JP2006233276A - Doping method to solid film and doping pattern forming method - Google Patents

Doping method to solid film and doping pattern forming method Download PDF

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Tetsuji Yano
哲司 矢野
Shuichi Shibata
修一 柴田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a doping method to a solid film, and to provide a doping pattern forming method. <P>SOLUTION: The doping method comprises: a stage where a solid surface is formed on a substrate; a stage where a dopant solution is made adjacent to the solid surface via a hollow member holding the dopant solution; and a stage where, with the substrate as either electrode, voltage is applied to the dopant solution, and the dopant is doped to the solid into a pattern shape. The solid comprises a material selected from oxides, organic matters and organic-inorganic composite materials. In the doping pattern forming method, a dopant is doped into a pattern shape. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電気泳動技術に関し、より詳細には、電気泳動を使用して膜に対してドーパントを局所的にドーピングする方法およびドーパントのパターンを膜に形成させるドーピング・パターン形成方法に関する。   The present invention relates to electrophoresis technology, and more particularly, to a method for locally doping a film using electrophoresis and a doping pattern forming method for forming a pattern of a dopant on a film.

固体材料中の表面近傍数から数10μmの領域にイオンや分子を添加するためには、従来では、イオンや分子を含んだ溶液中に材料を浸漬させ熱拡散させる方法が知られている。この場合、材料の表面にイオンがドーピングされる部分とされない部分とを区別するために、金属薄膜や有機薄膜によるマスク材を固体表面に形成させる必要があった。マスク材の形成においては、マスクの形成精度はもとより、マスク形成プロセス自体が含む問題点や、ドーピング後のマスクの除去(化学エッチング)などの多数の工程を経る必要がある。このため、化学的に侵食され易い固体材料や、添加するイオン自体の活性がマスキング−ピーリング工程で失われてしまうことがあるなど、多くの制約を受けることになっている。   In order to add ions and molecules to a region of several tens of μm from the number in the vicinity of the surface in a solid material, conventionally, a method is known in which the material is immersed in a solution containing ions and molecules and thermally diffused. In this case, it is necessary to form a mask material made of a metal thin film or an organic thin film on the solid surface in order to distinguish between a portion where ions are doped on the surface of the material and a portion where ions are not doped. In forming a mask material, it is necessary to go through a number of processes such as mask formation accuracy as well as problems included in the mask formation process itself and removal of the mask after doping (chemical etching). For this reason, many restrictions are imposed, such as a solid material that is easily eroded chemically and the activity of the added ions themselves may be lost in the masking-peeling process.

また、基板上の材料に多数の機能を集積させる目的では、限られた面積の固体材料に複数種類のイオンや分子のドーピングを行う必要がある。しかしながら、上述した従来方法では、目的の化学種を一種ずつ別々のプロセスでドーピングする必要があり、現実的な方法とはいえなかった。一方で、印刷技術は、異なるイオンを含む複数の溶液を固体表面の限定された部分に付着させることができると考えられる。この場合、印刷により固体表面に化学種を付着させた状態で熱処理すれば、熱拡散によってイオンを固体内部に拡散させることができる。この場合でもイオンによって拡散係数が異なり、拡散量や深さをすべてのイオンについて制御することは困難であるという問題がある。すなわち、一種類の所望するイオンを固体表面の任意の領域に所望の量と所望の深さにドープするのであれば、印刷技術によってもパターン状にドーピングすることができるといえるが、複数のイオンを所望の領域にドーピング量、ドーピング深さを正確に制御してドーピングする方法は、これまで知られていない。   In addition, in order to integrate a large number of functions in a material on a substrate, it is necessary to dope a plurality of types of ions and molecules into a solid material having a limited area. However, in the conventional method described above, it is necessary to dope the target chemical species one by one in separate processes, which is not a practical method. On the other hand, printing technology is believed to be able to adhere multiple solutions containing different ions to a limited portion of the solid surface. In this case, if heat treatment is performed with chemical species attached to the solid surface by printing, ions can be diffused into the solid by thermal diffusion. Even in this case, the diffusion coefficient varies depending on the ions, and it is difficult to control the diffusion amount and depth for all ions. In other words, if one kind of desired ion is doped in a desired amount and a desired depth in an arbitrary region of the solid surface, it can be said that it can be doped in a pattern by a printing technique. No method has been known so far in which a doping amount and a doping depth are precisely controlled in a desired region.

すなわち、上述した従来の方法は知られているものの、従来の方法は、多数の工程を必要とし、すでに一種類のドーピングが行われた領域に対して、後続のドーピング処理が影響を与えてしまうという、相互干渉の大きなプロセスであるが故に、複雑な機能設計を行うことができないという問題があった。   That is, although the conventional method described above is known, the conventional method requires many steps, and a subsequent doping process affects a region where one kind of doping has already been performed. There is a problem that a complicated functional design cannot be performed because of the large mutual interference process.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、多数の工程を必要とすることなく、すでに一種類のドーピングが行われた領域に対して、後続のドーピング処理が影響を与える可能性を排除して複数回のドーピング処理を可能とすることにより、ドーピングによる複雑な機能設計を可能とするドーピング方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and the present invention does not require a large number of steps, and a subsequent doping process is performed on a region where one kind of doping has already been performed. An object of the present invention is to provide a doping method capable of performing a complicated functional design by doping by allowing a plurality of doping processes by eliminating the possibility of influence.

また、本発明は、パターン状にドーピングを行うことによる、ドーピング・パターン形成方法を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a method for forming a doping pattern by doping in a pattern.

