같이 수행될 수 있다: 표준 시험용액은 다음의 조성으로 제조될 수 있다: 메탄올 중의 분자량이 45,000-55,000이고 하이드록실 함량이 9.0-13.0%인 폴리비닐 부티랄 (예를 들어, 몬산토 (Monsanto)로부터 상품명 부트바르 (BUTVAR) B76으로 이용할 수 있는 것)의 5% 용액 (weight by volume) 5.0 부; 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 0.3 부; 및 2-메틸-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진 0.03부 (참조 Bull. Chem. Soc. Japan, 42, 2924-2930 (1969)). 이 용액에 광증감제로서 시험할 화합물 0.01 부를 첨가할 수 있다. 그 후, 생성된 용액을 0.05 ㎜의 나이프 오리피스 (knife orifice)를 사용하여 0.05 ㎜의 투명한 폴리에스테르 필름 상에 나이프-코팅할 수 있으며, 코팅은 약 30분 동안 공기 건조될 수 있다. 0.05 ㎜의 투명한 폴리에스테르 커버 필름을 공기가 최소로 포획된 건조하지만 부드럽고 점착성인 코팅 상에 조심스럽게 배치할 수 있다. 생성된 샌드위치 구조는 그 후에 3분 동안, 가시부 및 자외부 범위 둘 다의 광선 (예를 들어, 제네랄 일렉트릭 (General Electric)으로부터 입수할 수 있는 FCH 650 W 석영-요오드 램프로부터 생성되는 것)을 제공하는 텅스텐 광원으로부터의 161,000 룩스 (Lux)의 입사광에 노출시킬 수 있다. 노출은 스텐실 (stencil)을 통해서 이루어져 구조 내에 노출 및 비-노출 영역을 제공할 수 있다. 노출시킨 후에, 커버 필름을 제거할 수 있으며, 코팅은 제로그라피 (xerography)에서 통상적으로 사용되는 타입의 유색 토너 분말 (color toner powder)과 같은 미분쇄된 착색 분말로 처리될 수 있다. 시험된 화합물이 광증감제 인 경우에는, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 단량체가 2-메틸-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진으로부터 광-생성된 자유 래디칼에 의해서 광-노출된 영역에서 중합될 것이다. 중합된 영역은 본질적으로 점착성이 없기 때문에, 착색된 분말은 본질적으로 코팅의 점착성이 있는 비-노출된 영역에만 선택적으로 부착하여 스텐실에 있는 것에 상응하는 시각적 이미지 (visual image)를 제공할 것이다.Using currently available materials, this test can be carried out as follows: Standard test solutions can be prepared with the following composition: polyvinyl with a molecular weight of 45,000-55,000 and a hydroxyl content of 9.0-13.0% in methanol 5.0 parts of a 5% solution (weight by volume) of butyral (eg, available from Monsanto under the trade name BUTVAR B76); 0.3 part of trimethylolpropane trimethacrylate; And 0.03 parts of 2-methyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine (see Bull. Chem. Soc. Japan, 42 , 2924-2930 (1969)). To this solution can be added 0.01 part of the compound to be tested as a photosensitizer. The resulting solution can then be knife-coated on a 0.05 mm transparent polyester film using a 0.05 mm knife orifice and the coating can be air dried for about 30 minutes. The 0.05 mm of transparent polyester cover film can be carefully placed on a dry but soft, tacky coating with minimal air capture. The resulting sandwich structure then emits light in both the visible and ultraviolet ranges (eg, generated from FCH 650 W quartz-iodine lamps available from General Electric) for three minutes. Exposure to 161,000 lux incident light from a tungsten light source provided. Exposure may be through a stencil to provide exposed and non-exposed areas within the structure. After exposure, the cover film can be removed and the coating can be treated with a finely divided colored powder, such as a color toner powder of the type commonly used in xerography. If the compound tested is a photosensitizer, the trimethylolpropane trimethacrylate monomer is photo-generated by free radicals photo-generated from 2-methyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine. Will polymerize in the exposed areas. Since the polymerized area is inherently tacky, the colored powder will selectively attach only to the tacky non-exposed areas of the coating essentially to provide a visual image corresponding to that in the stencil.

바람직하게는, 다광자 광증감제는 또한 부분적으로 저장안정성에 대한 고려를 기초로 하여 선택될 수 있다. 따라서, 특정한 광증감제의 선택은 어느 정도까지는 사용된 특정한 반응성 물질에 따라 (또한, 전자 공여체 화합물 및/또는 전자 수용체의 선택에 따라서) 좌우될 수 있다.Preferably, the multiphoton photosensitizer may also be selected based in part on consideration of storage stability. Thus, the choice of a particular photosensitizer may to some extent depend on the particular reactive material used (and also on the choice of electron donor compound and / or electron acceptor).

유용한 다광자 광증감제에는 2 개 또는 그 이상의 광자의 흡수에 의해서 입수할 수 있는 적어도 하나의 전자 여기상태를 갖는 반도체 나노입자 양자점 (qunatum dots)을 포함한다. 특히 바람직한 다광자 광증감제에는 로다민 (Rhodamine) B (즉, N-[9-(2-카복시페닐)-6-(디에틸아미노)-3H-크산텐-3-일리덴]-N-에틸에탄암미늄 클로라이드 및 로다민 B의 헥사플루오로안티모네이트 염) 및 예를 들어, 문헌 (Marder and Perry et al. WO 98/21521 및 WO 99/53242)에 기술된 4가지 부류의 광증감제와 같은 큰 다광자 흡수 단면적을 나타내는 추가의 통상적인 광증감제가 포함된다. 4가지 부류는 다음과 같이 기술될 수 있다: (a) 두개의 공여체가 컨쥬게이트된 π-전자 브릿지에 연결된 분자; (b) 두개의 공여체가 하나 또는 그 이상의 전자 수용기에 의해서 치환된 컨쥬게이트된 π-전자 브릿지에 연결된 분자; (c) 두개의 수용체가 컨쥬게이트된 π-전자 브릿지에 연결된 분자; 및 (d) 두개의 수용체가 하나 또는 그 이상의 전자 공여기에 의해서 치환된 컨쥬게이트된 π-전자 브릿지에 연결된 분자 (여기에서 "브릿지"는 두개 또는 그 이상의 화학적 기를 연결하는 분자 단편을 의미하며, "공여체"는 컨쥬게이트된 π-전자 브릿지에 결합될 수 있는 낮은 이온화 전위를 갖는 원자 또는 원자의 기를 의미하고, "수용체"는 컨쥬게이트된 π-전자 브릿지에 결합될 수 있는 높은 전자 친화성을 갖는 원자 또는 원자의 기를 의미한다).Useful multiphoton photosensitizers include semiconductor nanoparticle quantum dots with at least one electron excited state available by absorption of two or more photons. Particularly preferred multiphoton photosensitizers include Rhodamine B (ie, N- [9- (2-carboxyphenyl) -6- (diethylamino) -3H-xanthene-3-ylidene] -N- Hexafluoroantimonate salt of ethylethaneammonium chloride and rhodamine B) and four classes of photosensitization described, for example, in Marder and Perry et al. WO 98/21521 and WO 99/53242. Additional conventional photosensitizers that exhibit a large multiphoton absorption cross-sectional area such as agent are included. Four classes can be described as follows: (a) a molecule linked to a conjugated π-electron bridge with two donors; (b) a molecule in which two donors are linked to a conjugated π-electron bridge substituted by one or more electron acceptors; (c) a molecule linked to a π-electron bridge conjugated to two receptors; And (d) a molecule wherein two receptors are linked to a conjugated π-electron bridge substituted by one or more electron donor groups, where "bridge" refers to a molecular fragment that connects two or more chemical groups, "Donor" means an atom or group of atoms with a low ionization potential that can be bonded to a conjugated π-electron bridge, and a "receptor" means a high electron affinity that can be bound to a conjugated π-electron bridge An atom or a group of atoms).

이러한 광증감제의 대표적인 예는 다음의 물질들을 포함한다:Representative examples of such photosensitizers include the following materials:

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상술한 광증감제의 4가지 부류는 알데히드를 표준 비티히 (Wittig) 조건 하에서 일라이드와 반응시키거나, WO 98/21521에 상세히 기술된 바와 같은 맥머레이 (McMurray) 반응을 이용함으로써 제조될 수 있다.The four classes of photosensitizers described above can be prepared by reacting aldehydes with lide under standard Wittig conditions or using the McMurray reaction as described in detail in WO 98/21521. .

그 밖의 다른 적합한 화합물은 큰 다광자 흡수 단면적을 갖는 것으로 미국 특허 제 6,100,405, 5,859,251 및 5,770,737 호에 기술되어 있지만, 이들 단면적은 상술한 것과는 다른 방법에 의해서 측정되었다. 이러한 화합물의 대표적인 예로는 다음의 화합물들이 포함된다:Other suitable compounds are described in US Pat. Nos. 6,100,405, 5,859,251 and 5,770,737 as having large multiphoton absorption cross sections, but these cross sections were measured by methods other than those described above. Representative examples of such compounds include the following compounds:

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(( iiii ) 전자 수용체 화합물A) electron acceptor compound

광반응성 조성물에서 사용하기에 적합한 전자 수용체는 다광자 광증감제의 전자 여기상태로부터 전자를 수용함으로써 적어도 하나의 산을 생성시키면서 광증감될 수 있다. 이러한 전자 수용체에는 요오도늄 염 (예를 들어, 디아릴요오도늄 염), 디아조늄 염 (예를 들어, 알킬, 알콕시, 할로 또는 니트로와 같은 기에 의해 서 임의로 치환된 페닐디아조늄 염), 설포늄 염 (예를 들어, 알킬 또는 알콕시 기에 의해서 임의로 치환되고, 임의로 아릴 부위에 인접한 2,2' 옥시 기 브릿지를 갖는 트리아릴설포늄 염) 등, 및 이들의 혼합물이 포함된다.Electron acceptors suitable for use in photoreactive compositions can be photosensitized while producing at least one acid by accepting electrons from the electron excited state of the multiphoton photosensitizer. Such electron acceptors include iodonium salts (eg diaryliodonium salts), diazonium salts (eg phenyldiazonium salts optionally substituted by groups such as alkyl, alkoxy, halo or nitro), Sulfonium salts (eg, triarylsulfonium salts optionally substituted with alkyl or alkoxy groups and optionally having a 2,2'oxy group bridge adjacent to the aryl moiety), and mixtures thereof.

전자 수용체는 바람직하게는 반응성 물질에 가용성이며, 바람직하게는 저장-안정성이다 (즉, 광증감제 및 전자 공여체 화합물의 존재 하에서 거기에 용해되는 경우에 반응성 물질의 반응을 자발적으로 촉진하지 않음). 따라서, 특정의 전자 수용체를 선택하는 것은 어느 정도까지 상술한 바와 같은 특정의 반응성 물질, 광증감제 및 선택된 전자 공여체 화합물에 따라 좌우될 수 있다.The electron acceptor is preferably soluble in the reactive material and preferably storage-stable (ie does not spontaneously promote the reaction of the reactive material when dissolved therein in the presence of photosensitizers and electron donor compounds). Thus, the choice of a particular electron acceptor may depend to some extent on the particular reactive material, photosensitizer and selected electron donor compound as described above.

적합한 요오도늄 염에는 미국 특허 제 5,545,676, 3,729,313, 3,741,769, 3,808,006, 4,250,053, 및 4,394,403 호에 기술된 것이 포함된다. 요오도늄 염은 단순염 (예를 들어, Cl_, Br_, I_ 또는 C4H5SO3 _와 같은 음이온을 함유) 또는 금속 컴플렉스 염 (예를 들어, SbF6 _, PF6 _, BF4 _, 테트라키스(퍼플루오로페닐)보레이트, SbF5OH_, 또는 AsF6 _)일 수 있다. 필요한 경우에, 요오도늄 염의 혼합물이 사용될 수 있다.Suitable iodonium salts include those described in US Pat. Nos. 5,545,676, 3,729,313, 3,741,769, 3,808,006, 4,250,053, and 4,394,403. Iodonium salts may be simple salts (for example containing anions such as Cl _ , Br _ , I _ or C 4 H 5 SO 3 _ ) or metal complex salts (for example SbF 6 _ , PF 6 _ , BF 4 _ , tetrakis (perfluorophenyl) borate, SbF 5 OH _ , or AsF 6 _ ). If necessary, mixtures of iodonium salts can be used.

유용한 방향족 요오도늄 컴플렉스 염 전자 수용체의 예로는 디페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트; 디(4-메틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 페닐-4-메틸페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트; 디(4-헵틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 디(3-니트로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(4-클로로페 닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(나프틸)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 디(4-트리플루오로메틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 디페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(4-메틸페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디페닐요오도늄 헥사플루오로아르세네이트; 디(4-페녹시페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 페닐-2-티에닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 3,5-디메틸피라졸릴-4-페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디페닐요오도늄 헥사플루오로안티모네이트; 2,2'-디페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트; 디(2,4-디클로로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(4-브로모페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(4-메톡시페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(3-카복시페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(3-메톡시카보닐페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(3-메톡시설포닐페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(4-아세트아미도페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 디(2-벤조티에닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 및 디페닐요오도늄 헥사플루오로안티모네이트 등; 및 이들의 혼합물이 포함된다. 방향족 요오도늄 컴플렉스 염은 문헌 (Beringer et al., J. Am. Chem. Soc. 81, 342 (1959))의 지침에 따른 상응하는 방향족 요오도늄 단순염 (예를 들어, 디페닐요오도늄 비설페이트)의 복분해에 의해서 제조될 수 있다.Examples of useful aromatic iodonium complex salt electron acceptors include diphenyliodonium tetrafluoroborate; Di (4-methylphenyl) iodonium tetrafluoroborate; Phenyl-4-methylphenyliodonium tetrafluoroborate; Di (4-heptylphenyl) iodonium tetrafluoroborate; Di (3-nitrophenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (4-chlorophenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (naphthyl) iodonium tetrafluoroborate; Di (4-trifluoromethylphenyl) iodonium tetrafluoroborate; Diphenyliodonium hexafluorophosphate; Di (4-methylphenyl) iodonium hexafluorophosphate; Diphenyliodonium hexafluoroarsenate; Di (4-phenoxyphenyl) iodonium tetrafluoroborate; Phenyl-2-thienyliodonium hexafluorophosphate; 3,5-dimethylpyrazolyl-4-phenyliodonium hexafluorophosphate; Diphenyliodonium hexafluoroantimonate; 2,2'-diphenyliodonium tetrafluoroborate; Di (2,4-dichlorophenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (4-bromophenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (4-methoxyphenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (3-carboxyphenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (3-methoxycarbonylphenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (3-methoxysulfonylphenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (4-acetamidophenyl) iodonium hexafluorophosphate; Di (2-benzothienyl) iodonium hexafluorophosphate; And diphenyl iodonium hexafluoroantimonate; And mixtures thereof. Aromatic iodonium complex salts include the corresponding aromatic iodonium simple salts (eg, diphenyliodo) according to the guidelines of Breeringer et al., J. Am. Chem. Soc. 81, 342 (1959). Metal bisulfate).

바람직한 요오도늄 염에는 디페닐요오도늄 염 (예를 들어, 디페닐요오도늄 클로라이드, 디페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트 및 디페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트), 디아릴요오도늄 헥사플루오로안티모네이트 (예를 들어, 사르토머 컴패니 (Sartomer Company)로부터 상품명 사르캐트 (SARCAT) SR 1012로 이용할 수 있는 것), 및 이들의 혼합물이 포함된다.Preferred iodonium salts include diphenyliodonium salts (eg, diphenyliodonium chloride, diphenyliodonium hexafluorophosphate and diphenyliodonium tetrafluoroborate), diaryliodonium Hexafluoroantimonates (such as those available under the tradename SarCAT SR 1012 from Sartomer Company), and mixtures thereof.

설포늄 염 (및 전자 수용체의 그 밖의 어떤 다른 타입)에 적합한 음이온 X_에는 예를 들어, 이미드, 메티드, 붕소-중심, 인-중심, 안티몬-중심, 비소-중심, 및 알루미늄-중심 음이온이 포함된다.Sulfonic anion X _ suitable for the sulfonium salts (and other any other type of electron acceptors) include, for example, suited imide, methoxy, boron-centered, in-centered, antimony-centered, arsenic-centered, and aluminum-centered Anions are included.

적합한 이미드 및 메티드 음이온의 예시적이며 비제한적인 예에는 (C2F5SO2)2N_, (C4F9SO2)2N_, (C8F17SO2)3C_, (CF3SO2)3C_, (CF3SO2)2N_, (C4F9SO2)3C_, (CF3SO2)2(C4F9SO2)C_, (CF3SO2)(C4F9SO2)N_, ((CF3)2NC2F4SO2)2N_, (CF3)2NC2F4SO2C_(SO2CF3)2, (3,5-비스(CF3)C6H3)SO2)2N_SO2CF3, C6H5SO2C_(SO2CF3)2, C6H5SO2 _SO2CF3 등이 포함된다. 이러한 타입의 바람직한 음이온은 화학식 (RfSO2)3C_로 표시되는 음이온이 포함되며, 여기에서 Rf는 1 내지 약 4개의 탄소 원자를 갖는 퍼플루오로알킬 래디칼이다.Illustrative and non-limiting examples of suitable imide and meted anions include (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N _ , (C 4 F 9 SO 2 ) 2 N _ , (C 8 F 17 SO 2 ) 3 C _ , (CF 3 SO 2 ) 3 C _ , (CF 3 SO 2 ) 2 N _ , (C 4 F 9 SO 2 ) 3 C _ , (CF 3 SO 2 ) 2 (C 4 F 9 SO 2 ) C _ , (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) N _ , ((CF 3 ) 2 NC 2 F 4 SO 2 ) 2 N _ , (CF 3 ) 2 NC 2 F 4 SO 2 C _ ( SO 2 CF 3 ) 2 , (3,5-bis (CF 3 ) C 6 H 3 ) SO 2 ) 2 N _ SO 2 CF 3 , C 6 H 5 SO 2 C _ (SO 2 CF 3 ) 2 , C 6 H 5 SO 2 _ SO 2 CF 3 and the like. Preferred anions of this type include anions represented by the formula (R f SO 2 ) 3 C _ , wherein R f is a perfluoroalkyl radical having 1 to about 4 carbon atoms.

적합한 붕소-중심 음이온의 예시적인 비제한적인 예로는 F4B_, (3,5-비스(CF3)C6H3)4B_, (C6F5)4B_, (p-CF3C6H4)4B_, (m-CF3C6H4)4B_, (p-FC6H4)4B_, (C6F5)3(CH3)B_, (C6F5)3(n-C4H9)B_, (p-CH3C6H4)3(C6F5)B_, (C6F5)3FB_, (C6H5)3(C6F5)B_, (CH3)2(p- CF3C6H4)2B_, (C6F5)3(n-C18H37O)B_ 등이 포함된다. 바람직한 붕소-중심 음이온은 일반적으로 붕소에 부착된 3 개 또는 그 이상의 할로겐-치환된 방향족 하이드로카본 래디칼을 함유하며, 여기에서는 불소가 가장 바람직한 할로겐이다. 바람직한 음이온의 예시적인 비제한적인 예로는 (3,5-비스(CF3)C6H3)4B_, (C6F5)4B_, (C6F5)3(n-C4H9)B_, (C6F5)3FB_, 및 (C6F5)3(CH3)B_가 포함된다.Exemplary non-limiting examples of suitable boron-centered anions include F 4 B _ , (3,5-bis (CF 3 ) C 6 H 3 ) 4 B _ , (C 6 F 5 ) 4 B _ , (p- CF 3 C 6 H 4 ) 4 B _ , (m-CF 3 C 6 H 4 ) 4 B _ , (p-FC 6 H 4 ) 4 B _ , (C 6 F 5 ) 3 (CH 3 ) B _ , (C 6 F 5 ) 3 (nC 4 H 9 ) B _ , (p-CH 3 C 6 H 4 ) 3 (C 6 F 5 ) B _ , (C 6 F 5 ) 3 FB _ , (C 6 H 5 ) 3 (C 6 F 5 ) B _ , (CH 3 ) 2 (p- CF 3 C 6 H 4 ) 2 B _ , (C 6 F 5 ) 3 (nC 18 H 37 O) B _ Included. Preferred boron-centered anions generally contain three or more halogen-substituted aromatic hydrocarbon radicals attached to boron, wherein fluorine is the most preferred halogen. Exemplary non-limiting examples of preferred anions include (3,5-bis (CF 3 ) C 6 H 3 ) 4 B _ , (C 6 F 5 ) 4 B _ , (C 6 F 5 ) 3 (nC 4 H 9 ) B _ , (C 6 F 5 ) 3 FB _ , and (C 6 F 5 ) 3 (CH 3 ) B _ .

