JP5036256B2

JP5036256B2 - 有機無機複合材料

Info

Publication number: JP5036256B2
Application number: JP2006247238A
Authority: JP
Inventors: 拓司加藤; 保有賀; 大輔後藤; 昌史鳥居
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP2008071833A

Description

本発明は、有機無機複合材料に関する。

近年、有機半導体を利用した様々な電子デバイスが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。それらの電子デバイスの多くは、無機材料の表面に有機材料層が設けられている。有機材料を用いる利点である、大面積に対して均一な層を形成する性質を発揮するには、無機材料及び有機材料界面の均一性及び安定性が重要である。従来、ＳｉＯ_２など無機材料表面に有機材料を塗布する場合、洗浄工程における水酸基の存在により有機材料層の均一性が損なわれてしまっていた。また、無機基板上に形成された水酸基のため、有機材料層及び無機材料層の間に水吸着層が形成され、有機材料層及び無機材料層の界面の密着性の低下が問題とされていた。
特開平５−５５５６８号公報特開２００５−１０１４９３号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、有機材料層及び無機材料層の界面の耐水性を向上させた有機無機複合材料を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とする。

本発明の有機無機複合材料は、無機材料層及び前記無機材料層上に設けられた有機材料膜を含む有機無機複合材料において、前記無機材料は水酸基を有し、前記有機材料膜の材料はシリコン末端とベンゼン末端とを含み、前記有機材料膜は、前記ベンゼン末端由来ベンゼン環が、前記有機材料膜の表面に露出する膜であり、前記有機材料膜における、前記ベンゼン末端由来のベンゼン環の面間隔は２．８Å以上３．０Å以下であり、前記有機材料膜上に有機材料層をさらに有する、有機無機複合材料である。

本発明によれば、有機材料及び無機材料の界面の耐水性を向上させた有機無機複合材料を提供することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

本発明の有機無機複合材料は、無機材料からなる無機基板上に、２．８Å以上３．０Å以下の面間隔を有するベンゼン環が露出する有機材料膜が設けられている。

図１は、本発明の有機無機複合材料の断面図である。

図１を参照するに、有機無機複合材料１０は、無機基板１１及び有機材料膜１２からなる。

無機基板１１は、具体的には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸化チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、及び酸化イットリウムなどの無機絶縁膜などが使用できる。

作製方法としては、例えば、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、蒸着法のドライプロセス、スプレーコート法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、キャスト法、ブレードコート法、及びバーコート法などの塗布によるウェットプロセスが挙げられる。さらに、塗布型ＳｉＯ_２を用いることもできる。

有機材料膜１２は、無機基板１１上に設けられ、２．８Å以上３．０Å以下の面間隔を有するベンゼン環１３が、膜表面に露出する構造とする。

有機材料膜１２の材料は、例えば、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリメトキシシラン、ジメトキシシラン、モノメトキシシラン、トリエトキシシラン、ジエトキシシラン、モノエトキシシラン、モノブトキシシラン、ジブトキシシラン、及びモノブトキシシランなどの、ハロゲン原子及び置換若しくは無置換アルコキシを含むシリコン末端と、他方の末端にベンゼン環とを含む化合物を用いて、化学吸着法により製膜することで形成する。これらの具体的な化合物としては、例えば、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェノキシトリクロロシラン、フェノキシトリメトキシシラン、フェノキシトリエトキシシラン、フェネチルトリクロロシラン、フェネチルトリメトキシシラン、フェネチルトリエトキシシラン、４−フェニルブチルトリクロロシラン、及び４−フェニルブチルトリエトキシシランなどが挙げられる。

上述の化合物は、化学吸着法により無機基板１１上に製膜される。上述の化合物を、例えば、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、ジクロロベンゼン、及びキシレンなどの溶剤に溶解する。無機基板１１を上述の化合物の溶液に浸した後、乾燥させることにより、上述の化合物で無機基板１１上を製膜する。２．８Å以上３．０Å以下の面間隔を有するベンゼン環１３からなる有機材料膜１２を形成するためには、無機基板１１を溶液に浸した際、超音波照射することが望ましい。

また、上述のシラン化合物が、０．１ｍＭ以上１０００ｍＭ以下の範囲の濃度になるように上述の溶剤に溶解させることが好ましい。０．１ｍＭ以下であれば浸漬時間が長くなりすぎ、１００ｍＭ以上であれば、シラン化合物同士の自己縮合により、２．８Å以上３．０Å以下の面間隔を有するベンゼン環１３からなる膜表面が均一に形成されない。より好ましくは、上述のシラン化合物を１ｍＭ以上１０ｍＭ以下の範囲の濃度にすることである。