本発明者らは、鋭意検討を加えた結果、有機材料あるいは無機材料およびその複合材料から形成される固体表面に対して中空部材、具体的にはキャピラリを使用した電気泳動法を適用することによって、位置選択的にドーピングを行うことが可能であることを見出し、本発明に至ったものである。すなわち、本発明では、所望のイオン(無機イオン、有機イオンあるいはそれらの複合イオン)を、サブミクロンから数百μmの内径を有するキャピラリ(毛細管)にそれらのイオンを溶解させた溶液で満たし、キャピラリの一方の開口端を固体表面に接触させる。キャピラリの他端は、ドーパント溶液を蓄えた容器中に浸しておき、キャピラリ・ブリッジを構成する。その後ドーパント溶液を介して、ドーパント溶液に接触する電極の間に直流または交流成分を含む直流電圧を印加する。キャピラリ内に収容されたドーパント溶液は、キャピラリ内で電気泳動し、開口端を通して固体表面に接触し、固体表面から固体内部へと電気泳動によりドーピングされる。本発明では、キャピラリを介して印加する電圧に応答して流れる電気量の大きさによって、ドープ量をコントロールすることができる。また、キャピラリの接触する固体表面に制限された状態で固体内部に選択的にドープすることができるので、ドット、ラインなどの形状でドーピングを行うことができ、また、キャピラリを移動させることで様々な形でドーピング・パターンを形成することができる。   As a result of intensive studies, the present inventors have applied an electrophoresis method using a hollow member, specifically a capillary, to a solid surface formed of an organic material or an inorganic material and a composite material thereof. The inventors have found that it is possible to perform doping in a position-selective manner and have reached the present invention. That is, in the present invention, desired ions (inorganic ions, organic ions, or composite ions thereof) are filled with a solution in which these ions are dissolved in a capillary (capillary tube) having an inner diameter of submicron to several hundreds of μm. One open end of is brought into contact with the solid surface. The other end of the capillary is immersed in a container storing a dopant solution to form a capillary bridge. Thereafter, a DC voltage containing a DC or AC component is applied between the electrodes in contact with the dopant solution via the dopant solution. The dopant solution accommodated in the capillary is electrophoresed in the capillary, contacts the solid surface through the open end, and is doped by electrophoresis from the solid surface to the solid interior. In the present invention, the doping amount can be controlled by the magnitude of the amount of electricity flowing in response to the voltage applied through the capillary. In addition, since the inside of the solid can be selectively doped in a state limited to the surface of the solid contacted with the capillary, the doping can be performed in the form of dots, lines, etc. The doping pattern can be formed in various ways.

すなわち、本発明によれば、基板上に固体の表面を形成する工程と、ドーパント溶液を保持した中空部材を介して前記固体の表面に前記ドーパント溶液を接触させる工程と、前記基板を一方の電極として前記ドーパント溶液に電圧を印加して、前記固体にドーパントをパターン状にドーピングする工程とを含むドーピング方法が提供される。前記基板は、導電性コーティングを含むことができる。前記固体は、酸化物、有機物、または有機無機複合材料から選択される材料を含むことができる。前記ドーパントは、イオン性官能基または極性官能基を有し、電気泳動性を有することができる。   That is, according to the present invention, the step of forming a solid surface on the substrate, the step of bringing the dopant solution into contact with the solid surface through a hollow member holding the dopant solution, and the substrate as one electrode And a step of applying a voltage to the dopant solution to dope the solid with a dopant in a pattern. The substrate can include a conductive coating. The solid may include a material selected from an oxide, an organic material, or an organic-inorganic composite material. The dopant has an ionic functional group or a polar functional group, and can have electrophoretic properties.

本発明の第2の構成によれば、基板上に形成した固体の表面に対して、ドーパント溶液を保持した中空部材を介して前記固体の表面に前記ドーパント溶液を接触させる工程と、前記基板を一方の電極として前記ドーパント溶液に電圧を印加して、前記固体にドーパントをパターン状にドーピングする工程と前記開口端とを含むドーピング・パターン形成方法が提供できる。また、本発明では、前記中空部材の開口端と前記固体表面の間の相対位置を変化させる工程を含むことができる。   According to the second configuration of the present invention, the step of bringing the dopant solution into contact with the solid surface via a hollow member holding the dopant solution with respect to the solid surface formed on the substrate; A doping pattern forming method including a step of applying a voltage to the dopant solution as one electrode to dope the solid in a pattern and the opening end can be provided. Moreover, in this invention, the process of changing the relative position between the opening end of the said hollow member, and the said solid surface can be included.

本発明は、キャピラリ内に満たされた溶液中で生じる電気泳動現象をイオンの輸送法として利用し、微小な内径を有するキャピラリと固体表面との接触と、電界によるイオンの拡散とを利用してドープされる領域を選択し、ドーピング量を制御し、ドーピング深さの制御を行うことを可能とし、キャピラリ接触部分のごく限られた領域でドーピングを生じさせるので、他の領域に対して行われた処理に与える影響はきわめて小さく、独立に行うことができる。   The present invention utilizes an electrophoresis phenomenon that occurs in a solution filled in a capillary as an ion transport method, and utilizes contact between a capillary having a small inner diameter and a solid surface, and diffusion of ions by an electric field. It is possible to select the region to be doped, control the doping amount, control the doping depth, and cause doping in a very limited region of the capillary contact, so that it can be performed on other regions The effect on the processing is extremely small and can be performed independently.