그 밖의 다른 금속 또는 메탈로이드 중심을 함유하는 적합한 음이온에는 예를 들어, (3,5-비스(CF3)C6H3)4Al_, (C6F5)4Al_, (C6F5)2F4P_, (C6F5)F5P_, F6P_, (C6F5)F5Sb_, F6Sb_, (HO)F5Sb_ 및 F6As_가 포함된다. 바람직하게는, 음이온 X_는 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 헥사플루오로아르세네이트, 헥사플루오로안티모네이트 및 하이드록시펜타플루오로안티모네이트로부터 선택된다 (예를 들어, 에폭시 수지와 같은 양이온적으로-경화성인 물질과 함께 사용하기 위함).Suitable anions containing other metal or metalloid centers include, for example, (3,5-bis (CF 3 ) C 6 H 3 ) 4 Al _ , (C 6 F 5 ) 4 Al _ , (C 6 F 5 ) 2 F 4 P _ , (C 6 F 5 ) F 5 P _ , F 6 P _ , (C 6 F 5 ) F 5 Sb _ , F 6 Sb _ , (HO) F 5 Sb _ and F 6 As _ is included. Preferably, the anion X _ is selected from tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, hexafluoroarsenate, hexafluoroantimonate and hydroxypentafluoroantimonate (e.g. epoxy resin For use with cationicly-curable materials, such as).

적합한 설포늄 염 전자 수용체의 예로는 다음 화합물들이 포함된다:Examples of suitable sulfonium salt electron acceptors include the following compounds:

트리페닐설포늄 테트라플루오로보레이트Triphenylsulfonium tetrafluoroborate

메틸디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트Methyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate

디메틸페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트Dimethylphenylsulfonium hexafluorophosphate

트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트Triphenylsulfonium hexafluorophosphate

트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트Triphenylsulfonium hexafluoroantimonate

디페닐나프틸설포늄 헥사플루오로아르세네이트Diphenylnaphthylsulfonium hexafluoroarsenate

트리톨리에설포늄 헥사플루오로포스페이트Tritoesulfonium hexafluorophosphate

아니실디페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트Anylsilylphenylsulfonium hexafluoroantimonate

4-부톡시페닐디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트4-butoxyphenyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate

4-클로로페닐디페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트4-chlorophenyldiphenylsulfonium hexafluorophosphate

트리(4-페녹시페닐)설포늄 헥사플루오로포스페이트Tri (4-phenoxyphenyl) sulfonium hexafluorophosphate

디(4-에톡시페닐)메틸설포늄 헥사플루오로아르세네이트Di (4-ethoxyphenyl) methylsulfonium hexafluoroarsenate

4-아세토닐페닐디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트4-acetonylphenyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate

4-티오메톡시페닐디페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트4-thiomethoxyphenyldiphenylsulfonium hexafluorophosphate

디(메톡시설포닐페닐)메틸설포늄 헥사플루오로안티모네이트Di (methoxysulfonylphenyl) methylsulfonium hexafluoroantimonate

디(니트로페닐)페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트Di (nitrophenyl) phenylsulfonium hexafluoroantimonate

디(카보메톡시페닐)메틸설포늄 헥사플루오로포스페이트Di (carbomethoxyphenyl) methylsulfonium hexafluorophosphate

4-아세트아미도페닐디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트4-acetamidophenyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate

디메틸나프틸설포늄 헥사플루오로포스페이트Dimethylnaphthylsulfonium hexafluorophosphate

트리플루오로메틸디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트Trifluoromethyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate

p-(페닐티오페닐)디페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트p- (phenylthiophenyl) diphenylsulfonium hexafluoroantimonate

10-메틸페녹산테늄 헥사플루오로포스페이트10-methylphenoxate hexafluorophosphate

5-메틸티안트레늄 헥사플루오로포스페이트5-methylthianthrenium hexafluorophosphate

10-페닐-9,9-디메틸티옥산테늄 헥사플루오로포스페이트10-phenyl-9,9-dimethylthioxatenium hexafluorophosphate

10-페닐-9-옥소티옥산테늄 테트라플루오로보레이트10-phenyl-9-oxothioxatenium tetrafluoroborate

5-메틸-10-옥소티안트레늄 테트라플루오로보레이트5-methyl-10-oxothianthrenium tetrafluoroborate

5-메틸-10,10-디옥소티안트레늄 헥사플루오로포스페이트5-methyl-10,10-dioxothioanthrenium hexafluorophosphate

바람직한 설포늄 염에는 트리아릴설포늄 헥사플루오로안티모네이트 (예를 들어, 사르토머 컴패니로부터 상품명 사르캐트 SR 1010으로 이용할 수 있는 것), 트리아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트 (예를 들어, 사르토머 컴패니로부터 상품명 사르캐트 SR 1011로 이용할 수 있는 것) 및 트리아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트 (예를 들어, 사르토머 컴패니로부터 상품명 사르캐트 KI85로 이용할 수 있는 것)와 같은 트리아릴-치환된 염이 포함된다.Preferred sulfonium salts include triarylsulfonium hexafluoroantimonate (e.g. available under the tradename Sarcat SR 1010 from Sartomer Co.), triarylsulfonium hexafluorophosphate (e.g. Triaryl-substituted salts such as those available under the trade name Sarcat SR 1011 from the Tomer Company and triarylsulfonium hexafluorophosphates (eg, those available under the trade name Sarcat KI85 from the Sartom Company) This includes.

바람직한 전자 수용체는 요오도늄 염 (더욱 바람직하게는, 아릴요오도늄 염), 설포늄 염 및 디아조늄 염과 같은 광자산 발생기 (photoacid generator)를 포함한다. 더욱 바람직한 것은 아릴요오도늄 염이다.Preferred electron acceptors include photoacid generators such as iodonium salts (more preferably, aryliodonium salts), sulfonium salts and diazonium salts. More preferred are the aryliodonium salts.

(( iiiiii ) 전자 공여체 화합물) Electron donor compound

광반응성 조성물에 유용한 전자 공여체 화합물은 광증감제의 전자 여기상태에 전자를 공여할 수 있는 화합물 (광증감제 그 자체는 아님)이다. 전자 공여체 화합물은 바람직하게는 0보다 크며, p-디메톡시벤젠의 산화전위 이하인 산화전위를 갖는다. 바람직하게는, 산화전위는 표준 포화 칼로멜 (calomel) 전극 ("S.C.E.")에 대비하여 약 0.3 내지 1 V 사이이다.Electron donor compounds useful in photoreactive compositions are compounds (but not photosensitizers themselves) that can donate electrons to the electron excited state of the photosensitizer. The electron donor compound is preferably greater than zero and has an oxidation potential that is less than or equal to the oxidation potential of p-dimethoxybenzene. Preferably, the oxidation potential is between about 0.3 and 1 V as compared to a standard saturated calomel electrode ("S.C.E.").

전자 공여체 화합물은 또한 바람직하게는 반응성 물질에 가용성이며, 부분적으로 저장안정성에 대한 고려를 기초로 하여 선택된다. 적합한 공여체는 일반적으로 원하는 파장의 광선에 노출시키면 광반응성 조성물의 경화 속도 및 이미지 밀도 (image density)를 증가시킬 수 있다.The electron donor compound is also preferably soluble in the reactive material and is selected based in part on consideration of storage stability. Suitable donors generally can increase the curing rate and image density of the photoreactive composition by exposure to light of a desired wavelength.

양이온적으로-반응성인 물질을 사용하여 작업하는 경우에, 본 기술분야에서 숙련된 전문가는 전자 공여체 화합물이 상당한 염기도를 갖는 경우에 이것은 양이온성 반응에 악영향을 미칠 수 있다는 것을 인식할 것이다 (참조, 예를 들어, 미국 특허 제 6,025,406 호의 기술내용).When working with cationicly-reactive materials, those skilled in the art will recognize that, if the electron donor compound has significant basicity, this may adversely affect the cationic reaction (see, See, eg, US Pat. No. 6,025,406).

일반적으로, 특정한 광증감제 및 전자 수용체와 함께 사용하기에 적합한 전자 공여체 화합물은 세가지 화합물의 산화 및 환원 전위를 비교함으로써 선택될 수 있다 (예를 들어, 미국 특허 제 4,859,572 호에 기술된 바와 같음). 이러한 전위는 실험적으로 측정될 수 있거나 (예를 들어, 문헌 (R.J. Cox, Photographic Sensitivity, Chapter 15, Academic Press (1973))에 기술된 방법에 의해서), 또는 문헌 [예를 들어, N.L. Weinburg, Ed., Technique of Electroorganic Synthesis Part II : Techniques of Chemistry, Vol. V (1975), 및 C.K. Mann and K.K. Barnes, Electrochemical Reactions in Nonaqueous Systems (1970)]으로부터 수득될 수 있다. 전위는 상대적 에너지 관계를 반영하는 것이며, 전자 공여체 화합물 선택을 유도하도록 후술되는 방식으로 사용될 수 있다.In general, electron donor compounds suitable for use with particular photosensitizers and electron acceptors can be selected by comparing the oxidation and reduction potentials of the three compounds (eg, as described in US Pat. No. 4,859,572). . Such dislocations can be measured experimentally (eg, by methods described in RJ Cox, Photographic Sensitivity , Chapter 15, Academic Press (1973)), or in NL Weinburg, Ed. ., Technique of Electroorganic Synthesis Part II : Techniques of Chemistry , Vol. V (1975), and CK Mann and KK Barnes, Electrochemical Reactions in Nonaqueous Systems (1970). The potential reflects the relative energy relationship and can be used in the manner described below to induce electron donor compound selection.

광증감제가 전자 여기상태인 경우에, 광증감제의 최고 점유된 분자 오비탈 (highest occupied molecular orbital; HOMO)에서의 전자는 더 높은 에너지 레벨 (즉, 광증감제의 최저 비점유된 분자 오비탈 (LUMO)로 올라가고, 빈 공간은 이것이 일차적으로 점유한 분자 오비탈에서 뒤에 남겨진다. 전자 수용체는 더 높은 에너지 오비탈로부터 전자를 수용할 수 있으며, 특정한 상대적 에너지 관계가 충족되면 전자 공여체 화합물은 전자를 공여하여 원래 점유된 오비탈에서 공간을 채울 수 있다.When the photosensitizer is in an electron excited state, the electrons at the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the photosensitizer have a higher energy level (ie, the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the photosensitizer. ), An empty space is left behind in the molecular orbital that it occupies primarily, the electron acceptor can accept electrons from higher energy orbitals, and when certain relative energy relationships are met, the electron donor compound donates electrons You can fill space in occupied orbitals.

전자 수용체의 환원전위가 광증감제의 환원전위 보다 덜 음성 (또는 더 양성)이라면, 이것은 발열방법을 나타내기 때문에 광증감제의 더 높은 에너지 오비탈에서의 전자는 광증감제로부터 전자 수용체의 최저 점유된 분자 오비탈 (LUMO)로 용이하게 전이된다. 비록 이 방법이 대신에 약간의 흡열반응이라고 하더라도 (즉, 비록 광증감제의 환원전위가 전자 수용체의 환원전위보다 0.1 볼트까지 더 음성이라고 하더라도), 주위 열활성화는 이러한 작은 장애를 쉽게 극복할 수 있다.If the reduction potential of the electron acceptor is less negative (or more positive) than the reduction potential of the photosensitizer, this indicates an exothermic method, so that electrons at the higher energy orbital of the photosensitizer occupy the lowest occupancy of the electron acceptor from the photosensitizer. Is easily transferred to molecular orbital (LUMO). Although this method is instead a slight endothermic reaction (i.e., although the reduction potential of the photosensitizer is negative up to 0.1 volts less than the reduction potential of the electron acceptor), ambient thermal activation can easily overcome this small obstacle. have.

유사한 방식으로, 전자 공여체 화합물의 산화전위가 광증감제의 산화전위보다 덜 양성 (또는 더 음성)이라면, 전자 공여체 화합물의 HOMO로부터 광증감제의 오비탈 공간으로의 전자 이동은 더 높은 전위로부터 더 낮은 전위로의 이동이며, 이것은 다시 발열방법을 나타낸다. 비록 이 방법이 약간의 흡열반응이라고 하더라도 (즉, 비록 광증감제의 산화전위가 전자 공여체 화합물의 산화전위보다 0.1 V까지 더 양성이라고 하더라도), 주위 열활성화는 이러한 작은 장애를 쉽게 극복할 수 있다.In a similar manner, if the oxidation potential of the electron donor compound is less positive (or more negative) than the oxidation potential of the photosensitizer, the electron transfer from the HOMO of the electron donor compound to the orbital space of the photosensitizer is lower from higher potential to lower. It is a shift to an electric potential, which in turn represents a heating method. Although this method is a slight endothermic reaction (ie, even though the oxidation potential of the photosensitizer is up to 0.1 V more positive than the oxidation potential of the electron donor compound), ambient thermal activation can easily overcome this small obstacle. .

광증감제의 환원전위가 전자 수용체의 환원전위보다 0.1 볼트까지 더 음성이거나, 광증감제의 산화전위가 전자 공여체 화합물의 산화전위보다 0.1 V까지 더 양성인 약한 흡열반응은, 전자 수용체 또는 전자 공여체 화합물이 우선 그의 여기상태의 광증감제와 반응하는지 여부와는 무관하게 모든 경우에 일어난다. 전자 수용체 또는 전자 공여체 화합물이 그의 여기상태의 광증감제와 반응하는 경우에, 반응 은 발열반응이거나, 단지 약간의 흡열반응인 것이 바람직하다. 전자 수용체 또는 전자 공여체 화합물이 광증감제 이온 래디칼과 반응하는 경우에는, 발열반응이 여전히 바람직하지만, 더 많은 흡열반응이 대부분의 경우에 일어날 것으로 예상될 수 있다. 따라서, 광증감제의 환원전위는 2차로 반응하는 (second-to-react) 전자 수용체의 환원전위보다 0.2 V 또는 그 이상 더 음성일 수 있거나, 광증감제의 산화전위는 2차로 반응하는 전자 공여체 화합물의 산화전위보다 0.2 V 또는 그 이상 더 양성일 수 있다.Weak endothermic reactions in which the photosensitizer's reduction potential is negative up to 0.1 volts more than the electron acceptor's reduction potential, or the photosensitizer's oxidation potential is more positive up to 0.1 V than the electron donor compound's oxidation potential. This happens in all cases regardless of whether or not it reacts with its photosensitizer in its excited state. When an electron acceptor or electron donor compound reacts with its photosensitizer in its excited state, the reaction is preferably exothermic or only slightly endothermic. If the electron acceptor or electron donor compound reacts with the photosensitizer ion radical, an exothermic reaction is still preferred, but more endothermic reactions can be expected to occur in most cases. Thus, the reduction potential of the photosensitizer may be 0.2 V or more negative than the reduction potential of the second-to-react electron acceptor, or the oxidation potential of the photosensitizer is the secondary donor. It may be 0.2 V or more positive than the oxidation potential of the compound.

적합한 전자 공여체 화합물은 예를 들어, 문헌 (D.F. Eaton, Advances in Photochemistry, edited by B. Voman et al., Volume 13, pp. 427-488, John Wiley and Sons, New York (1986)) 및 미국 특허 제 6,025,406 및 5,545,676 호에 기술된 것을 포함한다. 이러한 전자 공여체 화합물에는 아민 (트리페닐아민 (및 그의 트리페닐포스핀 및 트리페닐아르신 동족체), 아미노알데히드, 및 아미노실란을 포함), 아미드 (포스포르아미드를 포함), 에테르 (티오에테르를 포함), 우레아 (티오우레아를 포함), 설핀산 및 이들의 염, 페로시아나이드의 염, 아스코르빈산 및 그의 염, 디티오카밤산 및 그의 염, 크산테이트의 염, 에틸렌 디아민 테트라아세트산의 염, 다양한 유기금속 화합물, 예를 들어, SnR4 화합물 (여기에서 각각의 R은 알킬, 아르알킬 (특히, 벤질), 아릴, 및 알크아릴 기로부터 독립적으로 선택된다)(예를 들어, n-C3H7Sn(CH3)3, (알릴)Sn(CH3)3 및 (벤질)Sn(n-C3H7)3과 같은 화합물), 페로센 등, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 전자 공여체 화합물은 비치환될 수 있거나, 하 나 또는 그 이상의 비-간섭성 치횐체에 의해서 치환될 수 있다. 특히 바람직한 전자 공여체 화합물은 전자 공여체 원자 (예를 들어, 질소, 산소, 인 또는 황 원자) 및 전자 공여체 원자에 대해 알파인 탄소 또는 규소 원자에 결합된 추출가능한 수소 원자를 함유한다.Suitable electron donor compounds are described, for example, in DF Eaton, Advances in Photochemistry , edited by B. Voman et al., Volume 13, pp. 427-488, John Wiley and Sons, New York (1986) and US patents. And those described in US Pat. Nos. 6,025,406 and 5,545,676. Such electron donor compounds include amines (including triphenylamines (and their triphenylphosphine and triphenylarcin homologues), aminoaldehydes, and aminosilanes), amides (including phosphoramides), ethers (thioethers) ), Urea (including thiourea), sulfinic acid and salts thereof, salts of ferrocyanide, ascorbic acid and salts thereof, dithiocarbamic acid and salts thereof, salts of xanthate, salts of ethylene diamine tetraacetic acid, various Organometallic compounds, eg, SnR 4 compounds, wherein each R is independently selected from alkyl, aralkyl (especially benzyl), aryl, and alkaryl groups (eg, nC 3 H 7 Sn (CH 3 ) 3 , (allyl) Sn (CH 3 ) 3 and (benzyl) Sn (nC 3 H 7 ) 3 ), ferrocene, and the like, and mixtures thereof. The electron donor compound may be unsubstituted or substituted by one or more non-interfering plaques. Particularly preferred electron donor compounds contain electron donor atoms (eg nitrogen, oxygen, phosphorus or sulfur atoms) and extractable hydrogen atoms bonded to carbon atoms or silicon atoms that are alpine to electron donor atoms.

바람직한 아민 전자 공여체 화합물은 아릴-, 알크아릴- 및 아르알킬-아민 (예를 들어, p-N,N-디메틸-아미노펜에탄올 및 p-N-디메틸아미노벤조니트릴); 아미노알데히드 (예를 들어, p-N,N-디메틸아미노벤즈알데히드, p-N,N-디에틸아미노벤즈알데히드, 9-줄로리딘 카복스알데히드 및 4-모르폴리노벤즈아데히드); 및 이들의 혼합물을 포함한다. 삼급 방향족 알킬아민, 특히 방향족 환상에 적어도 하나의 전자-흡인성 기를 갖는 것은 특히 우수한 저장안정성을 제공하는 것으로 확인되었다. 우수한 저장안정성은 또한, 실온에서 고체인 아민을 사용하여 수득된다. 우수한 사진 속도 (photographic speed)는 하나 또는 그 이상의 줄로리디닐 부위를 함유하는 아민을 사용하여 수득된다.Preferred amine electron donor compounds include aryl-, alkaryl- and aralkyl-amines (eg, p-N, N-dimethyl-aminophenethanol and p-N-dimethylaminobenzonitrile); Aminoaldehydes (eg, p-N, N-dimethylaminobenzaldehyde, p-N, N-diethylaminobenzaldehyde, 9-julolidine carboxaldehyde and 4-morpholinobenzaldehyde); And mixtures thereof. Tertiary aromatic alkylamines, in particular having at least one electron-withdrawing group in the aromatic ring, have been found to provide particularly good storage stability. Good storage stability is also obtained using amines that are solid at room temperature. Good photographic speed is obtained using amines containing one or more zoloridinyl moieties.

바람직한 아미드 전자 공여체 화합물에는 N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디에틸아세트아미드, N-메틸-N-페닐아세트아미드, 헥사메틸포스포르아미드, 헥사에틸포스포르아미드, 헥사프로필포스포르아미드, 트리모르폴리노포스핀 옥사이드, 트리피페리디노포스핀 옥사이드 및 이들의 혼합물이 포함된다.Preferred amide electron donor compounds include N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methyl-N-phenylacetamide, hexamethylphosphoramide, hexaethylphosphoramide, hexapropylphosphoramide , Trimorpholinophosphine oxide, tripiperidinophosphine oxide and mixtures thereof.

적합한 에테르 전자 공여체 화합물에는 4,4'-디메톡시비페닐, 1,2,4-트리메톡시벤젠, 1,2,4,5-테트라메톡시벤젠 등, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 적합한 우레아 전자 공여체 화합물에는 N,N'-디메틸우레아, N,N-디메틸우레아, N,N'-디페 닐우레아, 테트라메틸티오우레아, 테트라에틸티오우레아, 테트라-n-부틸티오우레아, N,N-디-n-부틸티오우레아, N,N'-디-n-부틸티오우레아, N,N-디페닐티오우레아, N,N'-디페닐-N,N'-디에틸티오우레아 등, 및 이들의 혼합물이 포함된다.Suitable ether electron donor compounds include 4,4'-dimethoxybiphenyl, 1,2,4-trimethoxybenzene, 1,2,4,5-tetramethoxybenzene, and the like, and mixtures thereof. Suitable urea electron donor compounds include N, N'-dimethylurea, N, N-dimethylurea, N, N'-diphenylurea, tetramethylthiourea, tetraethylthiourea, tetra-n-butylthiourea, N, N-di-n-butylthiourea, N, N'-di-n-butylthiourea, N, N-diphenylthiourea, N, N'-diphenyl-N, N'-diethylthiourea, etc. , And mixtures thereof.