有機材料膜１２の構造は、Ｘ線光電子分光法による炭素量の定量、赤外吸収分光法による官能基の確認、及びＸ線回折による単分子膜の周期構造によって確認することができる。例えば、Ｘ線回折は、ＳＰｒｉｎｇ−８ＢＬ１３ＸＵにおいて、微小角入射Ｘ線回折(ＧＩＸＤ)法を用いて測定することができる。ＧＩＸＤの測定条件は、Ｘ線の入射角を０．１°、取り出し角を０．１°、及び入射光エネルギーを１２ＫｅＶとする。

（実施例１）
図２は、本発明の実施例１の微小角入射Ｘ線回折測定結果を示す特性図である。

無機基板は、３０ｍｍ角のＢドープシリコン基板表面を熱酸化して、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ_２絶縁膜を形成することにより製造される。無機基板を、５ｍＭフェニルトリクロロシランを含むトルエン溶液に３０分間浸漬させる同時に、超音波照射を行う。その後、無機基板を乾燥させることにより、無機基板上に有機材料膜が設けられた有機無機複合材料を作製した。

図２を参照するに、ＧＩＸＤの測定により、薄膜の面内周期構造解析が可能である。図１の縦軸は、Ｘ線回折強度を、同じく横軸は回折パラメータｑ（ただし、ｑ＝４πｓｉｎθ／λ、２θ：回折角、λ：波長）をそれぞれ示している。通常のＧＩＸＤ解析では、横軸は回折角２θによって示される。しかし、本測定では、サンプルの劣化と測定精度とのバランスを考えて、通常のＧＩＸＤ測定で使用されるＣｕＫα線ではなく、１２ＫｅＶの測定波長を使用しているため、同じ面間隔であっても、異なる２θ位置にシグナルが観測されることになるため、横軸には、測定波長に依存しない回折パラメータｑを使用した。

上述の処理をした基板をＧＩＸＤにより構造解析を行った結果、２２．３１ｎｍ^−１にＸ線強度のピークを示した。この結果から、２．９Åの面間隔でベンゼン環の周期構造を有することが確認された。また、上述のピークの半値幅が±０．１Å以下であることから、この無機基板上に高均一な薄膜が形成されていることもまた確認された。

図３は、実施例１の有機無機複合材料の断面図である。

図３を参照するに、有機無機複合材料２０は、無機基板２１、有機材料膜２２、及び有機材料層２４からなる。無機基板２１及び有機材料膜２２については、図１で説明した無機基板１１及び有機材料膜１２と同様な構成であるため、ここではそれらの詳細な説明を省略する。

有機材料層２４は、下記化合物１で示される［］内を繰り返し単位とする平均分子量７５０００の重合体を用い、約１．０重量％のテトラヒドロフラン／パラキシレン＝８／２（体積／体積）の混合溶媒からなる溶液を、有機材料膜１２上に露出したベンゼン環１３表面にスピンコートして乾燥することにより、膜厚３０ｎｍとなるように作製される。

〈化合物１〉

上述の通り作製した有機材料層２４を有する無機基板２１を、純水中に３０分浸漬させた。その結果、無機基板２１上からの有機材料層２４の剥離は確認されなかった。

（比較例１）
無機基板は、３０ｍｍ角のＢドープシリコン基板表面を熱酸化して、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ_２絶縁膜を形成することにより製造される。シリコン基板を、０．０５ｍＭフェニルトリクロロシランを含むトルエン溶液に５分間浸漬させる。その後、シリコン基板を乾燥させることにより、有機材料層を作製した。

上述の処理をした基板を、ＧＩＸＤにより実施例１と同様に構造解析を行った結果、２．９Åの面間隔を有するベンゼン環構造は確認されなかった。

上述の有機材料層を有する無機基板を、純水中に３０分浸漬させた。その結果、無機基板上からの有機材料層の剥離が確認された。

実施例１によれば、２．８Å以上３．０Å以下の面間隔を有するベンゼン環が露出する有機材料膜を、無機材料層及び有機材料層界面に設けることにより、有機材料層及び無機材料層の界面の耐水性を向上させることが可能となる。

本発明の有機無機複合材料の断面図である。本発明の実施例１の微小角入射Ｘ線回折測定結果を示す特性図である。実施例１の有機無機複合材料の断面図である。

符号の説明

１０、２０有機無機複合材料
１１、２１無機基板
１２、２２有機材料膜
１３、２３ベンゼン環
１４、２４有機材料層

Claims

無機材料及び前記無機材料上に設けられた有機材料膜を含む有機無機複合材料において、
前記無機材料は水酸基を有し、
前記有機材料膜の材料はシリコン末端とベンゼン末端とを含み、
前記有機材料膜は、前記ベンゼン末端由来のベンゼン環が、前記有機材料膜の表面に露出する膜であり、
前記有機材料膜における、前記ベンゼン末端由来のベンゼン環の面間隔は２．８Å以上３．０Å以下であり、
前記有機材料膜上に有機材料層をさらに有する、
有機無機複合材料。
前記無機材料は、ケイ素の酸化物を含み、且つ前記有機材料膜は、ケイ素原子及びベンゼン環を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機無機複合材料。