イオン種のドーピングでは、ドープ化学種、ドープ領域、ドープ量、ドープ深さの4つの制御が必要である。これらは固体材料の高機能化(たとえば光デバイス、テンプレートを積載した化学チップなど)に必要不可欠な手法であり、集積化が強く望まれる。多様なドープ領域の形成には,相互干渉の小さいドーピング法が必要不可欠であり,マスクの形成や多数のエッチング処理は適さない。すなわち、本発明は、ドーピング化学種、ドーピング領域、ドーピング量、ドーピング深さの4つすべての因子に対して他のドープ処理に対して相互干渉なく実施することができる、ドーピング方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、単一の固体材料領域に対してドーピング処理の回数に原理的に制限を与えることなく、また、無機材料、有機材料、有機無機複合材料などの広い材料へのドーピングも可能とし、無機材料、有機材料、有機無機複合材料などを利用した機能集積材料の作製に利用できる。さらに、ドーピングをパターン状に行う場合であっても、マスキング処理が不要となり、マスキング処理にともなう真空蒸着処理、パターニング、エッチングなどのリソグラフィー工程を排除することを可能とする。   In doping with ionic species, it is necessary to control the doping chemical species, the doped region, the doping amount, and the doping depth. These are indispensable techniques for enhancing the functionality of solid materials (for example, optical devices, chemical chips loaded with templates, etc.), and integration is strongly desired. In order to form various doped regions, a doping method with small mutual interference is indispensable, and mask formation and a large number of etching processes are not suitable. That is, the present invention provides a doping method that can be implemented without mutual interference with other doping processes for all four factors of doping species, doping region, doping amount, and doping depth. Can do. Furthermore, according to the present invention, a single solid material region can be doped in a wide range of materials such as inorganic materials, organic materials, and organic-inorganic composite materials without limiting the number of doping processes in principle. It can also be used to manufacture functionally integrated materials using inorganic materials, organic materials, organic-inorganic composite materials, and the like. Furthermore, even when doping is performed in a pattern, a masking process is not necessary, and it is possible to eliminate lithography processes such as vacuum deposition, patterning, and etching that accompany the masking process.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は、後述する実施の形態に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the embodiments described below.