산-유도된 반응을 위해서 바람직한 전자 공여체 화합물에는 4-디메틸아미노벤조산, 에틸 4-디메틸아미노벤조에이트, 3-디메틸아미노벤조산, 4-디메틸아미노벤조인, 4-디메틸아미노벤즈알데히드, 4-디메틸아미노벤조니트릴, 4-디메틸아미노펜에틸 알콜 및 1,2,4-트리메톡시벤젠이 포함된다.Preferred electron donor compounds for acid-derived reactions include 4-dimethylaminobenzoic acid, ethyl 4-dimethylaminobenzoate, 3-dimethylaminobenzoic acid, 4-dimethylaminobenzoin, 4-dimethylaminobenzaldehyde, 4-dimethylaminobenzo Nitrile, 4-dimethylaminophenethyl alcohol and 1,2,4-trimethoxybenzene.

필요한 경우에, 전자 공여체, 전자 수용체, 또는 둘 다는 다광자 광증감제에 결합될수 있다 (예를 들어, 공유적으로).If desired, the electron donor, electron acceptor, or both can be bound to (eg, covalently) a multiphoton photosensitizer.

(3) 무기 나노입자(3) inorganic nanoparticles

본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 입자에는 전축합되고, 화학적 조성이 무기물인 입자가 포함된다. 이러한 전축합된 입자는 일반적으로, 상응하는 벌크 물질의 밀도와 실질적으로 동일한 밀도 (바람직하게는, 상응하는 벌크 물질의 밀도의 적어도 약 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 50%, 가장 바람직하게는 적어도 약 90%)를 갖는다. 약 200℃의 온도로 가열하면, 이러한 입자는 일반적으로 원래 중량의 적어도 약 70% (바람직하게는, 적어도 약 80%; 더욱 바람직하게는, 적어도 약 90%)를 유지한다.Particles suitable for use in the process of the present invention include particles that are precondensed and whose chemical composition is inorganic. Such precondensed particles generally have a density substantially equal to the density of the corresponding bulk material (preferably at least about 50%, more preferably at least about 50%, most preferably of the density of the corresponding bulk material). At least about 90%). When heated to a temperature of about 200 ° C., these particles generally maintain at least about 70% (preferably at least about 80%; more preferably at least about 90%) of their original weight.

입자는 필요에 따라서, (예를 들어, 표면-부착된 유기기를 갖도록) 표면-처리될 수 있다. 바람직하게는, 입자는 양이온적 반응성 물질의 반응을 개시하지 않도록 선택될 수 있거나, 이러한 개시를 최소화시키기 위하여 표면처리될 수 있다. 일반적으로, 입자는 서브미크론의 크기일 수 있으며, 조성물에서 약 10 중량% 이상의 농도로 사용되는 경우에 대부분은 광반응성 조성물의 광반응을 위해서 사용된 광선의 파장에서 투명할 수 있다. 바람직하게는 입자의 굴절률은 반응성 물질의 굴절률과 실질적으로 동일하다 (예를 들어, 약 10% 이내).The particles can be surface-treated as needed (eg, to have surface-attached organic groups). Preferably, the particles may be selected to not initiate the reaction of the cationic reactive material or may be surface treated to minimize such initiation. In general, the particles may be of the size of submicron and, when used at a concentration of at least about 10% by weight in the composition, most may be transparent at the wavelength of light used for the photoreaction of the photoreactive composition. Preferably the refractive index of the particles is substantially the same as the refractive index of the reactive material (eg within about 10%).

적합한 입자는 예를 들어, 그의 기술내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 미국 특허 제 5,648,407 호에 기술되어 있다. 적합한 입자에는 금속 옥사이드 (예를 들어, Al2O3, ZrO2, TiO2, ZnO, SiO2, 희토류 금속 옥사이드 및 실리케이트 글래스) 및 금속 카보네이트뿐만 아니라 그 밖의 충분히 투명한 비-옥사이드 세라믹 물질 (예를 들어, 금속 플루오라이드)의 입자가 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다. 입자(들)를 선택함에 있어서 추가의 고려사항은 입자를 포함하는 물질이 치밀한 무기 구조로 소결될 수 있는 온도일 수 있다. 바람직하게는, 입자는 산 에칭될 수 있다 (예를 들어, 수성 HF 또는 HCl에 의해서 에칭될 수 있다).Suitable particles are described, for example, in US Pat. No. 5,648,407, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Suitable particles include metal oxides (eg Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, SiO 2 , rare earth metal oxides and silicate glasses) and metal carbonates as well as other sufficiently transparent non-oxide ceramic materials (eg Particles of metal fluoride) are included, but are not limited to these. A further consideration in selecting the particle (s) may be the temperature at which the material comprising the particles can be sintered into a dense inorganic structure. Preferably, the particles can be acid etched (eg, by aqueous HF or HCl).

콜로이드성 실리카가 본 발명의 방법에서 사용하기에 바람직한 입자이지만, 그 밖의 다른 콜로이드성 금속 옥사이드 (예를 들어, 티타니아, 알루미나, 지르코니아, 바나디아, 안티모니 옥사이드, 틴 옥사이드 등, 및 이들의 혼합물)가 이용될 수도 있다. 콜로이드성 입자는 본질적으로, 실리카와 같이 충분한 투명도를 갖는 단일 옥사이드를 포함할 수 있으나, 한가지 타입의 옥사이드의 코어 (또는 금속 옥사이드 이외의 물질의 코어)와 그 위에 침착된 또 다른 타입의 옥사이드, 바람직하게는 실리카를 포함할 수도 있다. 대신으로, 콜로이드성 입자는 (유사하거나 상이 한 조성의) 더 작은 입자의 클러스터 (cluster)로 조성될 수 있거나, 중공성일 수 있거나, 다공성일 수 있다.Colloidal silica is a preferred particle for use in the process of the invention, but other colloidal metal oxides (eg titania, alumina, zirconia, vanadia, antimony oxide, tin oxide, and the like, and mixtures thereof). May be used. The colloidal particles may essentially comprise a single oxide having sufficient transparency, such as silica, but with one type of oxide core (or core other than metal oxide) and another type of oxide deposited thereon, preferably May comprise silica. Instead, the colloidal particles can be composed of clusters of smaller particles (of similar or different composition), can be hollow, or can be porous.

일반적으로, 입자 또는 클러스터는 광반응성 조성물을 광패턴화시키기 위해서 사용된 광선의 파장보다 더 작으며, 크기 (평균 입자직경, 여기에서 "직경"은 실질적으로 구형인 입자의 직경뿐만 아니라 비-구형 입자의 가장 긴 디멘션 (dimension)을 의미한다)가 약 1 나노미터 내지 약 150 나노미터, 바람직하게는 약 5 나노미터 내지 약 75 나노미터, 더욱 바람직하게는 약 5 나노미터 내지 약 30 나노미터, 가장 바람직하게는 약 5 나노미터 내지 약 20 나노미터일 수 있다. 명시된 크기 범위를 갖는 콜로이드성 입자를 광반응성 조성물에 혼입시키면 일반적으로 실질적으로 투명하고 균일한 조성물이 수득된다. 이러한 조성물은 광패턴화 공정 중에 광선의 산란을 최소화한다. 가장 바람직하게는, 입자는 이러한 크기일 뿐만 아니라, 선택된 반응성 물질의 굴절률과 실질적으로 동일한 굴절률을 갖는다.In general, the particles or clusters are smaller than the wavelength of the light used to photopattern the photoreactive composition, and the size (average particle diameter, where the "diameter" is not only spherical but also non-spherical in diameter). Means the longest dimension of the particles) from about 1 nanometer to about 150 nanometers, preferably from about 5 nanometers to about 75 nanometers, more preferably from about 5 nanometers to about 30 nanometers, Most preferably from about 5 nanometers to about 20 nanometers. Incorporation of colloidal particles having a specified size range into the photoreactive composition generally yields a substantially transparent and uniform composition. Such compositions minimize scattering of light rays during the photopatterning process. Most preferably, the particles are not only this size, but also have a refractive index that is substantially the same as the refractive index of the selected reactive material.

특정한 타입의 무기 입자가 (예를 들어, 전자 수용체로서 작용하는) 다광자 광개시제 시스템의 성분과 상호작용할 수 있으며, 다광자-광개시된 광반응을 간섭할 수 있다는 것은 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게 자명할 것이다. 무기 입자와 다광자 광개시제의 배합물은 바람직하게는 이러한 간섭을 피하도록 선택될 수 있다.It will be appreciated by those skilled in the art that certain types of inorganic particles can interact with components of a multiphoton photoinitiator system (eg, acting as an electron acceptor) and can interfere with multiphoton-photoinitiated photoreactions. Will be self explanatory. Combinations of inorganic particles and multiphoton photoinitiators may preferably be selected to avoid such interference.

또한, 입자 응집은 침전, 겔화, 또는 졸 점도의 급격한 증가를 일으킬 수 있기 때문에 입자는 크기가 비교적 균일하고, 실질적으로 비-응집된 상태로 유지되는 것이 바람직하다. 실질적으로 단일분산 또는 실질적으로 바이모달 (bimodal) 크기 분포를 갖는 입자를 포함하는 광반응성 조성물이 바람직하다.It is also desirable that the particles remain relatively uniform in size and remain substantially non-aggregated because particle aggregation can cause precipitation, gelation, or a sharp increase in sol viscosity. Preference is given to photoreactive compositions comprising particles having a substantially monodisperse or substantially bimodal size distribution.

따라서, 본 발명의 방법에서 사용하기에 특히 바람직한 부류의 입자는 무기 입자의 졸 (예를 들어, 액체 매질 중의 무기 입자의 콜로이드성 분산액), 특히 무정형 실리카의 졸을 포함한다. 이러한 졸은 다양한 기술에 의해서, 하이드로졸 (여기에서는 물이 액체 매질로서 작용한다), 유기졸 (여기에서는 유기 액체가 사용된다) 및 혼합 졸 (여기에서는 액체 매질이 물과 유기 액체 둘 다를 포함한다)을 포함하는 다양한 형태로 제조될 수 있다 (참조, 예를 들어, 기술내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 미국 특허 제 2,801,185 (Iler) 및 4,522,958 호 (Das et al.)에 제시된 기술 및 형태에 대한 설명, 및 문헌 (R.K. Iler, The Chemistry of Silica, John Wiley & Sons, New York (1979))에 기술된 것).Thus, a particularly preferred class of particles for use in the process of the invention comprises sol of inorganic particles (eg, colloidal dispersion of inorganic particles in liquid medium), in particular sol of amorphous silica. Such sol includes, by various techniques, a hydrosol (here water acts as a liquid medium), an organic sol (here an organic liquid is used) and a mixed sol (here the liquid medium contains both water and an organic liquid). Can be prepared in a variety of forms, including, for example, the techniques and forms set forth in US Pat. Nos. 2,801,185 (Iler) and 4,522,958 (Das et al.), The disclosures of which are incorporated herein by reference. For a description, and literature (RK Iler, The Chemistry of Silica , John Wiley & Sons, New York (1979)).

그들의 표면화학 및 상업적 이용성으로 인하여 실리카 하이드로졸이 본 발명의 방법에서 사용하기에 바람직하다. 이러한 하이드로졸은 다양한 입자 크기 및 농도 형태로 이용할 수 있다 (예를 들어, Nyacol Products, Inc. in Ashland, Md.; Nalco Chemical Company in Oakbrook, Ill.; 및 E.I. Dupont de Nemours and Company in Wilmington, Del). 물 중의 실리카의 약 10 내지 50 중량%의 농도가 일반적으로 유용하며, 약 30 내지 약 50 중량%의 농도가 바람직하다 (더 소량의 물이 제거되기 때문임). 필요한 경우에, 실리카 하이드로졸은 예를 들어, 알칼리 금속 실리케이트의 수용액을 산으로 pH 약 8 또는 9로 (생성된 용액의 나트륨 함량이 나트륨 옥사이드를 기준으로하여 약 1 중량% 미만이 되도록) 부분적으로 중화시킴으로써 제조될 수 있다. 실리카 하이드로졸을 제조하는 그 밖의 다른 방법, 예를 들어, 전기투석, 나트륨 실리케이트의 이온교환, 규소 화합물의 가수분해, 및 원소 규소의 용해는 상기의 일러 (Iler)의 문헌에 기술되어 있다.Silica hydrosols are preferred for use in the process of the invention because of their surface chemistry and commercial availability. Such hydrosols are available in a variety of particle size and concentration forms (eg, Nyacol Products, Inc. in Ashland, Md .; Nalco Chemical Company in Oakbrook, Ill .; and EI Dupont de Nemours and Company in Wilmington, Del) ). Concentrations of about 10-50% by weight of silica in water are generally useful, with concentrations of about 30-50% by weight being preferred (because smaller amounts of water are removed). If necessary, the silica hydrosol may be partially dissolved, for example, with an aqueous solution of alkali metal silicate at pH about 8 or 9 (so that the sodium content of the resulting solution is less than about 1% by weight based on sodium oxide). It can be prepared by neutralizing. Other methods of preparing silica hydrosols, such as electrodialysis, ion exchange of sodium silicates, hydrolysis of silicon compounds, and dissolution of elemental silicon, are described in the above Iler literature.

반응성 수지 졸의 제조는 바람직하게는 반응성 물질에서 입자의 분산성에 도움을 주도록 무기 입자의 표면의 적어도 일부분을 변형시키는 것을 포함한다. 이러한 표면 변형은 본 기술분야에서 공지된 다양한 상이한 방법에 의해서 수행될 수 있다 (참조예: 그의 기술내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 미국 특허 제 2,801,185 (Iler) 및 4,522,958 호 (Das et al.)에 기술된 표면 변형기술). 이러한 방법은 예를 들어, 실란화, 플라즈마 처리, 코로나 처리, 유기산 처리, 가수분해, 티탄화 등을 포함한다.Preparation of the reactive resin sol preferably includes modifying at least a portion of the surface of the inorganic particles to assist in the dispersibility of the particles in the reactive material. Such surface modification can be performed by a variety of different methods known in the art (see, eg, US Pat. Nos. 2,801,185 (Iler) and 4,522,958 (Das et al., Incorporated herein by reference). Surface deformation technology as described in Such methods include, for example, silanization, plasma treatment, corona treatment, organic acid treatment, hydrolysis, titanation and the like.

예를 들어, 실리카 입자는 입자의 표면 상의 실라놀 기가 하이드록실 기와 결합하여 표면-결합된 에스테르 기를 생성하도록 하는 조건 하에서 일가 알콜, 폴리올 또는 이들의 혼합물 (특히, 포화된 일급 알콜)로 처리할 수 있다. 실리카 (또는 그 밖의 다른 금속 옥사이드) 입자의 표면은 또한, 유기실란, 예를 들어, 알킬 클로로실란, 트리알콕시 아릴실란 또는 트리알콕시 알킬실란으로 처리하거나, 또는 화학적 결합 (공유 또는 이온)에 의해서 또는 강력한 물리적 결합에 의해서 입자의 표면에 부착할 수 있으며, 선택된 수지(들)와 화학적으로 상화성인 그 밖의 다른 화학적 화합물, 예를 들어, 유기티타네이트에 의해서 처리할 수 있다. 유기실란에 의한 처리가 일반적으로 바람직하다. 방향족 수지-함유 에폭시 수지가 이용되는 경우에는, 적어도 하나의 방향족 환을 또한 함유하는 표면처리제가 일반적으로 수지와 상화적이며, 따라서 바람직하다. 유사하게, 다른 금속 옥사이드는 유 기산 (예를 들어, 올레산)으로 처리될 수 있거나, 유기산을 분산제로서 광반응성 조성물에 혼입시킬 수 있다.For example, silica particles can be treated with monohydric alcohols, polyols or mixtures thereof (particularly saturated primary alcohols) under conditions such that silanol groups on the surface of the particles combine with hydroxyl groups to produce surface-bonded ester groups. have. The surface of the silica (or other metal oxide) particles can also be treated with organosilanes, for example alkyl chlorosilanes, trialkoxy arylsilanes or trialkoxy alkylsilanes, or by chemical bonds (covalent or ionic) or It can adhere to the surface of the particles by strong physical bonding and can be treated with other chemical compounds, such as organotitanates, which are chemically compatible with the selected resin (s). Treatment with organosilanes is generally preferred. In the case where an aromatic resin-containing epoxy resin is used, a surface treating agent which also contains at least one aromatic ring is generally compatible with the resin and is therefore preferred. Similarly, other metal oxides can be treated with organic acids (eg, oleic acid), or organic acids can be incorporated into the photoreactive composition as dispersants.

반응성 수지 졸을 제조하는 경우에, 하이드로졸 (예를 들어, 실리카 하이드로졸)은 일반적으로 수-혼화성 유기 액체 (예를 들어, 알콜, 에테르, 아미드, 케톤 또는 니트릴), 및 임의로 (알콜이 유기 액체로 사용되는 경우에) 유기실란 또는 유기티타네이트와 같은 표면처리제와 배합될 수 있다. 알콜 및/또는 표면처리제는 일반적으로, 입자의 표면의 적어도 일부분이 (반응성 물질과 배합시에) 안정한 반응성 수지 졸의 형성이 가능하게 하기에 충분하게 변형되도록 하는 양으로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 알콜 및/또는 치료제의 양은 적어도 50 중량% 금속 옥사이드 (예를 들어, 실리카), 더욱 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 금속 옥사이드인 입자를 제공하도록 선택된다. (알콜은 희석제 및 처리제 둘 다로서 작용하는 알콜에 충분한 양으로 첨가될 수 있다.) 그 후, 생성된 혼합물을 가열하여 증류에 의해서, 또는 공비증류에 의해서 물을 제거한 다음에 예를 들어, 약 100℃에서 예를 들어, 약 24 시간의 기간 동안 유지시켜 알콜 및/또는 다른 표면처리제가 입자의 표면상의 화학적 기와 반응 (또는 그 밖의 다른 상호작용)할 수 있도록 할 수 있다. 이것은 표면-부착되거나 표면-결합된 유기기를 갖는 입자를 포함하는 유기졸을 제공한다.In preparing reactive resin sols, hydrosols (eg, silica hydrosols) are generally water-miscible organic liquids (eg, alcohols, ethers, amides, ketones or nitriles), and optionally (alcohol When used as an organic liquid), it may be combined with a surface treating agent such as an organosilane or an organotitanate. Alcohols and / or surfacing agents can generally be used in an amount such that at least a portion of the surface of the particles is sufficiently modified to enable the formation of stable reactive resin sols (when combined with the reactive material). Preferably, the amount of alcohol and / or therapeutic agent is selected to provide particles that are at least 50% by weight metal oxide (eg, silica), more preferably at least about 75% by weight metal oxide. (Alcohol may be added in sufficient quantity to the alcohol acting as both a diluent and a treating agent.) The resulting mixture is then heated to remove water by distillation or by azeotropic distillation, followed by It may be maintained at 100 ° C. for a period of about 24 hours, for example, to allow alcohol and / or other surface treatment agents to react (or otherwise interact with) chemical groups on the surface of the particles. This provides an organic sol comprising particles having surface-attached or surface-bonded organic groups.

그 후, 생성된 유기졸을 반응성 물질과 배합시키고, 유기 액체를 예를 들어, 회전증발기를 사용함으로써 제거한다. 바람직하게는, 유기 액체는 진공 하에서 단단하게-결합된 휘발성 성분조차도 제거하기에 충분한 온도로 가열함으로써 제거된 다. 스트립핑 (stripping) 시간 및 온도는 일반적으로 반응성 물질의 촉진은 최소화하면서 휘발성 물질의 제거를 최대화하도록 선택될 수 있다. 대신으로, 볼 밀링 (ball milling), 3-롤 밀링, 브라벤더 (Brabender) 혼합, 압출 또는 그 밖의 다른 고전단 혼합방법과 같은 본 기술분야에서 공지된 방법을 사용하여 전축합된 무기 입자를 반응성 물질과 혼합시킬 수 있다.The resulting organic sol is then combined with the reactive material and the organic liquid is removed, for example by using a rotary evaporator. Preferably, the organic liquid is removed by heating to a temperature sufficient to remove even tightly-bound volatile components under vacuum. Stripping times and temperatures can generally be selected to maximize removal of volatiles while minimizing the promotion of reactive materials. Instead, reactive particles are pre-condensed using methods known in the art, such as ball milling, 3-roll milling, Brabender mixing, extrusion, or other high shear mixing methods. May be mixed with the material.

