全反射X線回折法を用いた分子配向過程の動的測定システムの開発

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01850009
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 松重 和美 九州大学, 工学部, 教授 (80091362)
• 研究分担者: 柴田 淳 理学電機(株)研究開発部, 部長 ; 堀内 俊寿 九州大学, 工学部, 教務員 ; 岡部 弘高 九州大学, 工学部, 助手 (90221142) ; 原 一広 九州大学, 工学部, 助教授 (00180993)
• キーワード: 全反射X線 / 超薄膜 / 分子配向 / 真空蒸着法 / 構造制御 / 有機分子 / 動的測定 / 構造評価

研究概要

本研究では超薄膜作製時の構造制御法を確立するため、有機物質等の真空蒸着過程における基板上での分子配向を解析出来るシステムの開発を目的とし、以下のような成果を得た。
1)有機超薄膜の構造評価装置の開発:真空蒸着法で作製した有機超薄膜の構造や分子配向は、基板の温度や種類・蒸着速度等多数の要因に支配される。真の構造制御を確立するには有機超薄膜の構造・配向を精密に評価することが必要であり、X線の全反射現象を利用した有機超薄膜用回折計を製作した。その結果、100A程度の極超薄膜の構造評価が可能であることが判明した。更に、試料セルに温度制御装置を付加することにより、構造・配向の温度変化も追跡出来るようになった。
2)無極性有機分子の構造・相転移挙動の観測:代表的有機低分子nーパラフィン等を対象に真空蒸着法に依って作製した超薄膜分子の構造、温度・時間依存性、相転移挙動、配向変化挙動を上記有機超薄膜用全反射X線回折装置を用いて調べた。例えば、nーC_<27>H_<56>の場合、温度の上昇に伴い、分子軸が水平配向から垂直配向へと変化すること、更に、垂直配向の場合、大部分の分子の軸は0.1°以内の非常に揃った角度分布で配向している事も判明した。
3)極性有機分子の高電界印加による構造制御:分子圧電・焦電・強誘電素子の素材として期待されるPVDFや(VDF/TrFE)共重合体等の有極性有機分子の真空蒸着薄膜の構造評価および構造制御を試みた。その結果、基板に付着直後の不安定な分子に直流高電界を印可することにより、結晶性がより優れた極性構造の結晶を得ることが出来ることが判明した。
4)真空蒸着過程のin situ解析システムの開発:超真空蒸着装置に高精度化した有機薄膜用全反射X線回折計を組合わせたシステムを設計・製作した。蒸着時における分子配向の“その場観測"および構造制御が可能となるように、蒸着装置本体のコンパクト化・蒸着源および基盤の温度コントロ-ルおよび薄膜形成中の試料に対する電界印加用の電極のベルジャ-内設置などの工夫を行った。装置は完成し、現在有機分子の真空蒸着過程のin situ解析に使用中で興味あるデ-タの取得が期待される。

研究成果

• [文献書誌] K.Fukao,T.Horiuchi,K.Matsushige: "Observation of Molecular Orientation in Evaporated Films of nーParaffins" Thin Solid Films. 171. 359-366 (1989)
• [文献書誌] T.Horiuchi,H.Kawamoto,K.Matsushige,K.Takehara,K.Isomura,H.Taniguchi: "Evaluation of Molecular Orientations in Evaporated Polarーorganic Thin Films by Energy Dispersive Xーray Diffractometer" Rept.Progr.Polym.Phys.Jpn.32. 153-156 (1989)
• [文献書誌] H.Kawamoto,K.Fukao,T.Horiuchi,K.Matsushige: "Temperature Change of Molecular Orientation in nーParaffin Evaporated Thin Film" Rept.Progr.Polym.Phys.Jpn.32. 157-160 (1989)
• [文献書誌] 堀内 俊寿,松重 和美: "エネルギ-分散型全反射X線回折計の開発と有機蒸着薄膜への応用" 理学電機ジャ-ナル. 21. 19-26 (1990)
• [文献書誌] Y.Yoshida,H.Kawamoto,T.Horiuchi,K.Matsushige: "Molecular Orientation of PVDF Films Evaporated under Electric Field" Rept.Progr.Polym.Phys.Jpn.33. 191-194 (1990)
• [文献書誌] H.Kawamoto,T.Horiuchi,K.Matsushige: "XーRay Study on Structure of Evaporated nーParaffin Films" Rept.Progr.Polym.Phys.Jpn.33. 243-246 (1990)