本発明においてドーピングすることができる化学種としては、イオン性化学種または極性基を有する化学種を挙げることができる。このような化学種としては、酸、アルカリ、染料、顔料、各種診断薬、またはDNA、RNA、オリゴヌクレオチドなどの塩基鎖などを挙げることができる。より具体的に酸としては、硫酸、フッ化水素酸、塩酸、硝酸、燐酸等を挙げることができる。この他にも、ドーピングすることができる化学種としては、PF、AsF、SbF、BF、BCl、BBr、SO、HClO、ClSOH、CFSOH、LiCFSO、LiClO、LiBF、NaCFSO、AgNO、アミノ酸、Na、Li、K、Rb、Ce、Ca、Srなど、またはこれらの塩類、および有機酸および有機アルカリ化合物などを挙げることができる。染料、顔料としては、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物、p−ターフェニル、QUI、ポリフェニル1、スチルベン1、スチルベン3、クマリン2、クマリン47、クマリン102、クマリン30、ローダミン6G、ローダミンB、DCM、DCM2、DCJTB、ローダミン700、スチリル9、HLTCL、IR140、クマリンC−545、クマリンC−545T、クマリンC−545B、5,7−ジメトキシクマリン、N,N’-ジメチルキナクリドンといったキナクリドン系色素、N,N,N',N'-テトラフェニル-9,10-ジアミノアセトンといったアントラキノン系色素、テトラフェニルポルフィリンといったポルフィリン系色素または顔料などを挙げることができる。また、本発明においては、上述した以外にもカラーインデックスCIにより指定される構造の蛍光性の色素または顔料、遷移金属または希土類金属イオンを含む錯イオン、光、放射線、または電子などの荷電粒子ビームにより反応を開始させる重合開始剤などを挙げることができる。これらのドーパントは、ドーパントが溶液の場合には、単独で、また室温状態で固体の場合には、より詳細には後述する好適な溶媒に溶解または分散させて、本発明に使用することができる。上述した重合開始剤としては、アシルホスフィンオキシド系、アセトフェノン系またはプロピオフェノン系、ベンゾイン系、ベンゾフェノン系、チオキサントン系などを挙げることができる。アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤としては、例えば、2,4,6−トリCl−2アルキルベンゾイルジアリールホスフィンオキシド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェエルホスフィンオキシド(例えば、BASF社製、「ルシリンTPO」)など;ビス(2, 4, 6−トリC1−2アルキルベンゾイル)アリールホスフィンオキシド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェエルホスフィンオキシド(例えば、チバスペシャリティケミカルズ社製の「イルガキュア819」)など;2,4,6−トリC1−2アルキルベンゾイルアリールアルコキシホスフィンオキシド[2,4,6−トリメチルベンゾイルフェエルエトキシホスフィンキシドなど;ビス(2,6−ジC1−2アルコキシベンゾイル)−分枝鎖状C6−12アルキルホスフィンオキシド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド(BAPO)など;ビス(2,4,6−トリC1−2アルキルベンゾイル)C1−6アルキルホスフィンオキシド[ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)メチルホスフィンオキシド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)エチルホスフィンオキシド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)N−ブチルホスフィンオキシドなどを挙げることができる。アセトフェノン系またはプロピオフェノン重合開始剤としては例えば、アルキルフェニルケトンまたはその誘導体、例えば、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、アセトフェノンジエチルケタール、ジエトキシアセトフェノンなどのアセトフェノンまたはその誘導体、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(例えば、チバスペシャリティケミカルズ社製の「ダロキュアー1173」)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノフェニル−(4−モルホリノフェエル)−ブタノン(例えば、チバスペシヤリティケミカルズ社製の「イルガキュアー369」、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オン(例えば、チバスペシヤリティケミカズル社製の「イルガキュアー907J」、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパノンのオリゴマー(例えば、ランベルチエスピーエ社製の「エサキユアーKIP」)などのプロピオフェノンまたはその誘導体など、ベンジルまたはその誘導体を挙げることができる。さらに、本発明においてはベンゾイン系光重合開始剤を使用することもでき、例えばベンゾイン、ベンゾインC1−6アルキルエーテル、具体的にはベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテルなどを挙げることができる。また、本発明において使用することができるベンゾフェノン系光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノンまたはその誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸C1−6アルキル(例えば、O−ベンゾイル安息香酸メチルなど)、4−フェニルベンゾフエノン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフエノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、(4−ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド、ビス(4−ジアルキルアミノフェニル)ケトンなどを挙げることができる。本発明において使用することができるキサントン系光重合開始剤としては、例えば、2−または4−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントンなどを挙げることができる。上述した光重合開始剤の他にも例えば、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(例えば、チバスペシャリティケミカルズ社製の「イルガキユアー184」)、メチルフェニルグリオキシエステル(AKZO社製)、「バイキュアー55」、3,6−ビス(2−モルホリノイソプチル)−9−プチルカルバゾール(旭電化(株)製、「A−Cure3」)、チタノセン化合物、キサントン、フルオレンなども例示することができる。上述した光重合開始剤は、単独で使用することもできるし、適宜2種以上組合わせて使用できる。2種以上組み合わせた光重合開始剤系としては、例えば、商品名「イルガキュアー1700」、[ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルベンチルホスフィンオキシド/2−ヒドロキシ−2−メチルフェニルプロパン−1−オン=25/75(質量%)]、商品名「イルガキュアー1800」、[ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルベンチルホスフィンオキシド/2−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン=25/75(質量%)]、商品名「イルガキュアー1850」、[ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルベンチルホスフィンオキシド/1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン=50/50(質量%)]、(いずれもチバスペシャリティケミカルズ(株)製)などとして市販されている。また、上述した熱重合開始剤としては、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル、アゾビスシアノ吉草酸、1,1’−アゾビス−(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビスメチルブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルといったアゾ系開始剤、を適宜混合して用いることもできる。また、本発明においては、開始剤としてメチルエチルケトンパーオキサイド、メチルイソブチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイドからなる群から選択される化合物またはこれらの混合物とすることもできる。さらに本発明においては、上述の重合開始剤としてイソブチリルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、p−クロロベンゾイルパーオキサイドからなる群から選択される化合物またはこれらの混合物とすることもできる。さらに本発明においては、上述のラジカル開始剤としてジターシャルブチルパーオキサイド、t-ブチル−α−クミルパーオキサイド、ジ−α−クミルパーオキサイド、1,4−ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t-ブチルパーオキシ)−3−ヘキシンからなる群から選択される化合物またはこれらの混合物とすることも可能である。さらに本発明においては、上述のラジカル開始剤としてt−ブチルヒドロパーオキサイド、キュメンヒドロパーオキサイド、ジ−イソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、p−メンタンヒドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルヒドロパーオキサイドからなる群から選択される化合物またはこれらの混合物とすることも可能である。さらに本発明においては、上述の重合開始剤として1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタンからなる群から選択される化合物またはこれらの混合物とすることも可能である。さらに本発明においては、上述の重合開始剤としてt−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシオクトエート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシラウレート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)へキサンからなる群から選択される化合物またはこれらの混合物とすることも可能である。さらに本発明においては、上述の重合開始剤としてビス−(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ビス(3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、ビス(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシルパーオキシジカーボネート、OO−t−ブチル−O−イソプロピルパーオキシカーボネートからなる群から選択される化合物またはこれらの混合物とすることもできる。さらに本発明においては、上述のラジカル開始剤としてアゾビスシアノ吉草酸、ビス(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムからなる水溶性の化合物、またはこれらの混合物とすることも可能である。上述したラジカル開始剤は、さらに上述したラジカル開始剤のいかなる組合せの複数種を混合して用いることも可能である。上述した開始剤の他にもオニウム塩など放射線に感応して酸を発生してカチオン重合を生じさせる重合開始剤もドーパントとして使用することができる。 Examples of chemical species that can be doped in the present invention include ionic chemical species and chemical species having a polar group. Examples of such chemical species include acids, alkalis, dyes, pigments, various diagnostic agents, or base chains such as DNA, RNA, and oligonucleotides. More specifically, examples of the acid include sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like. Other chemical species that can be doped include PF 5 , AsF 5 , SbF 5 , BF 3 , BCl 3 , BBr 3 , SO 3 , HClO 4 , ClSO 3 H, CF 3 SO 3 H, LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 , NaCF 3 SO 3 , AgNO 3 , amino acids, Na, Li, K, Rb, Ce, Ca, Sr, etc., or salts thereof, and organic acids and alkali compounds be able to. Examples of dyes and pigments include azine dyes such as acetylene black and aniline black, metal salt azo dyes, metal oxides, composite metal oxides, p-terphenyl, QUI, polyphenyl 1, stilbene 1, stilbene 3, and coumarin 2. , Coumarin 47, Coumarin 102, Coumarin 30, Rhodamine 6G, Rhodamine B, DCM, DCM2, DCJTB, Rhodamine 700, Styryl 9, HLTCL, IR140, Coumarin C-545, Coumarin C-545T, Coumarin C-545B, 5, 7 -Quinacridone dyes such as dimethoxycoumarin, N, N'-dimethylquinacridone, anthraquinone dyes such as N, N, N ', N'-tetraphenyl-9,10-diaminoacetone, porphyrin dyes or pigments such as tetraphenylporphyrin, etc. Can be mentioned. In the present invention, in addition to the above, a fluorescent dye or pigment having a structure specified by the color index CI, a complex ion including a transition metal or rare earth metal ion, a charged particle beam such as light, radiation, or electron A polymerization initiator for initiating the reaction can be exemplified. These dopants can be used in the present invention alone when the dopant is a solution, or when dissolved in a suitable solvent described later in more detail when the dopant is solid at room temperature. . Examples of the polymerization initiator include acylphosphine oxide, acetophenone