광반응성Photoreactivity 조성물의 제조 Preparation of the composition

광반응성 조성물의 성분들은 상술한 방법에 의해서, 또는 본 기술분야에서 공지된 다른 방법에 의해서 제조될 수 있으며, 대부분은 시판품으로 이용할 수 있다. 이들 성분은 "안전 광선 (safe light)" 조건 하에서 어떤 배합 순서 및 방식을 사용하여서도 배합될 수 있지만 (임의로, 교반 또는 휘저음에 의해서), 전자 수용체를 마지막으로 (및 다른 성분들의 용해를 촉진시키기 위해서 임의로 사용되는 어떤 가열단계라도 그 후에) 첨가하는 것이 때때로 바람직하다 (저장수명 및 열안정성의 관점에서). 필요에 따라서, 용매가 사용될 수 있지만, 단 용매는 조성물의 성분들과 감지할 수 있을 정도로 반응하지 않도록 선택된다. 적합한 용매에는 예를 들어, 아세톤, 디클로로메탄, 및 아세토니트릴이 포함된다. 반응성 물질 그 자체는 또한, 때때로 다른 성분들에 대한 용매로 작용할 수도 있다.The components of the photoreactive composition can be prepared by the method described above or by other methods known in the art, and most of them can be used as commercial products. These components may be formulated using any compounding sequence and manner under “safe light” conditions (optionally by stirring or stirring), but finally dissolving the electron acceptor (and other components). It is sometimes desirable (in view of shelf life and thermal stability) to add any heating step optionally used for this purpose). If desired, a solvent may be used, provided that the solvent is selected so that it does not react appreciably with the components of the composition. Suitable solvents include, for example, acetone, dichloromethane, and acetonitrile. The reactive material itself may also sometimes act as a solvent for other components.

광개시제 시스템의 성분들은 광화학적 유효량 (즉, 예를 들어, 밀도, 점도, 색상, pH, 굴절률 또는 그 밖의 다른 물리적 또는 화학적 성질의 변화에 의해서 입증되는 것으로서, 선택된 노출조건 하에서 반응성 물질이 적어도 부분적 반응을 수행하도록 하기에 충분한 양)으로 존재한다. 일반적으로, 광반응성 조성물은 조성 물 내의 고체의 총중량 (즉, 용매 이외의 성분들의 총중량)을 기준으로 하여, 약 5 중량% 내지 약 99.79 중량%의 하나 또는 그 이상의 반응성 물질 (또는 반응성 및 비-반응성 물질의 배합물); 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 하나 또는 그 이상의 광증감제 (바람직하게는, 약 0.1% 내지 약 5%, 더욱 바람직하게는 약 0.2% 내지 약 2%); 약 10 중량% 이하의 하나 또는 그 이상의 전자 공여체 화합물 (바람직하게는, 약 0.1% 내지 약 10%, 더욱 바람직하게는 약 0.1% 내지 약 5%); 및 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 하나 또는 그 이상의 전자 수용체 (바람직하게는, 약 0.1% 내지 약 5%)를 함유한다. 광반응성 조성물은 일반적으로 조성물의 총부피를 기준으로 하여, 약 0.01 부피% 내지 약 75 부피%의 무기 입자로 부하될 수 있다.The components of the photoinitiator system are demonstrated by photochemically effective amounts (ie, changes in density, viscosity, color, pH, refractive index or other physical or chemical properties, such that at least partial reaction of the reactive material under selected exposure conditions) In an amount sufficient to allow the to be carried out. Generally, the photoreactive composition comprises from about 5% to about 99.79% by weight of one or more reactive materials (or reactive and non-based) based on the total weight of the solids in the composition (ie, the total weight of components other than the solvent). Combinations of reactive substances); About 0.01% to about 10% by weight of one or more photosensitizers (preferably from about 0.1% to about 5%, more preferably from about 0.2% to about 2%); Up to about 10% by weight of one or more electron donor compounds (preferably from about 0.1% to about 10%, more preferably from about 0.1% to about 5%); And from about 0.1% to about 10% by weight of one or more electron acceptors (preferably from about 0.1% to about 5%). The photoreactive composition may generally be loaded with from about 0.01% to about 75% by volume of inorganic particles, based on the total volume of the composition.

광범한 종류의 첨가제가 목적하는 특성에 따라서 광반응성 조성물 내에 포함될 수 있다. 적합한 첨가제에는 용매, 희석제, 수지, 결합제, 가소제, 안료, 염료, 요변제 (thixotropic agent), 지시약, 억제제, 안정화제, 자외선 흡수제 등이 포함된다. 이러한 첨가제의 양 및 타입, 및 조성물에 대한 이들의 첨가방식은 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게 잘 알려져 있다.A wide range of additives may be included in the photoreactive composition depending on the desired properties. Suitable additives include solvents, diluents, resins, binders, plasticizers, pigments, dyes, thixotropic agents, indicators, inhibitors, stabilizers, ultraviolet absorbers and the like. The amount and type of such additives and their manner of addition to the composition are well known to those skilled in the art.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 범주 내에는 예를 들어, 점도를 조절하거나 광속도를 증가시키기 위하여 광반응성 조성물 내에 비반응성 폴리머 결합제를 포함시키는 것이 포함된다. 이러한 폴리머 결합제는 일반적으로, 반응성 물질과 상화성이 있도록 선택될 수 있다.As described above, it is within the scope of the present invention to include the non-reactive polymer binder in the photoreactive composition, for example, to control the viscosity or to increase the speed of light. Such polymeric binders may generally be selected to be compatible with the reactive material.

광반응성 조성물은 다양한 적용방법 중의 어떤 것에 의해서라도 기질에 적용 될 수 있다. 조성물은 나이프 또는 바아 코팅과 같은 코팅방법에 의해서, 또는 침액 (dipping), 함침 (immersion), 분무 (spraying), 브러슁 (brushing), 스핀 코팅 (spin coating), 커튼 (curtain) 코팅 등과 같은 적용방법에 의해서 적용될 수 있다. 대신으로, 조성물은 점적방식 (drop-wise)으로 적용될 수 있다. 기질은 크기적으로 안정한 어떤 물질 (예를 들어, 공정 단계들의 온도보다 더 높은 연화 또는 분해 온도를 갖는 유리, 훈증 실리카, 규소 또는 칼슘 플루오라이드와 같은 물질)로나 만들어질 수 있으며, 특정한 적용분야에 따라서 광범한 종류의 필름, 쉬트, 웨이퍼 (wafers) 및 그 밖의 다른 표면으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 기질은 비교적 편평하고, 바람직하게는 공정으로부터 생성된 주기적 유전체 구조의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는다. 바람직하게는, 기질은 노출 파장과 부합하는 굴절방지 코팅을 갖는다. 기질은 임의로, 기질에 대한 광반응성 조성물의 부착을 증진시키기 위해서 프라이머 (primer)(예를 들어, 실란 커플링제)로 전처리될 수 있다.Photoreactive compositions may be applied to the substrate by any of a variety of applications. The composition may be applied by a coating method such as knife or bar coating or by a method of application such as dipping, immersion, spraying, brushing, spin coating, curtain coating, or the like. Can be applied by Instead, the composition can be applied drop-wise. The substrate may be made of any size stable material (eg, a material such as glass, fumed silica, silicon, or calcium fluoride with a softening or decomposition temperature higher than the temperature of the process steps) and may be used in certain applications. Thus it can be selected from a wide variety of films, sheets, wafers and other surfaces. Preferably, the substrate is relatively flat and preferably has a lower refractive index than that of the periodic dielectric structure produced from the process. Preferably, the substrate has an anti-reflective coating that matches the exposure wavelength. The substrate may optionally be pretreated with a primer (eg, a silane coupling agent) to enhance the adhesion of the photoreactive composition to the substrate.

광반응성 조성물은 요변성일 수 있거나, 무기 입자의 특정한 표면처리 및 이들의 다른 성분들과의 상화성 둘 다에 대해 민감한 유동적 거동을 나타낼 수 있다. 따라서, 적절한 용매 함량 및 전단 조건은 목적하는 두께의 균일한 필름을 수득하기 위해서 각각의 특정한 조성물 및 코팅방법에 대해 최적화될 수 있다. 코팅한 후에, 광반응성 조성물은 임의로, (예를 들어, 열판 상에서 또는 오븐 내에서) 온화하게 베이킹하여 잔류하는 용매 중의 일부 또는 전부를 제거할 수 있다. 바람직하게는, 생성된 코팅된 조성물의 유동학은 이것이 노출 및 현상단계의 시간 스케일 상에서 실질적으로 새깅 (sag)하거나 유동하지 않도록 된다.The photoreactive composition may be thixotropic or may exhibit fluid behavior sensitive to both the specific surface treatment of the inorganic particles and their compatibility with other components. Thus, appropriate solvent content and shear conditions can be optimized for each particular composition and coating method to obtain a uniform film of the desired thickness. After coating, the photoreactive composition may optionally be gently baked (eg, on a hot plate or in an oven) to remove some or all of the remaining solvent. Preferably, the rheology of the resulting coated composition is such that it does not substantially sag or flow over the time scale of the exposure and development steps.

광반응성Photoreactivity 조성물의 노출 Exposure of the composition

실질적으로 무기성인 광반응성 조성물의 적어도 일부분은 적어도 3개의 빔 (바람직하게는, 적어도 4개의 빔)을 포함하는 멀티빔 간섭 (MBI) 기술을 사용하여 적절한 파장, 공간 분포 및 강도의 방사선에 노출시켜 광반응성 조성물의 반응 및 비-반응 부분의 이차원적 또는 삼차원적인 (바람직하게는, 삼차원) 주기적 패턴을 생성시킬 수 있다. 바람직하게는, 주기적 패턴은 서브미크론-규모일 수 있다. 조성물의 생성된 비-반응부분 (또는 대신으로, 반응부분)을 제거하여 (예를 들어, 용매 현상에 의해서) 틈새 공백 (이것은 다른 물질, 예를 들어, 상이한 굴절률을 갖는 공기 또는 용매에 의해서 충전될 수 있다)을 형성시킬 수 있다.At least a portion of the substantially inorganic photoreactive composition may be exposed to radiation of appropriate wavelength, spatial distribution and intensity using multibeam interference (MBI) technology, which includes at least three beams (preferably at least four beams). It is possible to create two-dimensional or three-dimensional (preferably three-dimensional) periodic patterns of the reactive and non-reactive portions of the photoreactive composition. Preferably, the periodic pattern may be submicron-scale. The resulting non-reactive portion (or instead of the reaction portion) of the composition is removed (e.g., by solvent development) and filled with a gap void (which is filled with other materials, for example air or solvents having different refractive indices) May be formed).

이러한 MBI 기술은 일반적으로, 샘플 내에서 다른 방향으로 전파하는 방사선 사이의 간섭이 샘플 내에서 광반응성 조성물의 반응 및 비-반응 부분의 상응하는 주기적 패턴을 생성시키는 조사 강도의 이차원 또는 삼차원적인 주기적 변화를 야기하도록 조성물의 샘플 (적어도 일부분)을 전자기적 방사선으로 조사하는 것을 포함한다.Such MBI techniques generally involve two-dimensional or three-dimensional periodic changes in irradiation intensity, where interference between radiation propagating in different directions within the sample creates a corresponding periodic pattern of the reactive and non-reactive portions of the photoreactive composition within the sample. Irradiating with the electromagnetic radiation a sample (at least a portion) of the composition to cause.

따라서, 광반응성 조성물의 샘플은 샘플 내에서 간섭 패턴을 생성시키도록, 샘플 내에서 조사의 강도 또는 용량 (간섭패턴에 의해서 결정된다)을 주기적으로 변화시키면서 다수의 공급원으로부터의 전자기적 방사선에 동시에 노출시킬 수 있다. 샘플의 조사는 광반응, 및 일부의 경우에 굴절률에서의 수반된 변화를 유도함으로써 굴절률에서의 변화에 상응하는 패턴을 생성시킬 수 있다. 다수의 노출이 ( 예를 들어, 결함을 기입하기 위해서) 이용되는 경우에는, 이러한 변화가 비교적 최소인 반응성 물질을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.Thus, a sample of photoreactive composition is simultaneously exposed to electromagnetic radiation from multiple sources while periodically changing the intensity or dose of the radiation (determined by the interference pattern) in the sample to produce an interference pattern in the sample. You can. Irradiation of the sample can produce a pattern corresponding to the change in refractive index by inducing a photoreaction, and in some cases the accompanying change in refractive index. In cases where multiple exposures are used (eg, to fill in defects), it may be desirable to select reactive materials that have relatively minimal such changes.

광반응성 조성물의 샘플은 전자기적 방사선의 적어도 3개의 간섭성 또는 부분적으로-간섭성인 공급원에 의해서 조사될 수 있다. 바람직하게는, 샘플 내의 주기적 패턴은 적어도 4개의 간섭성 또는 부분적으로-간섭성인 공급원으로부터의 전자기적 방사선을 샘플 내에서 서로 교차하고 간섭하도록 샘플에 향하게 함으로써 형성된다. 샘플은 각각이 샘플 내에서 개별적인 간섭패턴을 생성시키는 다수의 노출에 적용시킬 수 있다.Samples of the photoreactive composition may be irradiated by at least three coherent or partially-coherent sources of electromagnetic radiation. Preferably, the periodic pattern in the sample is formed by directing electromagnetic radiation from at least four coherent or partially-coherent sources to the sample to intersect and interfere with each other in the sample. The sample may be subjected to multiple exposures, each of which creates a separate interference pattern within the sample.

샘플 내에서 주기성의 스케일은, 또한 입사 방사선의 주파수, 조성물의 굴절률, 및 샘플 내에서 간섭성 전자기적 파면 (wavefront)의 전파의 형상 및 방향에 따라서 좌우되는 간섭패턴의 주기성의 스케일에 따라서 좌우된다. 이용된 방사선의 각각의 빔의 개개 파수벡터 (wave vector) 사이의 차이는 역격자 (reciprocal lattice) 벡터, 및 따라서 생성된 주기적 유전체 구조의 대칭성을 결정한다. 특정의 격자 대칭은 또한, 각각의 빔의 파워 (power) 및/또는 편극상태를 독립적으로 변화시킴으로써 더 조정될 수 있다. 비용이 드는 마스크 (masks)의 필요성이 없이 샘플 내에서 서브미크론 스케일의 삼차원적 주기성을 생성시킬 수 있다. 이것은 전자기적 스펙트럼의 적외부, 가시부, 또는 더 단파장부에서 광학적 및 전기광학적 적용분야에서 사용하기 위한 주기적 유전체 구조의 생산을 가능하게 한다.The scale of periodicity in the sample also depends on the scale of the periodicity of the interference pattern, which depends on the frequency of incident radiation, the refractive index of the composition, and the shape and direction of propagation of the coherent electromagnetic wavefront in the sample. . The difference between the individual wave vectors of each beam of radiation used determines the symmetry of the reciprocal lattice vector, and thus the generated periodic dielectric structure. The specific grating symmetry can also be further adjusted by independently changing the power and / or polarization state of each beam. It is possible to create three-dimensional periodicity of submicron scale in a sample without the need for costly masks. This allows the production of periodic dielectric structures for use in optical and electro-optical applications in the infrared, visible, or shorter wavelengths of the electromagnetic spectrum.

예를 들어, 삼차원적인 주기적 유전체 구조는 다음의 방식으로 생성될 수 있다. 적절한 용매 내에서의 용해도가 355 ㎚의 파장을 갖는 방사선에 노출시킨 후 에 감소되는 네가티브 포토레지스트 (negative photoresist)는 포토레지스트의 층 내에서 빔들이 서로 교차하도록 주파수-트리플 (tripled) Nd:YAG 레이저로부터 355 ㎚의 파장에서 4개의 레이저 빔에 의해서 동시에 조사될 수 있다. 4개의 빔의 간섭은 약 0.6 ㎛의 큐빅 단위 셀 크기 (cubic unit cell size)로 fcc 구조적 대칭성을 갖는 포토레지스트 내에서 삼차원적인 주기적 강도 변조를 발생시킬 수 있다. 포토레지스트는 포토레지시트의 덜-조사된 부분을 제거하도록 현상함으로써 조사된 포토레지스트의 침투성 네트워크 및 공기- 또는 용매-충전된 공극 (void)을 포함하는 삼차원적인 주기적 구조를 생성시킬 수 있다.For example, three-dimensional periodic dielectric structures can be created in the following manner. Negative photoresist, in which the solubility in a suitable solvent is reduced after exposure to radiation with a wavelength of 355 nm, is a frequency-tripled Nd: YAG laser so that the beams cross each other in the layer of photoresist. Can be irradiated simultaneously by four laser beams at a wavelength of 355 nm. Interference of four beams can cause three-dimensional periodic intensity modulation in photoresist with fcc structural symmetry with a cubic unit cell size of about 0.6 μm. The photoresist can be developed to remove the less-irradiated portion of the photoresist sheet, thereby creating a three-dimensional periodic structure comprising a permeable network of irradiated photoresist and air- or solvent-filled voids.

비록 어떤 간섭패턴에서라도 방사선의 강도는 일반적으로 파장의 길이 스케일로 서서히 변화하지만, 생성된 주기적 유전체 구조는 비교적 예리하게 규정된 표면을 가질 수 있다. 이것은 광반응에서의 비-선형성 및 조사된 샘플의 가용성 및 불용성 부분을 구분하는 역치 (threshold)를 생성시킬 수 있는 후속단계의 현상의 결과로 수득될 수 있다. 이러한 역치는 대략적으로 일정한 조사용량의 콘토 (contour)에 상응할 수 있다. 역치 강도를 적절히 선택함으로써 현상에 의해서 제거되는 샘플의 분율이 조절될 수 있다. (예를 들어, 과-노출은 생성된 현상된 구조에서 공백 분율을 감소시킬 수 있다.) 광반응의 비-선형성은 다광자 노출에 의해서 더 증진될 수 있다.Although in any interference pattern the intensity of the radiation generally changes slowly on the length scale of the wavelength, the resulting periodic dielectric structure may have a relatively sharply defined surface. This can be obtained as a result of phenomena in subsequent steps that can create thresholds that distinguish non-linearities in the photoreaction and the soluble and insoluble portions of the irradiated sample. This threshold may correspond to a contour of approximately constant dose. By appropriately selecting the threshold intensity, the fraction of the sample removed by development can be controlled. (For example, over-exposure can reduce the blank fraction in the resulting developed structure.) Non-linearity of the photoreaction can be further enhanced by multiphoton exposure.

바람직하게는, 노출 중에 발생된 간섭패턴은 현상 중에 제거되는 샘플의 부분이 연결된 네트워크를 형성하도록 한다. 이것은 이러한 부분이 제거되어 공극을 생성할 수 있도록 보장한다. 또한, 공극의 상호연결은 광반응성 조성물의 굴절률 과는 다른 굴절률 (또는 그 밖의 다른 바람직한 특성)을 갖는 물질이 공극 내로 도입될 수 있도록 한다. 또한, 제거가 나머지 부분의 주기적 구조를 파괴하지 않는다는 것이 중요할 수 있다. 이것은 예를 들어, 간섭패턴이 제거될 부분과 잔류될 부분이 현상 중에 각각 연속적인 침투성 네트워크를 형성하도록 하는 것을 보장함으로써 수득될 수 있다.Preferably, the interference pattern generated during exposure causes the portion of the sample to be removed during development to form a network to which it is connected. This ensures that these parts can be removed to create voids. In addition, the interconnection of the pores allows a material having a refractive index (or other desirable property) different from the refractive index of the photoreactive composition to be introduced into the pores. It may also be important that the removal does not destroy the periodic structure of the remainder. This can be obtained, for example, by ensuring that the portion where the interference pattern is to be removed and the portion to be left each form a continuous permeable network during development.

동시에 교차하는 레이저 빔을 사용한 단일 노출이 이용될 수 있다. 대신에, 다중 노출기술이 이용될 수도 있다.A single exposure using laser beams that cross at the same time can be used. Instead, multiple exposure techniques may be used.

예를 들어, 이중 노출기술에서 조성물은 2회 노출될 수 있으며, 각각의 노출은 각각의 노출에 기인한 조사 용량이 주기적으로 변화하도록 할 수 있다. 하나의 노출의 부분을 형성하는 것으로 생각되는 방사선은 동시에 다른 노출의 부분을 형성하는 것으로 간주되는 방사선으로 존재할 수 있다. 이중 노출의 특징, 및 하나의 노출 또는 다른 노출에 대한 방사선 에너지를 지정하기 위해서 사용되는 기준은 총 조사용량의 공간적 변화를 측정함에 있어서 상이한 노출로부터의 방사선 사이의 간섭의 효과가 동일한 노출에 속하는 상이한 공급원으로부터의 방사선 사이의 간섭의 효과에 관하여 감소되거나 배제된다는 것이다. 이것은 두개의 노출로부터의 방사선 사이의 간섭의 정도가 동일한 노출에 속하는 상이한 공급원으로부터의 방사선 사이의 간섭의 정도보다 작은 것을 보장함으로써, 또는 두가지 노출 사이의 시간의 간격을 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 따라서, 두가지 노출에서의 방사선은 예를 들어, 상이한 시점에서의 단일 레이저, 상이한 레이저, 또는 상이한 주파수를 갖는 공급원의 출력일 수 있는 상호 비간섭성인 공급원으로부터 유도될 수 있다.For example, in a double exposure technique, the composition may be exposed twice, and each exposure may cause the irradiation dose due to each exposure to change periodically. Radiation that is believed to form part of one exposure may be present as radiation that is considered to form part of another exposure at the same time. The criteria used to specify the characteristics of the double exposure, and the radiation energy for one or the other exposure, differ in that the effect of the interference between the radiations from different exposures in measuring the spatial variation of the total dosage is different within the same exposure. That is reduced or eliminated with respect to the effect of interference between radiation from the source. This can be accomplished by ensuring that the degree of interference between the radiations from the two exposures is less than the amount of interference between the radiations from different sources belonging to the same exposure, or by reducing the time interval between the two exposures. Thus, the radiation at the two exposures can be derived from mutually incoherent sources, which can be, for example, the outputs of a single laser, different lasers, or sources with different frequencies.

