ゾル-ゲル法による透明厚膜の作製と微細加工プロセスヘの応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555239
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 南 努 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (80081313)
• 研究分担者: 松田 厚範 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (70295723) ; 忠永 清治 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (90244657) ; 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (50137238) ; 前田 浩一 日本板硝子(株), 技術研究所, センター長
• キーワード: ゾル-ゲル法 / 透明 / 厚膜 / 微細パターン / 無機-有機複合 / 微粒子 / 光硬化 / 撥水-親水

研究概要

本研究では、ゾル-ゲル法をベースとして、微小光学素子等に応用可能な透明厚膜材料を探索し、その作製技術と微細パターニングプロセスを確立することを目的としている。本年度は、膜物性の制御をさらに厳密に行った。また、これらの厚膜材料を用いて、フォトリソ式微細パターニング、スタンパを用いたエンボス方式の微細パターニング、あるいはゾルや融液の表面張力による膨らみを利用してマイクロレンズアレイ、光導波路などの試作し、その特性評価を行った。以下に本年度得られた研究成果の概要を示す。
1.ゾル-ゲル厚膜材料開発
ビニルトリメトキシシランとZrアルコキシドから光硬化性無機-有機複合体膜を作製した。また、フェニルトリエトキシシランあるいはベンジルトリエトキシシランと種々の金属アルコキシドからエンボスマイクロパターニング用高屈折率無機-有機複合体膜を作製した。
2.ゾル-ゲル厚膜材料のキャラクタリゼーション
ビニルトリメトキシシランとZrアルコキシドから作製した光硬化性無機-有機複合体厚膜は、紫外光照射によってC=C二重結合が開裂し、緻密化した。これにより耐エッチングが向上し屈折率が増大した。一方、フェニルシルセスキオキサンおよびベンジルシルセスキオキサン厚膜は、Tiアルコキシドの添加によって、屈折率が最大1.64まで増大し、熱軟化が起こりにくくなった。
3.ゾル-ゲル微細加工プロセスの確立
ビニルトリメトキシシラン系光硬化性無機-有機複合体厚膜を用いて、ガラス基板上に幅3μmの光導波路を作製することができた。また、フェニルシルセスキオキサン系およびベンジルシルセスキオキサン系材料を用いて、エンボス法あるいは融液の表面張力を利用する方法でマイクロレンズアレイなどを成型するこができた。
4.ゾル-ゲル微小光学素子の性能評価
試作したマイクロレンズアレイは、実用レベルの良好な集光特性を示すことを実証した。

研究成果

• [文献書誌] K.Hasegawa: "Effect of Heat Treatment on the Morphology and Transparency of Thick Inorganic-Organic Hybrid Films Prepared by the Electrophoretic Sol-Gel Deposition of Polyphenylsilsesquioxane Particles"Korean J.Ceramics. 6・[1]. 15-20 (2000)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Structural Changes during Thermally Induced Polymerisation of Ormosil Films from Trimethoxysilylpropylmethacrylate and Zirconium-N-Propoxide Modified with Methacrylic Acid"The Inter. Symposium on Sol-Gel Optics V-SPIE, Proceedings. 3943. 228-235 (2000)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Superhydropholic-Superhydrophilic Micropatterning on Flowerlike Alumina Coating Film by the Sol-Gel Method"Chem.Materials. 12・[3]. 590-592 (2000)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Influences of Preparation Conditions of Sols on Hardening Behaviors of Silica Gel Films for Micro-Patterning"J.Ceram.Soc.Jpn.. 108・[6]. 604-606 (2000)
• [文献書誌] 松田厚範: "ゾル-ゲル法による透明厚膜の作製と微細パターニングヘの応用(総説)"セラミックス. 35・[10]. 874-877 (2000)
• [文献書誌] K.Izumi: "Coatings of Composite Films Prepared from CH_3Si(OC_2H_5)_3 and Various Oxide Powders on Stainless Steel Sheets"J.Ceram.Soc.Jpn.. 108・[10]. 937-940 (2000)
• [文献書誌] K.Izumi: "Coatings of Hybrid Films Prepared from CH_3Si(OC_2H_5)_3 and Blocked Isocyanate on Stainless Steel Sheets"J.Ceram.Soc.Jpn.. 108・[11]. 1016-1019 (2000)
• [文献書誌] 忠永清治: "低温における超撥水・超親水コーティング膜の作製(総説)"マテリアルインテグレーション. 13・[12]. 69-72 (2000)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Micropatterning on Methylsilsesquioxane-Phenylsilsesquioxane Thick Films by the Sol-Gel Method"J.Am.Ceram.Soc.. 83・[12]. 3211-3213 (2000)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Formation of Superhydrophobic-Superhydrophilic Pattern on Flowerlike Alumina Thin Film by the Sol-Gel Method"J.Sol-Gel Sci.Tech.. 19・[1-3]. 211-214 (2000)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Fine Patterning of Transparent, Conductive SnO_2 Thin Films by UV -Irradiation"J.Sol-Gel Sci.Tech.. 19・[1-3]. 791-794 (2000)
• [文献書誌] 松田厚範: "セラミックデータブック2000"工業製品技術協会. 256 (2000)