or propiophenone, benzoin, benzophenone, and thioxanthone. Examples of the acylphosphine oxide photopolymerization initiator include 2,4,6-triCl-2 alkylbenzoyl diarylphosphine oxide, 2,4,6-trimethylbenzoyl diphenylphosphine oxide (for example, “manufactured by BASF,“ Lucylin TPO "); etc .; bis (2,4,6-tri-C1-2alkylbenzoyl) arylphosphine oxide, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -ferrophosphine oxide (for example, manufactured by Ciba Specialty Chemicals) "Irgacure 819"), etc .; 2,4,6-tri-C1-2alkylbenzoylarylalkoxyphosphine oxide [2,4,6-trimethylbenzoylphenylethoxyphosphine oxide, etc .; bis (2,6-diC1-2alkoxy Benzoyl) -branched 6-12 alkylphosphine oxide, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide (BAPO), etc .; bis (2,4,6-triC1-2alkylbenzoyl) C1-6 Alkylphosphine oxide [bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) methylphosphine oxide, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) ethylphosphine oxide, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) N-butylphosphine oxide And so on. Examples of acetophenone-based or propiophenone polymerization initiators include alkyl phenyl ketones or derivatives thereof, for example, acetophenone or derivatives thereof such as 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, acetophenone diethyl ketal, diethoxyacetophenone, 2-hydroxy 2-methyl-1-phenylpropan-1-one (for example, “Darocur 1173” manufactured by Ciba Specialty Chemicals), 2-benzyl-2-dimethylaminophenyl- (4-morpholinoferro) -butanone (for example, “Irgacure 369” manufactured by Ciba Specialty Chemicals, 2-methyl-2-morpholino (4-thiomethylphenyl) propan-1-one (for example, “Irgacure 90” manufactured by Ciba Specialty Chemicals, Inc.) J ", propiophenone such as 2-hydroxy-2-methyl-1- [4- (1-methylvinyl) phenyl] propanone (for example," Esakia KIP "manufactured by Lamberti Spies) or a derivative thereof In the present invention, a benzoin-based photopolymerization initiator can also be used, such as benzoin, benzoin C1-6 alkyl ether, specifically benzoin methyl ether, benzoin. Examples of the benzophenone photopolymerization initiator that can be used in the present invention include benzophenone or a derivative thereof, benzophenone, and benzoyl ammonium. C1-6 alkyl fragrate (for example, methyl O-benzoylbenzoate), 4-phenylbenzophenone, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, 4,4′-dimethoxybenzophenone, 4,4 Examples include '-diaminobenzophenone, 4-benzoyl-4'-methyldiphenyl sulfide, 2,4,6-trimethylbenzophenone, (4-benzoylbenzyl) trimethylammonium chloride, and bis (4-dialkylaminophenyl) ketone. Examples of the xanthone photopolymerization initiator that can be used in the present invention include 2- or 4-isopropylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-dichlorothioxanthone, etc. In addition to the photopolymerization initiator, for example, -Hydroxycyclohexyl phenyl ketone (for example, “Irgakiure 184” manufactured by Ciba Specialty Chemicals), methylphenylglyoxyester (manufactured by AKZO), “Vicure 55”, 3,6-bis (2-morpholinoisoptyl) -9 Examples thereof include -butylcarbazole (AsaCure 3 manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.), titanocene compound, xanthone, fluorene and the like. The above-mentioned photopolymerization initiators can be used alone or in combination of two or more appropriately. As the photopolymerization initiator system in which two or more kinds are combined, for example, trade name “Irgacure 1700”, [bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylbenzylphosphine oxide / 2-hydroxy- 2-methylphenylpropan-1-one = 25/75 (mass%)], trade name “Irgacure 1800”, [bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylbenzylphosphine oxide / 2-hydroxycyclohexyl-phenylketone = 25/75 (mass%)], trade name “Irgacure 1850”, [bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylbenchylphosphine oxide / 1- Hydroxycyclohexyl-phenylketone = 50/50 (mass%)] (both Ciba Specialty) It is commercially available as such I Chemicals (Co., Ltd.)). Examples of the thermal polymerization initiator described above include dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate, azobiscyanovaleric acid, 1,1′-azobis- (cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2′-azobis- (2, Azo starting such as 4-dimethylvaleronitrile), azobismethylbutyronitrile, 2,2′-azobis- (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobisisobutyronitrile An agent can also be used by appropriately mixing them. In the present invention, the initiator may be a compound selected from the group consisting of methyl ethyl ketone peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide, cyclohexanone peroxide, and methylcyclohexanone peroxide, or a mixture thereof. In the present invention, the polymerization initiator is selected from the group consisting of isobutyryl peroxide, 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, lauroyl peroxide, benzoyl peroxide, and p-chlorobenzoyl peroxide. It can also be a compound or a mixture thereof. Furthermore, in the present invention, as the above radical initiator, ditertiary butyl peroxide, t-butyl-α-cumyl peroxide, di-α-cumyl peroxide, 1,4-bis (t-butylperoxyisopropyl) benzene 1,3-bis (t-butylperoxyisopropyl) benzene, 2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-bis (t- It is also possible to use a compound selected from the group consisting of butylperoxy) -3-hexyne or a mixture thereof. In the present invention, t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, di-isopropylbenzene hydroperoxide, p-menthane hydroperoxide, 1,1,3,3-tetramethylbutyl are used as the radical initiator. It is also possible to use a compound selected from the group consisting of hydroperoxides or a mixture thereof. Furthermore, in the present invention, 1,1-bis (t-butylperoxy) -3,3,5-trimethylcyclohexane, n-butyl-4,4-bis (t-butylperoxy) is used as the polymerization initiator. It is also possible to use a compound selected from the group consisting of valerate, 2,2-bis (t-butylperoxy) butane, or a mixture thereof. Furthermore, in the present invention, t-butyl peroxyacetate, t-butyl peroxyisobutyrate, t-butyl peroxyoctoate, t-butyl peroxypivalate, t-butyl peroxyneo as the above-mentioned polymerization initiator. Decanoate, t-butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoate, t-butylperoxybenzoate, t-butylperoxylaurate, 2,5-dimethyl-2,5-bis (benzoylper) It is also possible to use a compound selected from the group consisting of (oxy) hexane and mixtures thereof. Furthermore, in the present invention, as the above polymerization initiator, bis- (2-ethylhexyl) peroxydicarbonate, diisopropyl peroxydicarbonate, di-sec-butyl peroxydicarbonate, di-n-propyl peroxydicarbonate, From bis (3-methoxybutyl) peroxydicarbonate, bis (2-ethoxyethyl) peroxydicarbonate, bis (4-t-butylcyclohexyl peroxydicarbonate, OO-t-butyl-O-isopropyl peroxycarbonate In the present invention, azobiscyanovaleric acid, bis (2-ethoxyethyl) peroxydicarbonate, potassium persulfate, peroxydicarbonate, and a mixture thereof can also be used. Sulfuric acid It is also possible to use a water-soluble compound made of nitrogen, or a mixture thereof, and the radical initiator described above can be used by mixing a plurality of kinds of any combination of the radical initiators described above. In addition to the initiators described above, polymerization initiators such as onium salts that generate an acid in response to radiation to cause cationic polymerization can also be used as a dopant.