이중 노출기술을 이용하는 대체방법에서는, 전자기 방사선의 두개의 펄스 (pulses)가 사용될 수 있는데, 여기에서 두개의 펄스 사이의 간섭은 두번째 펄스가 첫번째 것보다 더 나중에 도달하도록 보장함으로써 감소되거나 배제된다. 예를 들어, 단일 레이저 펄스는 두개의 펄스로 분할될 수 있는데, 두번째가 첫번째에 비해서 시간적으로 지연된다. 첫번째 펄스는 광반응성 조성물에서 초기 삼차원적 간섭패턴을 발생시키도록 사용될 수 있는 4개의 빔으로 분할될 수 있다. 첫번째 펄스가 붕괴된 후에 (이 기간 중에 두번째 펄스는 지연라인 (delay line)을 따라간다), 두번째 펄스가 유사하게 4개의 빔으로 분할될 수 있으며, 이들은 첫번째 노출에서의 4개의 빔과는 다른 경로를 따라가고, 중복되어 광반응성 조성물에서 상이한 삼차원적 간섭패턴을 형성한다.In an alternative method using the double exposure technique, two pulses of electromagnetic radiation can be used, where the interference between the two pulses is reduced or eliminated by ensuring that the second pulse arrives later than the first. For example, a single laser pulse can be divided into two pulses, the second being delayed in time relative to the first. The first pulse can be divided into four beams that can be used to generate an initial three-dimensional interference pattern in the photoreactive composition. After the first pulse collapses (during this period the second pulse follows the delay line), the second pulse can be similarly split into four beams, which are different paths than the four beams in the first exposure. And overlap to form different three-dimensional interference patterns in the photoreactive composition.

대신으로, 두번째 펄스로부터 유도된 빔은 실질적으로 첫번째 4개의 빔과 동일한 경로를 따라갈 수 있지만, 첫번째 펄스로부터의 빔의 상대적 상지연 (phase delay)에 관해서 상이한 상대적 상지연을 일으킬 수 있어서 초기 간섭패턴과 유사하거나 동일하지만, 초기 패턴에 대비한 공간적 위치로 이동한 간섭패턴을 형성할 수 있다. 필요한 상대적 상지연을 발생시키기 위해서, 전기-광학적 상변조제가 4개의 빔 라인 중의 적어도 하나 위에 제공될 수 있으며, 첫번째와 두번째 펄스 사이의 시간 간격 중에 조정될 수 있다. 지속기간 약 5 ns의 주파수-트리플 Nd:YAG 레이저로부터의 펄스가 사용된다면, 몇 미터 길이의 지연라인은 두개의 노출 사이의 시간에서 중복을 피하고 상변조제가 펄스 사이의 상태를 변화시키도록 허용하기에 충분한 지연을 제공할 수 있다.Alternatively, the beam derived from the second pulse can substantially follow the same path as the first four beams, but can cause different relative phase delays with respect to the relative phase delay of the beam from the first pulse, thus causing an initial interference pattern. Similar to or identical to, but may form an interference pattern moved to a spatial position relative to the initial pattern. In order to generate the necessary relative phase delay, an electro-optic phase modulator may be provided over at least one of the four beam lines and adjusted during the time interval between the first and second pulses. If pulses from a frequency-triple Nd: YAG laser with a duration of about 5 ns are used, a delay line of several meters can avoid overlap in the time between two exposures and allow the phase modulator to change the state between the pulses. May provide sufficient delay.

이중 노출기술은 광반응성 조성물 내에서 일정용량의 콘토의 형상이 정확하게 조절되도록 할 수 있으며, 이것은 개방되었지만 연속적으로-연결된 구조의 디자인 및 제작의 용이성을 증가시킬 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 광반응성 조성물은 두개보다 많은 노출에 의해서 조사될 수 있다. 조사가 일어나는 총시간에 실질적인 광화학적 변화가 일어나지 않은 한은, 모든 노출이 동일한 주기성 또는 균형잡힌 주기성을 갖는 주기적 강도 패턴을 생성시키는 것을 보장하도록 할 수 있다. 연속적인 노출이 동일한 경로를 따른 레이저 빔에 의한 조사에 상응하는 경우에는, 공급원으로부터의 각각의 펄스 사이에서 빔들 사이의 상대적 상지연이 변화될 수 있다. 이것은 조성물의 3개 또는 그 이상의 노출이 수행될 수 있도록 할 수 있으며, 각각은 다른 간섭패턴에 관하여 공간적으로 이동된 간섭패턴을 생성한다.The double exposure technique allows the shape of the dose of conto in the photoreactive composition to be precisely controlled, which can increase the ease of design and fabrication of an open but continuously-connected structure. However, as mentioned above, the photoreactive composition can be irradiated by more than two exposures. As long as no substantial photochemical change occurs at the total time of irradiation, it can be ensured that all exposures produce a periodic intensity pattern with the same periodicity or balanced periodicity. If the continuous exposure corresponds to irradiation with a laser beam along the same path, the relative phase delay between the beams may vary between each pulse from the source. This may allow three or more exposures of the composition to be performed, each producing a spatially shifted interference pattern with respect to the other interference pattern.

몇가지 광반응성 조성물의 경우에, 전자기적 방사선에 대한 조성물의 노출의 기간을 강도 간섭패턴이 조성물의 굴절률에서의 광유도된 변화에 의해서 유의적으로 혼돈되지 않게 충분히 짧도록 조정하는 것이 필요할 수 있다. 짧은 펄스 노출은 광학적 성분의 기계적 안정성에 대한 속박을 감소시킨다. 조성물에서 형성된 강도 간섭패턴이 조사에 의해서 유도된 굴절률의 변화에 의해서 유의적으로 영향을 받지 않도록 보장하기 위해서, 가장 바람직하게는 조성물은 예를 들어, 약 100 ms 이상 동안 조사를 받지 않는다. 다른 광반응성 조성물의 경우에, 굴절률에서의 주된 광유도된 변화는 노출 중에 나타나지 않지만, 후속과정 중에는 (예를 들어, 조성물의 가열 중에) 나타날 수 있다.For some photoreactive compositions, it may be necessary to adjust the duration of the composition's exposure to electromagnetic radiation so that the intensity interference pattern is sufficiently short that the intensity interference pattern is not significantly confused by the photoinduced change in the refractive index of the composition. Short pulse exposure reduces the bond to mechanical stability of the optical component. In order to ensure that the intensity interference pattern formed in the composition is not significantly affected by the change in refractive index induced by the irradiation, most preferably the composition is not irradiated for example for about 100 ms or more. In the case of other photoreactive compositions, the major photoinduced change in refractive index does not appear during exposure, but may appear during subsequent processing (eg, during heating of the composition).

유용한 MBI 기술은 또한, 예를 들어, 문헌 (Kondo et al., Applied Physics Letters 79, 725 (2001); A.J. Turberfield, MRS Bulletin, p. 632, August 2001; S. Yang et al., Chemistry of Materials 14, 2831 (2002); Kondo et al., Applied Physics Letters 82, 2759 (2003); I. Divliansky et al., Applied Physics Letters 82, 1667 (2003); 및 Yu. V. Miklyaev et al., Applied Physics Letters 82, 1284 (2003))에 기술된 것을 포함한다. 이러한 문헌들은 예를 들어, 회절성 마스크의 사용, 대비를 증진시키도록 조정된 억제제 농도의 사용, 레지스트의 두께 내로의 더 우수한 침투를 위한 가시광의 사용, 주기적 구조를 기입하는 경우에 대비를 증진시키기 위한 다광자 흡수의 사용, 및 포토레지스트에서 원하는 광파 벡터를 수득하는 것을 돕기 위하여 포토레지스트 상에서 "프리즘 (prism)"의 사용을 기술하고 있다. 간섭패턴의 안정성은 미국 특허 제 5,142,385 호 (Anderson et al.)에 기술된 상로킹 (phase locking) 기술을 사용함으로써 더 개선될 수 있다.Useful MBI techniques are also described, for example, in Kondo et al., Applied Physics Letters 79 , 725 (2001); AJ Turberfield, MRS Bulletin, p. 632, August 2001; S. Yang et al., Chemistry of Materials 14 , 2831 (2002); Kondo et al., Applied Physics Letters 82 , 2759 (2003); I. Divliansky et al., Applied Physics Letters 82 , 1667 (2003); and Yu. V. Miklyaev et al., Applied Physics Letters 82 , 1284 (2003)). Such documents may include, for example, the use of diffractive masks, the use of inhibitor concentrations adjusted to enhance contrast, the use of visible light for better penetration into the thickness of the resist, and the enhancement of contrast when writing periodic structures. The use of multiphoton absorption for the purpose of, and the use of "prisms" on the photoresist to help obtain the desired light wave vector in the photoresist. The stability of the interference pattern can be further improved by using the phase locking technique described in US Pat. No. 5,142,385 (Anderson et al.).

결함-함유 주기적 유전체 구조가 바람직한 경우에, 광반응성 조성물의 비-반응 부분의 적어도 일부분은 다광자 흡수 및 광반응을 야기하기에 적절한 파장 및 강도의 방사선에 노출시켜 추가의 반응 부분을 형성하도록 할 수 있다. 대신으로, 결함 기입은 필요한 경우에 MBI 이전에 수행될 수 있다 (공정 단계들의 순서가 변화될 수 있기 때문에). 다광자 방법이 구조적 결함을 기입하는데 특히 매우 적합한데, 이는 이러한 방법이 150 나노미터 이하의 해상도, 및 구조의 내부에서 결함의 방생을 가능하게 하는 침투 깊이를 가질 수 있기 때문이다.Where defect-containing periodic dielectric structures are desired, at least a portion of the non-reactive portion of the photoreactive composition may be exposed to radiation of a wavelength and intensity suitable for causing multiphoton absorption and photoreaction to form additional reactive portions. Can be. Alternatively, defect writing can be performed before the MBI if necessary (since the order of the process steps can be changed). The multiphoton method is particularly well suited for addressing structural defects, as this method can have a resolution of less than 150 nanometers and a penetration depth that allows the generation of defects inside the structure.

노출 시스템 및 그의 용도Exposure system and its uses

멀티-빔 간섭을 위해서 적합한 광원에는 펄스식 및 연속식 웨이브 공급원 (wave source) 둘 다가 포함된다. 적합한 연속식 웨이브 공급원은 아르곤 이온 레이저 (예를 들어, 코헤런트 (Coherent, Santa Clara, California)로부터 입수할 수 있는 인노바 (Innova) 90) 및 헬륨 카드뮴 레이저 (예를 들어, 멜리스 그리오트 (Melles Griot, Caloifornia)로부터 입수할 수 있는 것)를 포함한다. 필요한 노출시간을 최소화하기 위하여는 광원이 비교적 긴 간섭 길이, 비교적 우수한 빔 품질, 및 비교적 큰 파워를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 펄스식 공급원은 나노세컨드 (nanosecond) Nd:YAG 레이저 (예를 들어, 스펙트라-피직스 (Spectra-Physics, California)로부터 입수할 수 있는 프로-시리즈 (Pro-Series) 250)의 주파수 이배 (doubled) 또는 삼배 (tripled) 출력 및 펨토세컨드 (femtosecond) 티타늄 사파이어 레이저 (예를 들어, 스펙트라-피직스 메이 테이 (Mai Tai))의 주파수 이배 출력을 포함한다. 펄스 공급원이 노출시간을 짧게 유지시키고, 광학적 성분의 변화로 인해서 일어날 수 있는 패턴화에서의 가변성을 감소시키는데 바람직할 수 있다.Suitable light sources for multi-beam interference include both pulsed and continuous wave sources. Suitable continuous wave sources include argon ion lasers (eg, Innova 90 available from Coherent, Santa Clara, California) and helium cadmium lasers (eg, melis grit ( Available from Melles Griot, Caloifornia). In order to minimize the required exposure time, it may be desirable for the light source to have a relatively long interference length, a relatively good beam quality, and a relatively large power. Suitable pulsed sources are frequencyd doubled of nanosecond Nd: YAG lasers (e.g., Pro-Series 250 available from Spectra-Physics, California). Or a frequency doubled output of a tripled output and a femtosecond titanium sapphire laser (eg, Spectra-Physics May Tai). Pulse sources may be desirable to keep exposure times short and to reduce variability in patterning that may occur due to changes in optical components.

결함의 다광자 기입을 위해서 유용한 노출 시스템은 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 광학적 요소를 포함한다. 선택된 광개시제 시스템에 대해서 적절한 파장에서 (다광자 흡수를 일으키기에) 충분한 강도를 제공하는 어떤 광원이라도 이용될 수 있다. 이러한 파장은 일반적으로 약 500 내지 약 1700 ㎚, 바람직하게는 약 600 내지 약 1100 ㎚, 더욱 바람직하게는 약 750 내지 약 1000 ㎚의 범위일 수 있다. 조명은 연속식 또는 펄스식이거나, 이들의 조합일 수 있다.Exposure systems useful for multiphoton writing of defects include at least one light source and at least one optical element. Any light source can be used that provides sufficient intensity (to produce multiphoton absorption) at a suitable wavelength for the selected photoinitiator system. Such wavelengths may generally range from about 500 to about 1700 nm, preferably from about 600 to about 1100 nm, more preferably from about 750 to about 1000 nm. The illumination can be continuous or pulsed, or a combination thereof.

다광자 결함 기입을 위해서 적합한 광원에는 예를 들어, 아르곤 이온 레이저 (예를 들어, Coherent Innova)에 의해서 펌핑된 펨토세컨드 근적외선 티타늄 사파이어 발진기 (oscillator)(예를 들어, Coherent Mira Optima 900-F)가 포함된다. 76 MHz에서 작동하는 이러한 레이저는 200 펨토세컨드 미만의 펄스 폭을 가지며, 700 내지 980 ㎚ 사이에서 조정될 수 있고, 1.4 왓트 이하의 평균 파워를 갖는다. Q-스위치 (switched) Nd:YAG 레이저 (예를 들어, Spectra-Physics Quanta-Ray PRO), 가시파장 염료 레이저 (예를 들어, Spectra-physics Quanta-Ray PRO에 의해서 펌핑된 Spectra-Physics Sirah), 및 Q-스위치 다이오드 (diode) 펌핑된 레이저 (예를 들어, Spectra-Physics PCbar™)가 이용될 수도 있다. 피크 강도는 일반적으로 적어도 약 106 W/㎠이다. 펄스 플루언스 (fluence)의 상한선은 일반적으로 광반응성 조성물의 절제 역치 (ablation threshold)에 의해서 지시된다.Suitable light sources for multiphoton defect writing include, for example, a femtosecond near infrared titanium sapphire oscillator (e.g. Coherent Mira Optima 900-F) pumped by an argon ion laser (e.g. Coherent Innova). Included. Such a laser operating at 76 MHz has a pulse width of less than 200 femtoseconds, can be adjusted between 700 and 980 nm, and has an average power of 1.4 watts or less. Q-switched Nd: YAG lasers (eg Spectra-Physics Quanta-Ray PRO), visible wavelength dye lasers (eg Spectra-Physics Sirah pumped by Spectra-physics Quanta-Ray PRO), And Q-switched diode pumped lasers (eg, Spectra-Physics PC bar ™) may be used. Peak intensity is generally at least about 10 6 W / cm 2. The upper limit of pulse fluence is generally indicated by the ablation threshold of the photoreactive composition.

다광자 결합 기입을 위한 바람직한 광원은 약 10-8 초 (더욱 바람직하게는 약 10-9 초 미만, 가장 바람직하게는 약 10-11 초 미만)의 펄스 길이를 갖는 근적외선 펄스식 레이저를 포함한다. 상기에 상술한 피크 강도 및 펄스 플루언스에 부합한다면 그 밖의 다른 펄스 길이가 사용될 수도 있다.Preferred light sources for multiphoton coupled writing include near infrared pulsed lasers having a pulse length of about 10 −8 seconds (more preferably less than about 10 −9 seconds, most preferably less than about 10 −11 seconds). Other pulse lengths may be used provided they conform to the peak intensity and pulse fluence described above.

본 발명의 방법을 수행하는데 유용한 광학적 요소에는 굴절성 광학적 요소 (예를 들어, 렌즈 및 프리즘), 반사성 광학적 요소 (예를 들어, 역반사장치 또는 집속 거울), 회절성 광학적 요소 (예를 들어, 회절격자 (gratings), 상마스크 및 홀로그램), 편광성 광학적 요소 (예를 들어, 선형 편광체 및 웨이브플레이트 (waveplate)), 확산기 (diffusers), 포켈스 셀 (Pockels cells), 도파관 (waveguides), 웨이브플레이트, 및 복굴절 액정 등이 포함된다. 이러한 광학적 요소는 집속, 빔 송달, 빔/모드 형상화 (shaping), 펄스 형상화, 및 펄스 타이밍 (timing)에 유용하다. 일반적으로, 광학적 요소의 조합이 이용될 수 있으며, 그 밖의 다른 적절한 조합은 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게 인지될 것이다. 고도로 집속된 광선을 제공하기 위하여 큰 구경계수 (numerical aperture)를 갖는 광학기기를 사용하는 것이 종종 바람직할 수 있다. 그러나, 원하는 강도 프로필 (및 그의 공간적 배치)을 제공하는 광학적 요소의 어떠한 조합이라도 이용될 수 있다. 예를 들어, 노출 시스템은 0.75 NA 대물렌즈 (Zeiss 20X Fluar)가 장치된 주사 공초점 현미경 (scanning confocal microscope; BioRad MRC600)을 포함할 수 있다.Optical elements useful in carrying out the methods of the invention include refractive optical elements (eg lenses and prisms), reflective optical elements (eg retroreflectors or focusing mirrors), diffractive optical elements (eg Diffraction gratings, phase masks and holograms, polarizing optical elements (e.g., linear polarizers and waveplates), diffusers, Pockels cells, waveguides, Waveplates, birefringent liquid crystals, and the like. Such optical elements are useful for focusing, beam delivery, beam / mode shaping, pulse shaping, and pulse timing. In general, combinations of optical elements may be used, and other suitable combinations will be appreciated by those skilled in the art. It may often be desirable to use optics with large numerical apertures to provide highly focused light rays. However, any combination of optical elements that provide the desired intensity profile (and its spatial arrangement) can be used. For example, the exposure system may include a scanning confocal microscope (BioRad MRC600) equipped with a 0.75 NA objective (Zeiss 20X Fluar).

일반적으로, 광반응성 조성물의 노출은 조성물 내에서 광강도의 삼차원적 공간 분포를 조절하는 수단으로서 광학적 시스템과 함께 광원 (상술한 바와 같음)을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 연속식 웨이브 또는 펄스식 레이저로부터의 광선을 촛점이 조성물 내에 있도록 하는 방식으로 집속 렌즈를 통과시킬 수 있다. 촛점은 원하는 형상에 상응하는 삼차원적 패턴으로 스캔닝되거나 번역됨으로써 원하는 형상의 삼차원적 이미지를 생성시킬 수 있다. 조성물의 노출되거나 조명이 비춰진 부피는 조성물 그 자체를 이동시키거나, 광원을 이동시킴 (예를 들어, 갤보-거울 (galvo-mirrors)을 사용하여 레이저 빔을 이동시킴)으로써 스캔닝될 수 있다. 생성된 노출된 조성물은 필요에 따라서 노출후 열처리에 적용될 수 있다.In general, exposure of the photoreactive composition can be performed using a light source (as described above) in conjunction with an optical system as a means of adjusting the three-dimensional spatial distribution of light intensity within the composition. For example, light from a continuous wave or pulsed laser can be passed through the focusing lens in such a way that the focus is in the composition. The focus can be scanned or translated into a three-dimensional pattern corresponding to the desired shape to produce a three-dimensional image of the desired shape. The exposed or illuminated volume of the composition can be scanned by moving the composition itself or by moving the light source (eg, moving the laser beam using galvo-mirrors). The resulting exposed composition can be subjected to post-exposure heat treatment as needed.

노출시간은 일반적으로, 사용된 노출 시스템의 타입 (및 구경계수, 광강도 공간 분포의 기하학, 예를 들어, 레리저 펄스 중의 피크 광강도 (더 큰 강도 및 더 짧은 펄스 지속시간은 대략적으로 피크 광강도에 상응한다)와 같은 그의 수반하는 변수)에 따라서 뿐만 아니라 노출된 조성물의 성질 (및 그의 광증감제(들), 광개시제 및 전자 공여체 화합물의 농도)에 따라서 좌우된다. 일반적으로, 촛점의 부위에서 더 큰 피크 광강도는 그 밖의 다른 것이 모두 동등하면 더 짧은 노출시간을 가능하게 한다. 선형 이미지화 또는 "기입" 속도는 일반적으로 연속식 웨이브 레이저를 사용하거나, 약 10-8 내지 10-15 초 (바람직하게는, 약 10-11 내지 10-14 초)의 레이저 펄스 지속시간 및 초당, 약 102 내지 109 펄스 (바람직하게는 초당, 약 103 내지 108 펄스)를 갖는 펄스식 레이저를 사용하여 약 5 내지 100,000 미크론/초일 수 있다.The exposure time is generally the type of exposure system used (and the aperture coefficient, the geometry of the light intensity spatial distribution, for example the peak light intensity during the leisure pulse (the greater intensity and the shorter pulse duration are approximately the peak light). Its accompanying variable, such as intensity), as well as the nature of the exposed composition (and its concentration of photosensitizer (s), photoinitiator and electron donor compound). In general, larger peak light intensities at the site of focus allow for shorter exposure times if all else are equal. Linear imaging or “write” speeds are generally achieved using continuous wave lasers, or laser pulse durations of about 10 −8 to 10 −15 seconds (preferably about 10 −11 to 10 −14 seconds) and per second, It may be about 5 to 100,000 microns / second using a pulsed laser having about 10 2 to 10 9 pulses (preferably about 10 3 to 10 8 pulses per second).

