化学修飾されたゲル膜の光分解による機能性薄膜の作製と特性評価

1994 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 05453081
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 峠 登 近畿大学, 理工学部, 教授 (00081315)
• 研究分担者: 忠永 清治 大阪府立大学, 工学部, 助手 (90244657)
• 研究期間 (年度): 1993 – 1994
• キーワード: ゾル-ゲル法 / 光分解 / パタ-ニング / 化学修飾 / ベータジケトン / 金属アルコキシド / 薄膜 / 強誘電体

研究概要

ゾル-ゲル法において金属アルコキシドをβ-ジケトンで化学修飾すると、加水分解反応が抑制されると同時に、生成するゲル膜が光感応性を示すようになり、薄膜の微細加工が可能となる。本研究は、化学修飾されたゲル膜の光分解を利用した薄膜の作製と微細加工、および生成する薄膜の特性評価を目的として行ったものであり、以下の成果を得た。
(1)^<27>Al NMRから、Al-ブトキシドをアセト酢酸エチルEAcAcで化学修飾すると、Alが6配位された構造単位が生成し、前駆体の大部分は4配位された1個のAlと6配位された2個のAlから成る三量体を形成していることが明らかとなった。また、AlブトキシドのAlは、イソプロピルアルコール中では4配位であるが、ジアセトンアルコール中では5配位をとっていた。
(2)アセチルアセトンAcAcまたはベンゾイルアセトンBzAcで化学修飾されたZr-、Ti、またはAl-ブトキシドから生成スルゲル膜に紫外線を照射すると、ゲル膜中のキレート環が分解され、同時に酸やアルコールに対する溶解度が変化することを見いだした。
化学修飾されたゲル膜への紫外線照射によって生じる、ゲル膜の溶解度の変化を利用して、ZrO_2、TiO_2、およびAl_2O_3薄膜の微細パタ-ニングプロセスを開発した。
AcAcで化学修飾したZr-およびTi-ブトキシド、ならびに酢酸鉛三水和物、および硝酸ランタンを原料として、PZTおよびPLZT強誘電体薄膜を作製した。Pt基板上に形成したゲル膜を700℃で熱処理することにより、組成ずれのないペロブスカイト単一相の薄膜が得られた。
BzAcで化学修飾されたZr-およびTi-ブトキシド、ならびに酢酸鉛三水和物を原料として得られるゲル膜に紫外線を照射すると、ゲル膜のアルコールに対する溶解度が減少し、この現象を利用してPZT強誘電体のような多成分系薄膜もパタ-ニングできることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] N.Tohge: "Effects of UV-Irradiation the Formation of Oxide Thin Films form Chemically Modified Metal-Alkoxides" J.Sol-Gel Sci.Technol.2. 581-585 (1994)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Precursor Structure and Hydrolysis-Gelation Process of Al(O-sec-Bu)_3Modified with Ethylacetoacetate" J.Sol-Gel Sci.Technol.3. 5-10 (1994)
• [文献書誌] N.Tohge: "Ferroelectric Properties of PLZT Films Prepared by the Sol-Gel Process Using Chemically Modified Metal-Alkoxides" J.Mater.Sci.:Mater.Electron.5. 356-359 (1994)
• [文献書誌] K.Shinmou: "Fine-Patterning of ZrO_2 Thin Films by the Photolysis of Chemically Modified Gel Films" Jpn.J.Appl.phys.33. L1181-L1184 (1994)
• [文献書誌] N.Tohge: "Photolysis of Organically Modified Gel Films and Its Application to the Fine-Patterning of Oxide Thin Films" PPIE Proc.Sol-Gel Optics III. 2288. 589-598 (1994)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "^<27>Al NMR Study of Coordination States of Aluminum-trisec-butoxide Dissolved in Diacetone Alcohol" Chem.Lett.1507-1510 (1994)
• [文献書誌] 峠 登: "光感応性ゲル膜の微細パタ-ニングへの応用" 高分子. 236-237 (1995)
• [文献書誌] N.Tohge: "Fine-Patterning of PZA Thin Films by the Photolysis of Chemically Modified Gel Films" J.Mater.Sci.Lett.(投稿予定).
• [文献書誌] 趙 高揚: "ベンゾイルアセトンで化学修飾したゲル膜の光分解によるAl_2O_3薄膜のパタ-ニング" 日本セラミックス協会学術論文誌. (投稿予定).