また、本発明において使用することができる固体表面を与える材料としては、有機、無機、有機・無機複合材料を使用することができる。有機材料としては、ポリアクリル(メタクリル)酸エステル共重合体、ポリスチレン樹脂、ポリスチレン−アクリル(メタクリル)酸エステル共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリエーテル、ポリアミン、ポリスルフィドなどを挙げることができる。また、本発明では、上述した有機材料中に、分散法、グラフト法などにより無機成分を導入した有機・無機複合体膜を用いることもできる。   In addition, as a material for providing a solid surface that can be used in the present invention, organic, inorganic, and organic / inorganic composite materials can be used. Organic materials include polyacrylic (methacrylic) acid ester copolymer, polystyrene resin, polystyrene-acrylic (methacrylic acid) ester copolymer, polyester resin, epoxy resin, polyaniline, polyacetylene, polyparaphenylene, polypyrrole, polythiophene, poly Examples include paraphenylene vinylene, polyether, polyamine, and polysulfide. Moreover, in this invention, the organic-inorganic composite film | membrane which introduce | transduced the inorganic component into the organic material mentioned above by the dispersion method, the graft method, etc. can also be used.

さらに、本発明において使用することができる固体表面を与える材料としては、ゾルゲル法により形成された酸化物膜または有機・無機ハイブリッド膜を使用することができる。酸化物膜または有機・無機ハイブリッド膜は、ゾル−ゲル法により湿式生成することができる膜とすることもできるし、CVD法などによりドライプロセスを使用して形成される酸化物膜も使用することができる。上述した酸化物膜は、好適には酸化物前駆体の分解およびそれに続くゲル化処理を使用して生成することができ、本発明に使用することができる前駆体物質としては、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロプリルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ビニルトリス(βメトキシエトキシ)シラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、シラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシランなどを挙げることができる。   Furthermore, as a material for providing a solid surface that can be used in the present invention, an oxide film or an organic / inorganic hybrid film formed by a sol-gel method can be used. The oxide film or the organic / inorganic hybrid film can be a film that can be wet-formed by a sol-gel method, or an oxide film that is formed using a dry process such as a CVD method. Can do. The oxide film described above can be preferably produced using decomposition of an oxide precursor followed by a gelling process, and precursor materials that can be used in the present invention include vinyltrichlorosilane, Vinyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane, tetraethoxysilane, vinyltris (βmethoxyethoxy) silane, vinyltrimethoxysilane, γ- (methacryloyloxypropyl) trimethoxysilane, β- (3,4- Epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxy Silane, γ-mercaptop Pills trimethoxysilane, .gamma.-chloropropyl trimethoxy silane, silane, phenyl triethoxy silane, and the like diphenyldimethoxysilane.

シリコン系以外の組成を有する膜は、例えば、アルミニウムイソプロピネート、アルミニウムトリセカンダリーブトキシド、モノsec-ブトキシアルミニウムジイソプロピレートなどのトリアルコキシアルミニウム化合物、ジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)チタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ-n-ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン、テトラステアリルオキシチタン、テトラステアリルオキシチタン、テトラメトキシチタンなどのテトラアルコキシドチタン化合物、アセチルアセトントリブトキシジルコニウム、テトラ-n-ブトキシジルコニウムなどのテトラアルコキシジルコニウム化合物などを使用することもできる。   Films having a composition other than silicon are exemplified by trialkoxyaluminum compounds such as aluminum isopropinate, aluminum trisecondary butoxide, mono-sec-butoxyaluminum diisopropylate, diisopropoxybis (ethylacetoacetate) titanium, tetraisopropoxy Tetraalkoxide titanium compounds such as titanium, tetra-n-butoxytitanium, tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium, tetrastearyloxytitanium, tetrastearyloxytitanium, tetramethoxytitanium, acetylacetone tributoxyzirconium, tetra-n-butoxyzirconium, etc. These tetraalkoxyzirconium compounds can also be used.

さらに、本発明において使用することができる金属化合物としては、例えば、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセテート)、アルミニウムビスエチルアセトアセテートモノアセチルアセトネート、チタンキレート化合物、チタンアシレート化合物などを挙げることができる。   Furthermore, examples of the metal compound that can be used in the present invention include aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, aluminum tris (ethyl acetoacetate), aluminum tris (acetyl acetate), aluminum bisethyl acetoacetate monoacetylacetonate, A titanium chelate compound, a titanium acylate compound, etc. can be mentioned.

有機・無機複合材料としては、上述した高分子化合物に対して、コロイダルシリカ、コロイダルチタンなどを分散させたものを挙げることができる。本発明における上述した膜の膜厚は、0.5μm〜数mmの範囲とすることができ、より好ましくは、0.5μm〜500μmの範囲とすることができ、さらに好ましくは、1μm〜100μmとすることができる。   Examples of the organic / inorganic composite material include those obtained by dispersing colloidal silica, colloidal titanium, or the like in the above-described polymer compound. The film thickness of the above-described film in the present invention can be in the range of 0.5 μm to several mm, more preferably in the range of 0.5 μm to 500 μm, and still more preferably 1 μm to 100 μm. can do.