양이온적으로-경화가능한 반응성 물질을 포함하는 광반응성 조성물이 이용되는 경우에는, 조성물의 노출된 부분에서 산이 발생되며, 임의의 경화후 베이킹 (예를 들어, 열판 상에서 또는 오븐 내에서)을 사용하여 경화를 완결시킬 수 있다. 바람직하게는, 조성물의 노출된 부분의 겔화점 (gel point)은 조성물의 노출 및 비-노출 부분 사이에서 큰 차등적 용해도가 빠르게 발생하도록 낮은 정도의 경화에서 도달될 수 있다.If a photoreactive composition comprising a cationicly-curable reactive material is used, an acid is generated in the exposed portion of the composition, and any post-curing baking (eg on a hotplate or in an oven) is used. Hardening can be completed. Preferably, the gel point of the exposed portion of the composition can be reached at a low degree of cure so that large differential solubility occurs quickly between the exposed and non-exposed portions of the composition.

치환substitution

광반응성 조성물의 선택적 노출 후에, 광반응성 조성물의 반응 부분 (예를 들어, 비-경화가능한 반응성 물질을 사용한 경우) 또는 비-반응 부분 (바람직하게 는, 비-반응 부분)을 제거하여 공극 부피를 발생시킬 수 있으며, 이것은 임의로 광반응성 조성물의 나머지 부분의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 하나 또는 그 이상의 물질에 의해서 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 광반응성 조성물의 일부분의 노출이 (예를 들어, 저분자량 반응성 물질이 고분자량 물질로 경화하여) 그의 용해도에서의 변화를 발생시키는 경우에는, 조성물의 비-노출된 비-반응 부분을 적절한 용매 (예를 들어, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 (PGMEA), 메틸 이소부틸 케톤 또는 사이클로헥사논 등)를 사용하여 현상함으로써 제거할 수 있다. 바람직하게는, 현상 용매는 비-반응된 반응성 물질과 무기 입자 둘 다가 주기적 유전체 구조로부터 본질적으로 깨끗하게 제거될 수 있도록 이들 두가지를 모두 효과적으로 용매화시킬 수 있다.After selective exposure of the photoreactive composition, the void volume is removed by removing the reactive portion (e.g., using a non-curable reactive material) or non-reactive portion (preferably, non-reactive portion) of the photoreactive composition. Which may optionally be at least partially filled with one or more materials having a refractive index that is different from the refractive index of the rest of the photoreactive composition. If exposure of a portion of the photoreactive composition (eg, a low molecular weight reactive material cures to a high molecular weight material) results in a change in its solubility, the non-exposed non-reactive portion of the composition may be replaced with an appropriate solvent ( For example, it can be removed by developing using propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA), methyl isobutyl ketone or cyclohexanone). Preferably, the developing solvent can effectively solvate both of these so that both the non-reacted reactive material and the inorganic particles can be removed essentially clean from the periodic dielectric structure.

화학적으로 증폭된 포토레지스트와 같은 표준 레지스트 시스템의 경우에, (광반응성 조성물의 노출 및 비-노출 부분 사이의) 차등적 용해도는 종종 폴리머 골격 상의 친수성 기의 탈보호를 기준으로 할 수 있다. 이러한 레지스트는 일반적으로 노출된 부분 (탈보호된 부분)을 제거하기 위하여 염기성 용액에 의해서 현상될 수 있다. (참조예: Introduction to Microlithography, Second Edition, edited by Larry F. Thompson, C. Grant Wilson, and Murrae J. Bowden, American Chemical Society, Washington, D.C. (1994).)In the case of standard resist systems, such as chemically amplified photoresists, the differential solubility (between the exposed and non-exposed portions of the photoreactive composition) can often be based on the deprotection of hydrophilic groups on the polymer backbone. Such resists can generally be developed with a basic solution to remove the exposed portions (deprotected portions). (Reference example: Introduction to Microlithography , Second Edition, edited by Larry F. Thompson, C. Grant Wilson, and Murrae J. Bowden, American Chemical Society, Washington, DC (1994).)

현상은 바람직하게는, 건조 중에 용매의 표면장력에 의해서 유도된 스트레스로부터 야기할 수 있는 광규정된 (photodefined) 패턴의 붕괴를 최소화하거나 방지하는 방식으로 수행될 수 있다. 건조 스트레스를 최소화하기 위하여, 구조를 현상 하기 위하여 사용된 용매는 대신으로 CO2 초임계적 추출에 의해서 제거될 수 있다 (참조예: C.J. Brinker and G.W. Scherer, Sol - Gel Science, Academic Press, New York, pp. 501-505 (1990)). 이 방법에서는, 용매-적재된 구조를 추출챔버 내에 넣고, 임계점 이하의 온도에서 액체 CO2가 구조를 완전히 덮도록 할 수 있다. 일반적으로, 용매의 양에 비해서 대과량의 액체 CO2가 존재하면, CO2는 구조 내부에서 용매에 의해서 거의 정량적으로 교화된다. 그 후, 구조를 CO2의 임계점 (31.1℃ 및 P = 7.36 MPa) 이상으로 가열하고, CO2를 신속하게 배출시켜 실질적으로 용매를 함유하지 않는 주기적 유전체 구조를 남길 수 있다. 현상한 후에, 임의의 열분해 단계를 수행하여 잔류하는 유기물질을 제거할 수 있다. 추가의 열 어니일링 (annealing) 또는 소결을 또한 수행하여 무기 구조를 더 안정화시킬 수도 있다. 예를 들어, 구조를 분당, 약 1 도의 속도로 약 600℃까지 가열하고, 그 온도에서 약 1 시간 동안 유지시킨 다음에, 서서히 냉각시킬 수 있다.The development may preferably be carried out in a manner that minimizes or prevents the collapse of the photodefined pattern which may result from the stress induced by the surface tension of the solvent during drying. To minimize dry stress, the solvent used to develop the structure can instead be removed by CO 2 supercritical extraction (see, eg, CJ Brinker and GW Scherer, Sol - Gel Science , Academic Press, New York, pp. 501-505 (1990)). In this method, a solvent-loaded structure can be placed in the extraction chamber and liquid CO 2 completely covers the structure at temperatures below the critical point. In general, when a large amount of liquid CO 2 is present relative to the amount of solvent, CO 2 is almost quantitatively exchanged by the solvent inside the structure. The structure can then be heated above the critical point of CO 2 (31.1 ° C. and P = 7.36 MPa), and the CO 2 can be quickly discharged leaving a periodic dielectric structure that is substantially free of solvent. After development, any pyrolysis step may be performed to remove residual organic material. Additional thermal annealing or sintering may also be performed to further stabilize the inorganic structure. For example, the structure can be heated to about 600 ° C. at a rate of about 1 degree per minute, held at that temperature for about 1 hour, and then cooled slowly.

광반응성 조성물의 반응 또는 비-반응 부분을 제거한 후에, 주기적 유전체 구조의 생성된 공백은 필요한 경우에 하나 또는 그 이상의 물질로 부분적으로, 또는 완전히 충전될 수 있다. 유용한 물질에는 일반적으로, 목적하는 광자 밴드갭의 파장 범위에서 실질적으로 비-흡수성인 것이 포함된다. 적합한 물질에는 예를 들어, 반도체 (유기 또는 무기물), 금속 (예를 들어, 텅스텐 및 은과 같은 귀금속), 또는 목적하는 특성을 나타내는 그 밖의 다른 금속이 포함된다. 바람직하게는, 금 속은 무기 반도체와 같은 (예를 들어, 약 2보다 큰 굴절률을 갖는) 고굴절률 물질이다. 유용한 무기 반도체의 예로는 규소, 게르마늄, 셀레늄, 갈륨 아르세나이드, 인듐 포스파이드, 갈륨 인듐 포스파이드 및 갈륨 인듐 아르세나이드와 같은 삼성분 화합물 등이 포함된다. 도핑된 (doped) 반도체가 사용될 수도 있다 (예를 들어, 규소는 붕소에 의해서 도핑되어 n-타입 반도체를 생성시킬 수 있다).After removing the reactive or non-reactive portion of the photoreactive composition, the resulting voids of the periodic dielectric structure may be partially or fully filled with one or more materials as needed. Useful materials generally include those that are substantially non-absorbent in the wavelength range of the desired photon bandgap. Suitable materials include, for example, semiconductors (organic or inorganic), metals (for example precious metals such as tungsten and silver), or other metals exhibiting the desired properties. Preferably, the metal is a high refractive index material (eg having a refractive index greater than about 2), such as an inorganic semiconductor. Examples of useful inorganic semiconductors include ternary compounds such as silicon, germanium, selenium, gallium arsenide, indium phosphide, gallium indium phosphide and gallium indium arsenide, and the like. Doped semiconductors may also be used (eg, silicon may be doped with boron to produce an n-type semiconductor).

충전 (filling)은 예를 들어, 화학증착 (chemical vapor deposition; CVD), 용융함침 (melt infiltration), 반도체 나노입자의 침착 및 소결, 화학적 전기침착 (electrodeposition), 옥사이드 형성 및 환원 등을 포함하는 통상적인 침착방법을 사용하여 이루어질 수 있다 (참조예: EP 1 052 312 (Lucent Technologies Inc.) 및 문헌 (D.J. Norris and Y.A. Vlasov, Adv. Matter. 13(6), 371 (2001))에 기술된 방법). CVD가 종종 바람직하다. 선택된 침착장치의 조건 (예를 들어, 가스 유동, 압력 및 온도)은 바람직하게는 주기적 유전체 구조가 물질에 의해서 최적으로 침투되도록 조정될 수 있다. 이들 조건을 변화시킴으로써, 구조의 내부에 침착된 물질의 양이 조절될 수 있다. 고굴절률 물질의 경우에, 주기적 유전체 구조의 내부에서 물질의 양은 완전한 광자 밴드갭을 수득하기 위한 중요한 파라메터일 수 있다 (참조예: Busch et al., "Photonic Band Gap Formation in Certain Self-Organizing Systems", Physical Review E 58, 3896 (1998)).Filling typically includes, for example, chemical vapor deposition (CVD), melt infiltration, deposition and sintering of semiconductor nanoparticles, chemical electrodeposition, oxide formation and reduction, and the like. Can be achieved using phosphorus deposition methods (see, eg, EP 1 052 312 (Lucent Technologies Inc.) and the methods described in DJ Norris and YA Vlasov, Adv. Matter. 13 (6), 371 (2001)). ). CVD is often preferred. The conditions of the chosen deposition apparatus (eg gas flow, pressure and temperature) can preferably be adjusted to allow the periodic dielectric structure to be optimally penetrated by the material. By changing these conditions, the amount of material deposited inside the structure can be controlled. In the case of high refractive index materials, the amount of material inside the periodic dielectric structure may be an important parameter for obtaining a complete photon bandgap (see, for example, Busch et al., "Photonic Band Gap Formation in Certain Self-Organizing Systems"). , Physical Review E 58 , 3896 (1998).

침착시킨 후에, 물질은 임의로 본 기술분야에서 공지된 바와 같이 열 어니일링시킴으로써 더 처리될 수 있다. 예를 들어, 저압 화학증착 (LPCVD)을 일차로 사용하여 주기적 유전체 구조를 부분적으로 또는 완전히 무정형 규소로 충전시킬 수 있다. 그 후, 무정형 규소를 열 어니일링시켜 다결정성 규소 (폴리-Si)를 형성시킬 수 있다. 이러한 후자의 단계의 주된 이점은 무정형 규소가 매우 작은 표면 거칠기로 침착됨으로써 균일한 충전을 촉진시킨다. 필요한 경우에, 무정형 규소는 그의 강건한 기계적 특성 및 증가된 굴절률과 같은 다수의 그의 바람직한 특성들을 물려받도록 폴리-Si로 전환될 수 있다.After deposition, the material can be further processed, optionally by thermal annealing as is known in the art. For example, low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) may be used primarily to fill the periodic dielectric structure partially or completely with amorphous silicon. The amorphous silicon can then be thermally annealed to form polycrystalline silicon (poly-Si). The main advantage of this latter step is the deposition of amorphous silicon with very small surface roughness to promote uniform filling. If desired, amorphous silicon can be converted to poly-Si to inherit a number of its desirable properties such as its robust mechanical properties and increased refractive index.

필요한 경우에 (예를 들어, 광반응성 조성물의 나머지 부분의 굴절률에 대한 물질의 굴절률의 비가 약 2 미만인 경우에), 광반응성 조성물의 나머지 부분을 제거하여 반전된 주기적 유전체 구조를 생성시킬 수 있다. 이러한 제거는 예를 들어, 수성 또는 에탄올성 불화수소산 (HF), 완충된 옥사이드 에칭제 (etchant) 또는 그 밖의 다른 에칭제를 사용한 화학적 에칭에 의해서 이루어질 수 있다.If desired (eg, when the ratio of the refractive index of the material to the refractive index of the remaining portion of the photoreactive composition is less than about 2), the remaining portion of the photoreactive composition may be removed to create an inverted periodic dielectric structure. Such removal can be accomplished, for example, by chemical etching using aqueous or ethanol hydrofluoric acid (HF), buffered oxide etchant or other etchant.

제거 및 임의의 충전단계 후에, 생성된 구조는 임의로 조절되거나 설계된 결함을 포함하는 주기적 유전체 구조이다. 이 구조는 이것이 적어도 부분적인 광자 밴드갭 (바람직하게는 완전한 광자 밴드갭)을 나타낼 수 있도록 적어도 이차원 (바람직하게는 삼차원)적으로 굴절률의 충분한 주기성을 가질 수 있다. 바람직하게는, 주기성은 부분적 광자 밴드갭이 자외선으로부터 적외선 범위의 파장에서 (더욱 바람직하게는, 가시광 내지 근적외선 파정에서) 나타나도록 미크론-스케일의 주기성 (더욱 바람직하게는 서브미크론-스케일)이다.After removal and any filling step, the resulting structure is a periodic dielectric structure that includes arbitrarily controlled or designed defects. This structure may have sufficient periodicity of refractive index at least in two dimensions (preferably three dimensions) such that it can exhibit at least a partial photon bandgap (preferably a complete photon bandgap). Preferably, the periodicity is micron-scale periodicity (more preferably submicron-scale) such that the partial photon bandgap appears at wavelengths in the ultraviolet to infrared range (more preferably, in visible to near-infrared waves).

완전한 광자 밴드갭을 나타내는 주기적 유전체 구조는 유전성 물질 및 공기의 침투성 다이아몬드-타입 격자를 기준으로 하는 것을 포함한다. 특정한 격자구조는 부분적 또는 완전한 광자 밴드갭을 수득하는데 필요한 (유전성 물질 및 공기) 의 굴절률의 비를 결정한다. 이러한 구조는 예를 들어, 문헌 [Ho et al., Phys. Rev. Lett. 65(25), 3152 (1990); Yablonovitch et al., Physica B, 175(1-3), 81 (1991); 미국 특허출원 공개 제 2002/0059897 A1 (John et al.); 미국 특허 제 5,739,796 호 (Jasper et al.); 미국 특허 제 5,406,573 호 (Ozbay et al .); 미국 특허 제 5,335,240 호 (Ho et al.); 미국 특허 제 5,600,483 호 (Fan et al .); 미국 특허 제 5,440,421 호 (Fan et al.); 및 S.G. Johnson et al., Appl. Phys. Lett. 77, 3490 (2000)]에 기술되어 있다.Periodic dielectric structures exhibiting complete photon bandgap include those based on permeable diamond-type lattice of dielectric material and air. The particular lattice structure determines the ratio of the refractive index of (dielectric material and air) required to obtain a partial or complete photon bandgap. Such structures are described, for example, in Ho et al ., Phys. Rev. Lett. 65 (25), 3152 (1990); Yablonovitch et al ., Physica B, 175 (1-3), 81 (1991); United States Patent Application Publication No. 2002/0059897 A1 (John et al .); U.S. Patent No. 5,739,796 (Jasper et al .); U.S. Patent No. 5,406,573 to Ozbay et al . ); U.S. Patent No. 5,335,240 to Ho et al .); U.S. Patent 5,600,483 to Fan et al . ); US Patent No. 5,440,421 to Fan et al . ; And SG Johnson et al ., Appl. Phys. Lett. 77 , 3490 (2000).

생성된 주기적 유전체 구조는 본 기술분야에서 공지된 추가의 방법 (기계적, 전기적 또는 광학적)에 의해서 더 변형되거나, 조직되거나, 변화되거나, 처리되거나, 또는 패턴화되어 광학장치 (예를 들어, 광도파관)를 생성시킬 수 있다. 이러한 장치에는 전자기적 방사선을 유도, 감쇠, 여과 및/또는 변조시킬 수 있는 것이 포함된다. 추가의 방법을 사용하여 예를 들어, 기질 (사용되는 경우)에 물질의 새로운 층을 부가 (또는 기질로부터 물질을 제거)하거나, 주기적 유전체 구조에 새로운 물질을 부가 (또는 구조로부터 물질을 제거)하거나, 기질을 패턴화시킬 수 있다. 주기적 유전체 구조에 새로운 물질을 부가하는 것이 바람직한 경우에, 구조는 또 다른 물질에 의해서 부분적으로 또는 완전히 재충전될 수 있다.The resulting periodic dielectric structure is further deformed, organized, changed, processed, or patterned by additional methods known in the art (mechanical, electrical or optical) to provide optical devices (eg, optical waveguides). ) Can be generated. Such devices include those capable of inducing, attenuating, filtering and / or modulating electromagnetic radiation. Additional methods may be used, for example, to add a new layer of material (or remove material from a substrate) to a substrate (if used), or to add a new material to (or remove material from a structure) a periodic dielectric structure, The substrate can be patterned. If it is desirable to add new materials to the periodic dielectric structure, the structure can be partially or fully refilled by another material.

완전한 광자 밴드갭을 나타내는, 조절된 결함-함유 삼차원 (3-D) 주기적 유전체 구조를 광집적회로를 위한 기본으로 사용될 수 있다. 한가지 가능한 장치에서 광도파관은 본질적으로 광선을 완벽하게 속박하고, 본질적으로 방사선의 손실이 없이 이것이 예리한 코너 (corners) 주위로 효율적으로 인도할 수 있다. 예를 들 어, 로그-타입 (logs-type) 주기적 유전체 구조의 3-D 스택 (참조예: 미국 특허 제 5,335,240 호 (Ho et al.))에서는 하나의 층에서 하나의 로그를 공기 결함으로 치환시킴으로써 구조를 직접 단일모드 도파관으로 사용할 수 있도록 할 수 있다. 구조의 광자 밴드갭 내의 주파수를 갖는 광선을 (예를 들어, 광섬유를 구조의 에지 (edge)에 버트 커플링 (butt coupling)시키고, 공기 결함과 평행하는 섬유의 코어를 정렬시킴으로써) 도파관 내에 도입시킬 수 있다. 고도의 속박의 결과로, 도파관 내로 도입된 광선은 최소로 손실되면서 전파할 수 있다. 이차원 주기적 유전체 구조의 굴절률이 총 내부반사를 통하여 광선을 속박하도록 충분히 높다면 광도파관은 또한, 이차원으로 만들어질 수도 있다.Controlled defect-containing three-dimensional (3-D) periodic dielectric structures, representing complete photon bandgaps, can be used as the basis for photonic integrated circuits. In one possible arrangement, the optical waveguide essentially confines the light beam completely, and in essence it can efficiently lead around sharp corners without loss of radiation. For example, a 3-D stack of logs-type periodic dielectric structures (see, eg, US Pat. No. 5,335,240 (Ho et) al .)) allows the structure to be used directly as a single-mode waveguide by substituting one log for air defects in one layer. Rays having a frequency within the photon bandgap of the structure are introduced into the waveguide (e.g., by butt coupling the optical fiber to the edge of the structure and aligning the core of the fiber parallel to the air defect). Can be. As a result of the high bondage, the light rays introduced into the waveguide can propagate with minimal loss. The optical waveguide may also be made two-dimensional if the refractive index of the two-dimensional periodic dielectric structure is high enough to bind the light beam through total internal reflection.

문헌 (A. Chutinan 및 S. Noda, Appl. Phys. Lett. 75(24), 3739 (2002))에 기술된 바와 같이, 광선은 90-도 벤드 (bend) 주위에 투과될 수 있다. 예를 들어, 로그-타입 주기적 유전체 구조의 스택에서 90-도 벤드를 갖는 도파관은 서로에 대해서 수직인 두개의 로그를 제거함으로써 만들어질 수 있다. 벤드 주위에서 최적 투과효율은 두번째 로그가 첫번째 로그 바로 위의 층에 있는 경우에 수득될 수 있다. 스플리터 (splitters) 및 커플러 (couplers)가 동일한 원리를 사용하여 만들어질 수 있는 그 밖의 다른 광학장치이다. 결함에 대한 최대 광속박을 위한 조절된 결함의 최적 크기 및 형상은 이용되는 특정의 주기적 유전체 구조에 따라서 좌우될 수 있다. 90-도 만곡 (turn)은 광학회로의 소형화를 허용하는 결함의 가장 중요한 타입의 하나이다.As described in A. Chutinan and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 75 (24), 3739 (2002), light rays can be transmitted around a 90-degree bend. For example, a waveguide with a 90-degree bend in a stack of log-type periodic dielectric structures can be made by removing two logs that are perpendicular to each other. Optimum permeation efficiency around the bend can be obtained when the second log is in the layer just above the first log. Splitters and couplers are other optical devices that can be made using the same principle. The optimal size and shape of the adjusted defects for maximum luminous flux to the defects may depend on the particular periodic dielectric structure used. 90-degree turns are one of the most important types of defects that allow miniaturization of optical circuits.

주기적 유전체 구조에서 단일 포인트 결함은 고품질계수 마이크로캐비티 (microcavitiy)로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 단일 격자 포인트는 약간 확대되거나, 크기가 감소되거나 모두 함께 제거되어 결함에서 속박될 광선의 파장을 조정할 수 있다. 마이크로캐비티의 매우 높은 효과적 반사계수로 인하여 자연방출의 속도가 변형될 수 있다. 방사체가 포인트 결함에 도입된다면, 초저 역치 레이싱 (ultralow threshold lasing)이 달성될 수 있다.Single point defects in periodic dielectric structures can be used as high quality microcavities. For example, a single grating point may be slightly enlarged, reduced in size, or all removed together to adjust the wavelength of the light beam to be bound in the defect. The very high effective reflection coefficient of the microcavity can change the rate of spontaneous emission. If a emitter is introduced into the point defect, ultra low threshold lasing can be achieved.

단일 포인트 결함과 라인 결함의 조합을 사용하여 필터, 파장 분할 멀티플렉스 (wavelength division multiplex), 시그날 변조기 (signal modifier) 등과 같은 더 복잡한 장치를 제조할 수 있다. 이러한 광집적회로 (또는 시스템)는 다수의 성분이 단일 주기적 유전체 구조로 통합되는 경우에 최대의 이용성을 갖는다. 이것은 본 발명의 방법을 사용하여 달성될 수 있다.Combinations of single point and line defects can be used to produce more complex devices such as filters, wavelength division multiplexes, signal modifiers, and the like. Such an integrated circuit (or system) has maximum utility when multiple components are integrated into a single periodic dielectric structure. This can be accomplished using the method of the present invention.

광반응성 조성물의 나머지 부분이 제거되지 않는 경우에는 증폭기 및 고효율 저역치 레이저와 같은 장치를 생성시킬 수 있다. 나머지 광반응성 조성물의 무기 부분은 (충전에 의해서 부가된 어떤 물질이라도 투명한 파장에서 방사선에 의해서) 여기되어 주기적 유전체 구조의 밴드갭 내의 파장의 방사선을 방출할 수 있다. 예를 들어, 에르븀 이온을 함유하는 조성물은 980 ㎚ 방사선에 의해서 여기되어 초저역치 레이저인 1550 ㎚ 방사선을 방출할 수 있다. 대신으로, 반도체 나노입자 양자가 방사체로서 광반응 조성물에 통합될 수 있다.If the rest of the photoreactive composition is not removed, devices such as amplifiers and high efficiency low threshold lasers can be created. The inorganic portion of the remaining photoreactive composition may be excited (any material added by charging) by radiation at a transparent wavelength to emit radiation at a wavelength within the bandgap of the periodic dielectric structure. For example, a composition containing erbium ions may be excited by 980 nm radiation to emit 1550 nm radiation, which is an ultra low threshold laser. Instead, both semiconductor nanoparticles can be incorporated into the photoreactive composition as emitters.

방법의 바람직한 Desirable of method 구체예Embodiment

도 1a-1h를 참고로 하여, 본 발명의 방법의 바람직한 구체예에서는 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물 (10) (임의로 기질 (20)에 적용됨)을 제공할 수 있으 며 (도 1a), 조성물 (10)의 적어도 일부분은 각각 조성물 (10)의 노출 및 비-노출 부분 (32) 및 (36) (도 1c)의 이차원 또는 삼차원 주기적 패턴을 형성하도록 (그리고, 노출된 부분에서 광반응이 일어나도록) 멀티빔 간섭장치 (30) (도 1b)를 사용하여 노출될 수 있다. 주기적 패턴의 성질 및 스케일은 레이저 빔 각각의 파장, 간섭각도, 파워 및/또는 편극화를 변화시킴으로써 조정될 수 있다.With reference to FIGS. 1A-1H, preferred embodiments of the process of the present invention can provide a substantially inorganic photoreactive composition 10 (optionally applied to the substrate 20) (FIG. 1A), the composition ( At least a portion of 10) forms a two-dimensional or three-dimensional periodic pattern of exposed and non-exposed portions 32 and 36 (FIG. 1C) of composition 10, respectively, and to allow photoreaction to occur in the exposed portions. ) Can be exposed using the multibeam interference device 30 (FIG. 1B). The nature and scale of the periodic pattern can be adjusted by varying the wavelength, interference angle, power and / or polarization of each of the laser beams.

레이저 빔 (40)은 렌즈 (44)를 사용하여 생성된 패턴화된 구조 내부의 핀포인트 (pinpoint) (42)에 집중될 수 있다 (도 1d). 핀포인트의 위치는 원하는 패턴으로 이동하여 추가의 노출 부분 (46)을 형성시킬 수 있다 (도 1e). 핀포인트의 위치는 레이저 빔, 렌즈 또는 패턴화 구조 (집중된 레이저 빔에 관하여)를 예를 들어, 3-축 단계를 사용하여 이동시킴으로써 조정될 수 있다.The laser beam 40 can be focused on a pinpoint 42 inside the patterned structure created using the lens 44 (FIG. 1D). The location of the pinpoint can move to the desired pattern to form additional exposed portion 46 (FIG. 1E). The location of the pinpoint can be adjusted by moving the laser beam, lens or patterned structure (relative to the focused laser beam), for example using a three-axis step.

예를 들어, 광반응성 조성물 (10)의 비-노출 부분 (36)은 적절한 용매에 의한 현상에 의해서 제거될 수 있다. 이러한 제거는 공백 (50)을 생성시키며 (도 1f), 이러한 공백은 다양한 기술 (예를 들어, 화학증착) 중의 어떤 것이라도 사용하여 비교적 고굴절률 물질 (52) (예를 들어, 반도체)로 충전될 수 있다 (도 1g). 실질적으로 무기성인 그의 성질로 인하여, 패턴화된 광반응성 조성물의 적어도 일부분은 승온에서 수행되는 어떤 공정 단계를 거쳐서도 그대로 유지될 수 있다.For example, the non-exposed portion 36 of the photoreactive composition 10 can be removed by development with a suitable solvent. This removal creates a void 50 (FIG. 1F), which is filled with a relatively high refractive index material 52 (eg, a semiconductor) using any of a variety of techniques (eg, chemical vapor deposition). Can be (FIG. 1G). Due to its substantially inorganic nature, at least a portion of the patterned photoreactive composition can remain intact through any process step carried out at elevated temperatures.

생성된 충전 구조는 임의로, 고굴절률 물질은 실질적으로 그대로 유지시키면서 나머지 광반응 조성물 (예를 들어, 그의 노출 부분)을 선택적으로 제거할 수 있는 에칭제 (예를 들어, HF)에 노출될 수 있다. 생성된 완전한 구조 (60)은 삼차원 주기적 공기-충전된 공극 (64) 및 비-주기적인 설계된 공기 결함 (66)을 갖는 고굴 절률 물질을 포함한다 (도 1h).The resulting fill structure may optionally be exposed to an etchant (eg, HF) capable of selectively removing the remaining photoreactive composition (eg, exposed portion thereof) while keeping the high refractive index material substantially intact. . The resulting complete structure 60 includes a high refractive index material having a three-dimensional periodic air-filled void 64 and a non-periodic designed air defect 66 (FIG. 1H).

본 발명의 목적 및 이점은 이하의 실시예에 의해서 더 설명되지만, 이들 실시예에서 언급된 특정의 물질 및 그의 양 및 그 밖의 다른 조건 및 세부사항은 본 발명을 과도하게 제한하는 것으로 이해되지는 않아야 한다.The objects and advantages of the present invention are further illustrated by the following examples, but the specific materials and amounts thereof and other conditions and details mentioned in these examples should not be understood as excessively limiting the present invention. do.

실시예Example 1(a) 1 (a)

실질적으로 무기성인 Substantially inorganic 광반응성Photoreactivity 조성물의 제공 Provision of the composition

로다민Rhodamine B  B 헥사플루오로안티모네이트의Of hexafluoroantimonate 제조: Produce:

220 ㎖ 탈이온수 중의 4.2 g의 로다민 B 염료의 클로라이드 염 (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)의 용액을 규조토를 통해서 여과하였다. 여액을 제거하고, 10.0 g의 NaSbF6 (Advanced Research Chemicals, Inc., Catoosa, OK)을 교반하면서 첨가하였다. 5분 동안 혼합시킨 후에, 생성된 혼합물을 여과하고, 생성된 고체를 탈이온수로 세척하고, 50-80℃의 오븐에서 밤새 건조시켰다. 암적색 고체를 수득하고 (4.22 g), 이것을 적외선 (IR) 분광학, 핵자기공명 (NMR) 분광학, 및 클로라이드에 대한 원소분석에 의해서 분석하였다. 분석은 로다민 B의 헥사플루오로안티모네이트 염 (이하에 나타낸 구조)과 일치하였다.A solution of 4.2 g of the chloride salt of Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI in 220 mL deionized water was filtered through diatomaceous earth. The filtrate was removed and 10.0 g of NaSbF 6 (Advanced Research Chemicals, Inc., Catoosa, OK) was added with stirring. After mixing for 5 minutes, the resulting mixture was filtered and the resulting solid was washed with deionized water and dried in an oven at 50-80 ° C. overnight. A dark red solid was obtained (4.22 g), which was analyzed by infrared (IR) spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, and elemental analysis for chloride. The analysis was consistent with the hexafluoroantimonate salt of Rhodamine B (structure shown below).

Figure 112006047844209-PCT00041
Figure 112006047844209-PCT00041

표면-처리된, Surface-treated, 전축합된Precondensed 무기 나노입자의 제조: Preparation of Inorganic Nanoparticles:

900 g의 날코 (NALCO) 2327 (물 중의 약 20 ㎜ 평균 직경 실리카 입자의 분산액, 온데노 날코 (ONDEO Nalco, Bedford Park, IL)로부터 이용할 수 있음)을 2 리터 비이커에 배치시키고, 매질 교반 하에서 pH가 2-3 사이 (칼라패스 (COLORPHAST) pH 페이퍼를 사용함, pH 범위 1-14, EM Science, Gibbstown, NJ로부터 이용할 수 있음)로 측정될 때까지 전세척된 앰버라이트 (AMBERLITE) IR-120과 이온교환수지 (앨드리히 케미칼 컴패니 (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)로부터 입수할 수 있음)를 서서히 첨가하였다. 실온에서 30분 동안 교반한 후에, 생성된 혼합물을 10-미크론 나일론 메쉬 직물을 통해서 여과하여 이온교환수지를 제거하였으며, 고체는 41.6%로 측정되었다. 800 g의 이온-교환된 날코 2327 분산액을 둥근 바닥 플라스크에 배치시키고, 매질 교반 하에서 230 g의 탈이온수 (pH가 상승함에 따라 응집을 방지하기 위해서)를 첨가하고, 이어서 수성 암노늄 하이드록사이들 적가하여 pH를 8-9 사이로 조정하였다. 이 혼합물에 1600 g의 1-메톡시-2-프로판올과 40.92 g의 트리메톡시페닐실란 (실리카당, 0.62 mmol의 실란)의 전-혼합된 용액을 5 내지 10분에 걸쳐서 첨가하였다. 생성된 비-응집 실리카 분산액을 90-95℃에서 약 22 시간 동안 가열하였다. 분산액의 실리카 고체는 중량분석에 의해서 15.4%인 것으로 측정되었다.900 g of NALCO 2327 (dispersion of about 20 mm average diameter silica particles in water, available from ONDEO Nalco, Bedford Park, IL) was placed in a 2 liter beaker and pH under medium stirring AMBERLITE IR-120 with pre-washed until measured between 2-3 (using COLORPHAST pH paper, pH range 1-14, available from EM Science, Gibbstown, NJ) Ion exchange resin (available from Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wis.) Was added slowly. After stirring for 30 minutes at room temperature, the resulting mixture was filtered through a 10-micron nylon mesh fabric to remove the ion exchange resin and the solids measured 41.6%. 800 g of ion-exchanged nalco 2327 dispersions were placed in a round bottom flask and 230 g of deionized water (to prevent aggregation as pH rises) were added under medium stirring, followed by aqueous ammonium hydroxides. The pH was adjusted to between 8-9 by dropwise addition. To this mixture a pre-mixed solution of 1600 g 1-methoxy-2-propanol and 40.92 g trimethoxyphenylsilane (silica sugar, 0.62 mmol silane) was added over 5-10 minutes. The resulting non-aggregated silica dispersion was heated at 90-95 ° C. for about 22 hours. The silica solid of the dispersion was determined to be 15.4% by gravimetric analysis.

양이온적Cationic 반응성 물질의 첨가 Addition of reactive substances

31.5 g의 ERL™ 4221E (다우 케미칼 (Dow Chemical, Midland, MI)로부터 이용할 수 있는 사이클로지방족 에폭시) 및 3.5 g의 1,5-펜탄디올 (Aldrich Chemical Co.)의 혼합물에 390 g의 15.4% 실리카 분산액을 첨가한다. 성분들을 잘 혼합하고, 흡입기 (aspirator) 및 오일배스 (oil bath)를 갖는 회전증발기를 사용하여 서서히 가열하면서 물과 메톡시 프로판올을 진공 스트립핑하였다. 최종 스트립핑 온도 (진공 펌프를 사용)는 45 분 동안, 130℃였다. 96 g의 생성된 혼합물을 5.0 g의 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란 (Aldrich Chemical Co.)과 함께 100-g 정격 스피드 혼합컵 (플랙테크 인코포레이티드 (FlackTek Inc., Landrum, SC)로부터 이용할 수 있음) 내에 배치시키고, 수득된 배합물을 플랙텍크 인크. (FlackTek Inc.) DAC 150 FVZ 스피드 믹서 (FlackTek Inc.)를 사용하여 3000 rpm으로 10 분 동안 혼합하였다. 생성된 실리카-에폭시 졸은 60 중량%의 표면-처리된 실리카 입자를 함유한다.390 g of 15.4% silica in a mixture of 31.5 g of ERL ™ 4221E (cycloaliphatic epoxy available from Dow Chemical, Midland, MI) and 3.5 g of 1,5-pentanediol (Aldrich Chemical Co.) Add dispersion. The components were mixed well and vacuum stripped of water and methoxy propanol with slow heating using a rotary evaporator with an aspirator and an oil bath. Final stripping temperature (using vacuum pump) was 130 ° C. for 45 minutes. 96 g of the resulting mixture were combined with 5.0 g of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane (Aldrich Chemical Co.) at 100-g rated speed mixing cup (FlackTek Inc., Landrum, (Available from SC), and the resultant formulation is Flagect Inc. (FlackTek Inc.) Mix for 10 minutes at 3000 rpm using DAC 150 FVZ Speed Mixer (FlackTek Inc.). The resulting silica-epoxy sol contains 60% by weight surface-treated silica particles.

다광자Multiphoton 광개시제Photoinitiator 시스템의 첨가 Addition of system

반응성 물질의 조기 경화를 방지하기 위하여 안전광 조건 하에서 작업하여 2.06 g의 상기 제조된 실리카-에폭시 졸을 0.020 g 디아릴요오도늄 헥사플루오로안티모네이트 (사르토머 (Sartomer, West Chester, PA)로부터 입수할 수 있음), 0.010 g의 로다민 B 헥사플루오로안티모네이트 (즉, 본질적으로 상술한 바와 같이 제조된 N-[9-(2-카복시페닐)-6-(디에틸아미노)-3H-크산텐-3-일리덴]-N-에틸에탄암미늄 헥사플루오로안티모네이트), 0.2 g의 테트라하이드로푸란, 및 0.65 g의 1,2-디클로로에탄의 용액과 배합시킨다. 생성된 혼합물을 자기교반기를 사용하여 15분 동안 교반하여 균질한 분산액을 수득한다.In order to prevent premature curing of the reactive material, 2.20 g of the prepared silica-epoxy sol was treated with 0.020 g of diaryliodonium hexafluoroantimonate (Sartomer, West Chester, PA) Available from), 0.010 g of Rhodamine B hexafluoroantimonate (ie, N- [9- (2-carboxyphenyl) -6- (diethylamino) -prepared essentially as described above) 3H-xanthene-3-ylidene] -N-ethylethaneammonium hexafluoroantimonate), 0.2 g tetrahydrofuran, and 0.65 g 1,2-dichloroethane. The resulting mixture is stirred for 15 minutes using a magnetic stirrer to obtain a homogeneous dispersion.

실시예Example 1(b) 1 (b)

광반응성Photoreactivity 조성물의  Of composition 멀티빔Multi Beam 간섭 ( Interference ( MBIMBI ) 노출) Impressions

트리에틸아민과 같은 염기를 실시예 1(a)에서 생성된 실질적으로 무기성인 조성물에 첨가하고, 생성된 조성물을 코팅 (예를 들어, 딥 (dip) 코팅, 스핀 코팅, 그라비어 (graveur) 코팅, 또는 메이어 로드 (Meyer rod) 코팅)에 의해서 적합한 기질 (예를 들어, 규소 또는 유리)에 적용하는데, 여기에서 조성물의 점도는 주의해서 조절된다. (염기는 노출 중에 생성된 국소 광산을 부분적으로 중화시킴으로써 조성물의 "비노출" 부분에서 제로가 아닌 (nonzero)-배경 광강도를 완화시키는 것을 도와주며, 이렇게 하여 균질한 교차결합된 배경을 감소시킨다.) 노출시키기 전에 가열단계 (예를 들어, 열판 상에서의 온화한 베이킹)를 적용하여 조성물로부터 잔류하는 용매를 제거한다.A base such as triethylamine is added to the substantially inorganic composition produced in Example 1 (a), and the resulting composition is coated (e.g. dip coating, spin coating, graveur coating, Or by Meyer rod coating to a suitable substrate (eg, silicon or glass), wherein the viscosity of the composition is carefully controlled. (The base helps to mitigate nonzero-background light intensity in the "non-exposed" portion of the composition by partially neutralizing the local photoacids generated during exposure, thereby reducing the homogeneous crosslinked background. ) A heating step (eg mild baking on a hotplate) is applied prior to exposure to remove residual solvent from the composition.

연속적 웨이브 (cw) 레이저로부터의 광선의 빔이 간섭하도록 허용되는 부위에 생성된 코팅된 기질을 배치시킨다. 코팅된 기질 또는 샘플을 진공 척 (vacuum chuck)이 장착된 x-y 선형 공기보유 스테이지 (air bearing stage)에 배치하여 샘플을 제 위치에 단단히 고정시킨다. 샘플을 1 초 정도의 시간 동안 488 ㎚에서 작동하는 아르곤 이온 레이저 (예를 들어, 코헤런트 (Coherent, Santa Clara, California)로부터 입수할 수 있음)의 3 개 또는 4 개의 비-동일평면성 빔을 사용하여 발생된 간섭패턴에 노출시킨다. 셔터 (shutter; 기계적 또는 음향-광학적)를 사용하여 노출시간을 정확하게 조절한다. 레이저로부터의 빔 직경은 몇 밀리미터 정도이다. 레이저 빔 각각의 간섭각도, 파워 및 편극성은 간섭패턴의 브라베 격자 중의 적어도 하나가 스테이지 진행의 x-y 평면에 대해서 평행하도록 선택된다.The resulting coated substrate is placed at the site where the beam of light from the continuous wave (cw) laser is allowed to interfere. The coated substrate or sample is placed in an x-y linear air bearing stage equipped with a vacuum chuck to hold the sample firmly in place. Use three or four non-coplanar beams of an argon ion laser (for example, available from Coherent, Santa Clara, California) operating the sample at 488 nm for a period of about one second. Exposure to the generated interference pattern. A shutter (mechanical or acoustic-optical) is used to precisely adjust the exposure time. The beam diameter from the laser is on the order of a few millimeters. The interference angle, power and polarization of each of the laser beams are selected such that at least one of the Brave gratings of the interference pattern is parallel to the x-y plane of the stage progression.