本発明の基板は、有機材料または無機材料を使用することができ、無機材料としては、鉄、ステンレス・スチールなどの金属、ナトリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、水晶、シリコン・ウェハ、アモルファス・シリコン・ウェハ、Ga−Asウェハ、などのセラミックス材料を使用することができ、また有機材料としては、これまで知られた導電性高分子膜を含む高分子化合物、または重合性単量体または重合性単量体を重合させて形成されるオリゴマーまたはポリマーを含んで形成される膜、シートおよびプレートなどから適宜選択して使用することができる。上述した重合性単量体としては、以下のものに限定されるものではないが、具体的には、例えば、ビニル化合物、アクリル化合物、またはメタクリル化合物を使用することができる。アクリル化合物、またはメタクリル化合物としては、具体的には例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、アクリロニトリル、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ペンタンジオールモノ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリロイルフォスフェート、4−ヒドロキシシクロヘキシル(メタ)アクリロイルフォスフェート、4−ヒドロキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、アルキルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、アクリルアミド、メタクリルアミドなどを挙げることができる。さらに、本発明で使用することができる重合性単量体としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート、ベンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ベンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジベンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロイルオキシ)イソシアヌレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリ(メタ)アクリレート、トリス(ヒドロキシプロピル)イソシアヌレートのトリ(メ夕)アクリレート、トリアリルトリメリット酸、トリアリルイソシァヌレートなどが例示できる。これらエチレン性不飽和化合物は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用できる。また、重合性単量体としては、ビニル化合物も使用でき、スチレン、アルキル基置換スチレン、アルコキシ置換スチレン、N−ビニル−窒素含有複素環化合物、例えば、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルホルムアミド、の他、架橋脂環式炭化水素基を有する(メタ)アクリレート、例えば、イソボルニル(メ夕)アクリレート、ジシクロペンタジエン(メタ)アクリレート、イソボルニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロベンテエル(メタ)アクリレートなどの単官能性化合物を用いることができる。上述した重合性単量体は、適宜いかなる混合比で用いられ、共重合体とすることができる。   An organic material or an inorganic material can be used for the substrate of the present invention. Examples of the inorganic material include metals such as iron and stainless steel, sodium glass, borosilicate glass, quartz glass, crystal, silicon wafer, amorphous Ceramic materials such as silicon wafers and Ga-As wafers can be used, and as organic materials, polymer compounds containing conductive polymer films known so far, or polymerizable monomers or polymers It can be used by appropriately selecting from an oligomer formed by polymerizing a polymerizable monomer or a film, sheet, plate or the like formed containing a polymer. The polymerizable monomer described above is not limited to the following, but specifically, for example, a vinyl compound, an acrylic compound, or a methacrylic compound can be used. Specific examples of the acrylic compound or methacrylic compound include, for example, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate. , Acrylonitrile, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 4- Hydroxybutyl (meth) acrylate, pentanediol mono (meth) acrylate, hexa Diol mono (meth) acrylate, neopentyl glycol mono (meth) acrylate, 2-hydroxy-3-phenyloxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxyalkyl (meth) acryloyl phosphate, 4-hydroxycyclohexyl (meth) acryloyl phosphate Examples thereof include fete, 4-hydroxycyclohexyl (meth) acrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, alkyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, acrylamide, and methacrylamide. Furthermore, examples of the polymerizable monomer that can be used in the present invention include trimethylolpropane tri (meth) acrylate, trimethylolpropane trioxyethyl (meth) acrylate, bentaerythritol tri (meth) acrylate, and bentaerythritol. Tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, tris (acryloyloxy) isocyanurate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, tris (hydroxypropyl) isocyanurate tri (meth) Evening) Examples include acrylate, triallyl trimellitic acid, triallyl isocyanurate and the like. These ethylenically unsaturated compounds can be used alone or in combination of two or more. As the polymerizable monomer, a vinyl compound can also be used. Styrene, alkyl group-substituted styrene, alkoxy-substituted styrene, N-vinyl-nitrogen-containing heterocyclic compound such as vinyl pyridine, N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl In addition to caprolactam, N-vinylformamide, (meth) acrylates having a bridged alicyclic hydrocarbon group, such as isobornyl (meth) acrylate, dicyclopentadiene (meth) acrylate, isobornyloxyethyl (meth) acrylate A monofunctional compound such as dicycloventel (meth) acrylate can be used. The above-mentioned polymerizable monomer can be used in any mixing ratio as appropriate to form a copolymer.

本発明の基板は、導電性を有しない場合には、導電性コーティングを施すことにより導電性を付与することが必要である。このような導電性コーティングは、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、銅(Cu)、ITO、IZO、などの導電性材料をスパッタリングまたは蒸着などの方法を使用して製膜することができる。   When the substrate of the present invention does not have conductivity, it is necessary to impart conductivity by applying a conductive coating. Such a conductive coating is formed using a method such as sputtering or vapor deposition of a conductive material such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), ITO, or IZO. can do.

本発明において基板上に固体表面を与える材料を製膜するためには、これまで知られたいかなる方法を使用してもコーティングすることができる。このようなコーティング方法としては、具体的には例えば、膜を形成する成分を適切な溶媒に溶解させた後、スピンコーティング、ロールコーティング、ディップコーティング、ナイフコーティング、バーコーティングなどを使用することができる。   In order to form a material that gives a solid surface on a substrate in the present invention, any known method can be used for coating. As such a coating method, specifically, for example, spin coating, roll coating, dip coating, knife coating, bar coating, etc. can be used after dissolving the components forming the film in a suitable solvent. .