실시예Example 1(c) 1 (c)

광반응성Photoreactivity 조성물의  Of composition 다광자Multiphoton 노출 exposure

MBI 노출에 이어서, 선형 공기보유 스테이지를 샘플의 노출 영역이 두번째 광학적 트레인의 출력 아래에 있도록 그의 진행을 따라서 이동시킨다. 결함 구조의 다광자 반응은 800 ㎚의 파장, 약 100 fs의 펄스 폭, 80 MHz의 펄스 반복속도, 약 2 ㎜의 빔 직경으로 작동하는 다이오드 펌핑된 Ti:사파이어 레이저 (스펙트라-피직스 (Spectra-Physics, Mountain View, California)를 사용하여 수행된다. 광학적 트레인은 저분산 터닝거울 (low dispersion turning mirroe), 빔 확장기 (beam expander), 광학적 파워를 변화시키는 광감쇠기, 셔터링을 위한 음향-광학적 변조기, 및 샘플 내로 광선이 집중하도록 선형 z-스테이지 상에 장착된 100× 오일 함침 현미경 대물렌즈로 구성된다. 샘플 상의 현미경 대물렌즈 (z-축 위치)의 높이는 초점 위치가 코팅 내부가 될 때까지 조정한다. 초점 위치의 미세 조정은 공초점 광학기기 (cofocal optics) 및 광전자증폭관 검출기를 사용하여 다광자 형광강도를 모니터링함으로써 수행된다. 노출시키면 다광자 광증감제의 일부의 광표백 (photobleaching)이 일어나기 때문에, 명암 영역의 패턴이 확인될 수 있고, 초점 위치가 원하는 초점 평면 내에 배치된다. 결함 구조는 원하는 경로를 따라서 일정한 속도로 스테이지를 스캔함으로써 코팅 내에서 발생된다. 최종 장치에서 광학적 손실을 최소화하기 위해서 이 경로는 간섭패턴을 위한 하나 또는 그 이상의 격자벡터로 정렬된다.Following the MBI exposure, the linear airborne stage is moved along its progression so that the exposed area of the sample is below the output of the second optical train. The multiphoton response of the defect structure is a diode-pumped Ti: sapphire laser (Spectra-Physics) operating at a wavelength of 800 nm, a pulse width of about 100 fs, a pulse repetition rate of 80 MHz, and a beam diameter of about 2 mm. , Mountain View, California. ”The optical train consists of a low dispersion turning mirroe, a beam expander, an optical attenuator for varying optical power, an acoustic-optic modulator for shuttering, And a 100 × oil-impregnated microscope objective mounted on a linear z-stage to focus the light into the sample The height of the microscope objective (z-axis position) on the sample is adjusted until the focal position is inside the coating. Fine tuning of the focal position is performed by monitoring multiphoton fluorescence intensities using cofocal optics and photoamplifier detectors. As photobleaching of a portion of the photosensitizer occurs, the pattern of the dark and dark areas can be identified and the focal position is placed within the desired focal plane The defect structure is in the coating by scanning the stage at a constant speed along the desired path. In order to minimize optical losses in the final device, this path is aligned with one or more grating vectors for the interference pattern.

실시예Example 1(d) 1 (d)

광반응성Photoreactivity 조성물의 비-반응 부분의 제거 Removal of non-reactive portions of the composition

노출시킨 후에, 샘플을 가열하여 노출된 부위에서 조성물의 경화를 가속화시킨다. 그 후에 비노출 부분을 적합한 용매 (예를 들어, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트)에 의해서 제거하여 틈새 공백을 형성시킨다. 용매를 초임계 건조에 의해서 제거하여 건조 스트레스를 최소화한다. 생성된 노출, 현상된 샘플을 열분해 (예를 들어, 벌칸 오븐 (Vulcan oven, Model #3-350, Degussa-Ney, Bloomfield, CT) 내에서 600℃까지 5℃/분으로 1시간 동안 가열함으로써)시켜 유기 내용물을 제거한 다음에, 더 가열처리하여 잔류하는 실리카의 다공성을 최소화한다. 생성된 주기적 유전체 구조는 적어도 부분적인 광자 밴드갭을 나타낸다.After exposure, the sample is heated to accelerate curing of the composition at the exposed site. The unexposed portion is then removed with a suitable solvent (eg propylene glycol methyl ether acetate) to form a gap void. The solvent is removed by supercritical drying to minimize drying stress. The resulting exposed, developed sample was pyrolyzed (e.g. by heating for 1 hour at 5 ° C / min to 600 ° C in a Vulcan oven, Model # 3-350, Degussa-Ney, Bloomfield, CT) To remove the organic content and then further heat to minimize porosity of the remaining silica. The resulting periodic dielectric structure exhibits at least a partial photon bandgap.

실시예Example 1(e) 1 (e)

틈새 공백의 Gap 충전charge

무정형 규소를 약 560℃에서 작동하는 시판품으로 이용가능한 저압 화학증착로 (ASM, Phoenix, AZ로부터 이용할 수 있음)를 사용하여 주기적 유전체 구조의 틈새 공백 내에 침착시킨다. 침착조건은 구조의 전체 두께를 통한 무정형 규소의 균질한 침투가 이루어지도록 선택된다. 침착시킨 후에, 무정형 규소는 600℃에서 8시간 동안 어니일링시켜 다결정성 규소로 전환시킨다. 생성된 구조를 실온으로 냉각시킨다. 나머지 실리카는 묽은 HF 용액 (물 중의 5-10 중량% HF)으로 에칭하여 제거한다. 규소/공기 주기적 유전체 구조가 수득된다. 주기적 유전체 구조는 주사전자현미경 (SEM)을 사용하여 검사한다. 중합된 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물의 원래 위치에 상응하는 공기 채널이 관찰된다.Amorphous silicon is deposited into the gap gaps of the periodic dielectric structure using low pressure chemical vapor deposition furnaces (available from ASM, Phoenix, AZ) available commercially at about 560 ° C. Deposition conditions are chosen such that homogeneous penetration of amorphous silicon through the entire thickness of the structure is achieved. After deposition, the amorphous silicon is converted to polycrystalline silicon by annealing at 600 ° C. for 8 hours. The resulting structure is cooled to room temperature. The remaining silica is removed by etching with dilute HF solution (5-10% by weight HF in water). Silicon / air periodic dielectric structures are obtained. Periodic dielectric structures are examined using a scanning electron microscope (SEM). An air channel corresponding to the original position of the polymerized substantially inorganic photoreactive composition is observed.

본 명세서에 인용된 특허, 특허서류 및 공보에 포함된 참고 기술내용은 각각이 개별적으로 포함된 것처럼 그대로 포함되어 있다. 본 발명에 대한 다양한 예견할 수 없는 변형 및 변화는 본 발명의 범주 및 의의를 벗어나지 않으면서 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게 명백해 질 것이다. 본 발명은 본 명세서에 기술된 예시적인 구체예 및 실시예들에 의해서 지나치게 제한되는 것으로 생각되지는 않으며, 이러한 실시예 및 구체예는 단지 예로서 제시된 것이고 본 발명의 범주는 단지 이하에 기술된 특허청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 생각된다.The references, patents, patents, and publications cited herein are incorporated as if each were individually incorporated. Various unpredictable modifications and variations of the present invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the present invention. It is not intended that the present invention be overly limited by the exemplary embodiments and embodiments described herein, these examples and embodiments are presented by way of example only and the scope of the invention is only set forth in the following patents. It is believed to be limited only by the claims.

Claims (35)

(a) (1) 적어도 하나의 양이온적 반응성 물질, (2) 다광자 광개시제 시스템, 및 (3) 다수의 전축합된 무기 나노입자를 포함하는 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물을 제공하고;providing (a) a substantially inorganic photoreactive composition comprising (1) at least one cationic reactive material, (2) a multiphoton photoinitiator system, and (3) a plurality of precondensed inorganic nanoparticles; (b) 적어도 3개의 빔을 포함하는 멀티빔 간섭기술을 이용하여 광반응성 조성물의 적어도 일부분을 광반응성 조성물의 반응 및 비-반응 부분의 이차원 또는 삼차원 주기적 패턴을 생성하는데 적절한 파장, 공간 분포 및 강도의 방사선에 노출시키고;(b) wavelength, spatial distribution and intensity suitable for producing at least a portion of the photoreactive composition using a multibeam interference technique comprising at least three beams to produce two-dimensional or three-dimensional periodic patterns of the reactive and non-reactive portions of the photoreactive composition. Exposure to radiation; (c) 광반응성 조성물의 비-반응 부분의 적어도 일부분을 다광자 흡수 및 광반응을 일으켜 추가의 반응 부분 및 잔류하는 비-반응 부분을 형성시키는데 적절한 파장 및 강도의 방사선에 노출시키고;(c) exposing at least a portion of the non-reactive portion of the photoreactive composition to radiation of a wavelength and intensity suitable for multiphoton absorption and photoreaction to form additional reactive portions and remaining non-reactive portions; (d) 광반응성 조성물의 잔류하는 비-반응 부분 또는 전체 반응 부분을 제거하여 틈새 공백을 형성시키고;(d) removing the remaining non-reactive portion or the entire reaction portion of the photoreactive composition to form a gap void; (e) 틈새 공백을 광반응성 조성물의 잔류하는 비-반응 또는 반응 부분의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 적어도 하나의 물질로 적어도 부분적으로 충전시키는 단계를 포함하는 방법.(e) filling the gap voids at least partially with at least one material having a refractive index that is different from the refractive index of the remaining non-reactive or reactive portions of the photoreactive composition. 제 1 항에 있어서, 주기적 패턴이 삼차원적인 방법.The method of claim 1, wherein the periodic pattern is three-dimensional. 제 1 항에 있어서, 주기적 패턴이 서브미크론-스케일 주기성을 갖는 방법.The method of claim 1, wherein the periodic pattern has submicron-scale periodicity. 제 1 항에 있어서, 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물이 광반응 및 열분해시 그의 초기 중량의 약 60% 미만을 상실하는 방법.The method of claim 1 wherein the substantially inorganic photoreactive composition loses less than about 60% of its initial weight upon photoreaction and pyrolysis. 제 1 항에 있어서, 양이온적 반응성 물질이 양이온적 경화성 물질인 방법.The method of claim 1 wherein the cationic reactive material is a cationic curable material. 제 5 항에 있어서, 양이온적 경화성 물질이 유기 또는 하이브리드 유기/무기물인 방법.6. The method of claim 5, wherein the cationic curable material is organic or hybrid organic / inorganic. 제 1 항에 있어서, 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물이 광반응성 실란의 축합물, 반응성 및 비-반응성 실란의 혼합물의 축합물, 올리고머성 실록산 물질, 분지된 규소-함유 올리고머성 및 폴리머성 물질, 및 졸-겔 물질로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 방법.The composition of claim 1, wherein the substantially inorganic photoreactive composition comprises a condensate of a photoreactive silane, a condensate of a mixture of reactive and non-reactive silanes, an oligomeric siloxane material, a branched silicon-containing oligomeric and polymeric material, And at least one material selected from the group consisting of sol-gel materials. 제 1 항에 있어서, 다광자 광개시제 시스템이 (a) 적어도 하나의 다광자 광증감제; (b) 적어도 하나의 전자 수용체; 및 (c) 임의로, 적어도 하나의 전자 공여체를 포함하는 방법.The system of claim 1, wherein the multiphoton photoinitiator system comprises: (a) at least one multiphoton photosensitizer; (b) at least one electron acceptor; And (c) optionally, at least one electron donor. 제 8 항에 있어서, 다광자 광개시제 시스템이 적어도 하나의 전자 공여체를 포함하는 방법.The method of claim 8, wherein the multiphoton photoinitiator system comprises at least one electron donor. 제 8 항에 있어서, 다광자 광증감제가 플루오레세인의 경우보다 더 큰 2-광자 흡수 단면적을 갖는 방법.9. The method of claim 8, wherein the multiphoton photosensitizer has a larger two-photon absorption cross section than that of fluorescein. 제 10 항에 있어서, 다광자 광증감제가 플루오레세인의 경우보다 약 1.5 배 더 큰 2-광자 흡수 단면적을 갖는 방법.The method of claim 10, wherein the multiphoton photosensitizer has a two-photon absorption cross-sectional area that is about 1.5 times greater than for fluorescein. 제 8 항에 있어서, 다광자 광증감제가 로다민 B, 두개의 공여체가 컨쥬게이트된 π(파이)-전자 브릿지에 연결된 분자, 두개의 공여체가 하나 또는 그 이상의 전자 수용기에 의해서 치환된 컨쥬게이트된 π(파이)-전자 브릿지에 연결된 분자, 두개의 수용체가 컨쥬게이트된 π(파이)-전자 브릿지에 연결된 분자, 및 두개의 수용체가 하나 또는 그 이상의 전자 공여기에 의해서 치환된 컨쥬게이트된 π(파이)-전자 브릿지에 연결된 분자로부터 선택되는 방법.The method of claim 8, wherein the multiphoton photosensitizer is Rhodamine B, a molecule linked to a π (pi) -electron bridge conjugated with two donors, conjugated with two donors substituted by one or more electron acceptors a molecule linked to a π (pi) -electron bridge, a molecule linked to a π (pi) -electron bridge conjugated to two receptors, and a conjugated π (substituted by one or more electron donor groups Pi) -electron bridge. 제 12 항에 있어서, 다광자 광증감제가 로다민 B인 방법.13. The method of claim 12, wherein the multiphoton photosensitizer is rhodamine B. 제 8 항에 있어서, 전자 수용체가 요오도늄 염, 디아조늄 염, 설포늄 염, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 8, wherein the electron acceptor is selected from the group consisting of iodonium salts, diazonium salts, sulfonium salts, and mixtures thereof. 제 9 항에 있어서, 전자 공여체가 아민; 아미드; 에테르; 우레아; 설핀산 및 이들의 염; 페로시아나이드의 염, 아스코르빈산 및 그의 염; 디티오카밤산 및 그의 염; 크산테이트의 염; 에틸렌 디아민 테트라아세트산의 염; SnR4 화합물 (여기에서 각각의 R은 알킬, 아르알킬, 아릴, 및 알크아릴 기로부터 독립적으로 선택된다); 페로센; 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.10. The method of claim 9, wherein the electron donor is an amine; amides; ether; Urea; Sulfinic acid and salts thereof; Salts of ferrocyanide, ascorbic acid and salts thereof; Dithiocarbamic acid and salts thereof; Salts of xanthate; Salts of ethylene diamine tetraacetic acid; SnR 4 compound, wherein each R is independently selected from alkyl, aralkyl, aryl, and alkaryl groups; Ferrocene; And mixtures thereof. 제 1 항에 있어서, 무기 나노입자가 금속 옥사이드 나노입자, 금속 카보네이트 나노입자, 금속 플루오라이드 나노입자, 및 이들의 배합물로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 1 wherein the inorganic nanoparticles are selected from the group consisting of metal oxide nanoparticles, metal carbonate nanoparticles, metal fluoride nanoparticles, and combinations thereof. 제 16 항에 있어서, 무기 나노입자가 금속 옥사이드 나노입자인 방법.The method of claim 16, wherein the inorganic nanoparticles are metal oxide nanoparticles. 제 17 항에 있어서, 금속 옥사이드가 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아, 바나디아, 안티모니 옥사이드, 틴 옥사이드, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.18. The method of claim 17, wherein the metal oxide is selected from the group consisting of silica, titania, alumina, zirconia, vanadia, antimony oxide, tin oxide, and mixtures thereof. 제 18 항에 있어서, 금속 옥사이드가 실리카인 방법.The method of claim 18, wherein the metal oxide is silica. 제 1 항에 있어서, 무기 나노입자가 약 150 나노미터 미만의 평균 직경을 갖 는 방법.The method of claim 1, wherein the inorganic nanoparticles have an average diameter of less than about 150 nanometers. 제 1 항에 있어서, 무기 나노입자가 표면 처리된 방법.The method of claim 1 wherein the inorganic nanoparticles are surface treated. 제 1 항에 있어서, 노출을 적어도 4 개의 빔을 포함하는 멀티빔 간섭기술을 사용하여 수행하는 방법.The method of claim 1, wherein the exposure is performed using a multibeam interference technique comprising at least four beams. 제 1 항에 있어서, 노출이 펄스식 모드로 조사함으로써 수행되는 방법.The method of claim 1, wherein the exposure is performed by irradiating in a pulsed mode. 제 1 항에 있어서, 방사선이 근적외 방사선인 방법.The method of claim 1 wherein the radiation is near infrared radiation. 제 1 항에 있어서, 광반응성 조성물의 잔류 비-반응 부분을 제거하여 틈새 공백을 형성시키는 방법.The method of claim 1, wherein the remaining non-reactive portion of the photoreactive composition is removed to form a gap void. 제 25 항에 있어서, 광반응성 조성물의 잔류 비-반응 부분의 제거가 용매에 의한 현상에 의해서 수행되는 방법.The method of claim 25, wherein the removal of the residual non-reactive portion of the photoreactive composition is carried out by development with a solvent. 제 1 항에 있어서, 충전단계가 화학증착에 의해서 물질을 침착시키는 것을 포함하는 방법.The method of claim 1 wherein the filling step comprises depositing the material by chemical vapor deposition. 제 25 항에 있어서, 광반응성 조성물의 잔류 반응 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.27. The method of claim 25, further comprising removing residual reaction portions of the photoreactive composition. 제 28 항에 있어서, 제거가 화학적 에칭에 의한 것인 방법.The method of claim 28, wherein the removal is by chemical etching. 제 1 항에 있어서, 물질이 약 2보다 더 큰 굴절률을 갖는 방법.The method of claim 1, wherein the material has a refractive index greater than about two. 제 1 항에 있어서, 물질이 무기 반도체인 방법.The method of claim 1 wherein the material is an inorganic semiconductor. 제 31 항에 있어서, 무기 반도체가 규소, 게르마늄, 셀레늄, 갈륨 아르세나이드, 인듐 포스파이드, 갈륨 인듐 포스파이드 및 갈륨 인듐 아르세나이드로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.32. The method of claim 31, wherein the inorganic semiconductor is selected from the group consisting of silicon, germanium, selenium, gallium arsenide, indium phosphide, gallium indium phosphide, and gallium indium arsenide. 제 32 항에 있어서, 무기 반도체가 규소인 방법.33. The method of claim 32, wherein the inorganic semiconductor is silicon. 제 1 항에 있어서, 소결, 열분해 및/또는 어니일링을 더 포함하는 방법.The method of claim 1 further comprising sintering, pyrolysis and / or annealing. (a) (1) 적어도 하나의 양이온적 반응성 물질, (2) (i) 적어도 하나의 다광자 광증감제, (ii) 적어도 하나의 전자 수용체 및 (iii) 임의로, 적어도 하나의 전자 공여체를 포함하는 다광자 광개시제 시스템, 및 (3) 약 5 나노미터 내지 약 20 나노미터 범위의 평균 입자직경을 갖는 다수의 전축합된 무기 나노입자를 포함하는 실질적으로 무기성인 광반응성 조성물을 제공하고;(a) (1) at least one cationic reactive material, (2) (i) at least one multiphoton photosensitizer, (ii) at least one electron acceptor and (iii) optionally, at least one electron donor A multi-photon photoinitiator system, and (3) a substantially inorganic photoreactive composition comprising a plurality of precondensed inorganic nanoparticles having an average particle diameter in the range of about 5 nanometers to about 20 nanometers; (b) 적어도 4개의 빔을 포함하는 멀티빔 간섭기술을 이용하여 광반응성 조성물의 적어도 일부분을 광반응성 조성물의 반응 및 비-반응 부분의 삼차원, 서브미크론-스케일의 주기적 패턴을 생성하는데 적절한 파장, 공간 분포 및 강도의 방사선에 노출시키고;(b) a wavelength suitable for producing at least a portion of the photoreactive composition using a multibeam interference technique comprising at least four beams to generate a three dimensional, submicron-scale periodic pattern of the reactive and non-reactive portions of the photoreactive composition, Exposure to radiation of spatial distribution and intensity; (c) 광반응성 조성물의 비-반응 부분의 적어도 일부분을 다광자 흡수 및 광반응을 일으켜 추가의 반응 부분 및 잔류하는 비-반응 부분을 형성시키는데 적절한 파장 및 강도의 방사선에 노출시키고;(c) exposing at least a portion of the non-reactive portion of the photoreactive composition to radiation of a wavelength and intensity suitable for multiphoton absorption and photoreaction to form additional reactive portions and remaining non-reactive portions; (d) 광반응성 조성물의 잔류하는 비-반응 부분을 제거하여 틈새 공백을 형성시키고;(d) removing residual non-reactive portions of the photoreactive composition to form a gap void; (e) 틈새 공백을 광반응성 조성물의 잔류하는 반응 부분의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 적어도 하나의 물질로 적어도 부분적으로 충전시키고;(e) filling the gap voids at least partially with at least one material having a refractive index that is different from the refractive index of the remaining reactive portion of the photoreactive composition; (f) 광반응성 조성물의 잔류하는 반응 부분을 제거하는 단계를 포함하는 방법.(f) removing the remaining reaction portion of the photoreactive composition.
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