本発明で使用することができる溶媒としては、種々の溶媒を挙げることができ、具体的には、例えば、水、アミルアルコール、アリルアルコール、イソアミルアルコール、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、ウンデカノール、エタノール、2−エチルブタノール、2−エチルヘキサノール、2−オクタノール、n−オクタノール、グリシドール、シクロヘキサノール、3,5,−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、n−デカノール、テトラヒドロフルフリルアルコール、α−テルピネオール、ネオペンチルアルコール、ノナノール、フーゼル油、ブタノール、フルフリルアルコール、プロパギルアルコール、プロパノール、ヘキサノール、ヘプタノール、ベンジルアルコール、ペンタノール、メタノール、メチルシクロヘキサノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、3−メチル−1−ブチン−3−オール、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−1−ペンチン−3−オールといったアルコール類も挙げることができる。   Examples of the solvent that can be used in the present invention include various solvents. Specifically, for example, water, amyl alcohol, allyl alcohol, isoamyl alcohol, isobutyl alcohol, isopropyl alcohol, undecanol, ethanol, 2 -Ethylbutanol, 2-ethylhexanol, 2-octanol, n-octanol, glycidol, cyclohexanol, 3,5, -dimethyl-1-hexyn-3-ol, n-decanol, tetrahydrofurfuryl alcohol, α-terpineol, Neopentyl alcohol, nonanol, fusel oil, butanol, furfuryl alcohol, propargyl alcohol, propanol, hexanol, heptanol, benzyl alcohol, pentanol, methanol, methylcyclohexane Sanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-2-butanol, 3-methyl-1-butyn-3-ol, 4-methyl-2-pentanol, 3-methyl-1-pentyn-3-ol Examples of such alcohols can also be mentioned.

上記溶媒としては、さらにアニソール、エチルイソアミルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、エチルベンジルエーテル、エポキシブタン、クラウンエーテル類、クレジルメチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジエチルアセタール、ジエチルエーテル、ジオキサン、1,8−シネオール、ジフェニルエーテル、ジブチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジベンジルエーテル、ジメチルエーテル、テトラヒドロピラン、テトラヒドロフラン、トリオキサン、ビス(2−クロロエチル)エーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、フラン、フルフラール、メチラール、メチル−t−ブチルエーテル、メチルフラン、モノクロロジエチルエーテルといったエーテル・アセタール系溶剤も挙げることができる。   Examples of the solvent further include anisole, ethyl isoamyl ether, ethyl t-butyl ether, ethyl benzyl ether, epoxy butane, crown ethers, cresyl methyl ether, diisoamyl ether, diisopropyl ether, diethyl acetal, diethyl ether, dioxane, 1 , 8-cineol, diphenyl ether, dibutyl ether, dipropyl ether, dibenzyl ether, dimethyl ether, tetrahydropyran, tetrahydrofuran, trioxane, bis (2-chloroethyl) ether, phenetole, butylphenyl ether, furan, furfural, methylal, methyl-t -Ether / acetal solvents such as butyl ether, methyl furan and monochlorodiethyl ether can also be mentioned. .

さらに上記溶媒としては、アセチルアセトン、アセトアルデヒド、アセトフェノン、アセトン、イソホロン、エチル−n−ブチルケトン、ジアセトンアルコール、ジイソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、ジ−n−プロピルケトン、ホロン、メシチルオキシド、メチル−n−アミルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、メチルシクロヘキサノン、メチル−n−ブチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、メチル−n−へプチルケトンといったケトン・アルデヒド系溶剤も同様に用いることができる。   Furthermore, as the solvent, acetylacetone, acetaldehyde, acetophenone, acetone, isophorone, ethyl-n-butylketone, diacetone alcohol, diisobutylketone, diisopropylketone, diethylketone, cyclohexanone, di-n-propylketone, phorone, mesityloxide, Similarly, ketone-aldehyde solvents such as methyl-n-amyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl cyclohexanone, methyl-n-butyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-n-hexyl ketone and methyl-n-heptyl ketone Can be used.

さらに、上述の溶媒としては、エチレングリコール、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールジアセタート、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールモノイソプロピルエータル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノメトキシメチルエーテル、エチレンクロロヒドリン、1,3−オクチレングリコール、グリセリン、グリセリン1,3−ジアセタート、グリセリンジアルキルエーテル、グリセリン脂肪酸エステル、グリセリントリアセタート、グリセリントリラウラート、グリセリンモノアセタート、2−クロロ−1,3−プロパンジオール、3−クロロ−1,2−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ポリプロピレングリコールといった多価アルコール及びそれらの誘導体を挙げることができる。   Furthermore, as the above-mentioned solvent, ethylene glycol, ethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, Ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethoxymethyl ether , Ethylene chlorohi Phosphorus, 1,3-octylene glycol, glycerol, glycerol 1,3-diacetate, glycerol dialkyl ether, glycerol fatty acid ester, glycerol triacetate, glycerol trilaurate, glycerol monoacetate, 2-chloro-1,3- Mention may be made of polyhydric alcohols such as propanediol, 3-chloro-1,2-propanediol, diethylene glycol, diethylene glycol ethyl methyl ether, polypropylene glycol and derivatives thereof.

さらに上述の溶媒としては、適宜、イソ吉草酸、イソ酪酸、イタコン酸、2−エチルヘキサン酸、2−エチル酢酸、オレイン酸、カプリル酸、カプロン酸、ギ酸、吉草酸、酢酸、乳酸、ピバリン酸、プロピオン酸、といったカルボン酸誘導体や、エチルフェノール、オクチルフェノール、カテコール、グアヤコール、キシレノール、p−クミルフェノール、クレゾール、ドデシルフェノール、ナフトール、ノニルフェノール、フェノール、ベンジルフェノール、p−メトキシエチルフェノールといったフェノール類、アセトニトリル、アセトンシアノヒドリン、アニリン、アリルアミン、アミルアミン、イソキノリン、イソブチルアミン、イソプロパノールアミン類、イソプロピルアミン、イミダゾール、N−エチルエタノールアミン、2−エチルヘキシルアミン、N−エチルモルホリン、エチレンジアミン、カプロラクタム、キノリン、クロロアニリン、シアノ酢酸エチル、ジアミルアミン、イソブチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ジアエタノールアミン、N,N−ジエチルアニリン、ジエチルアミン、ジエチルベンジルアミン、ジエチレントリアミン、ジオクチルアミン、シクロヘキシルアミン、トリエチルアミン、トリアミルアミン、トリオクチルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリオクチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリプロピルアミン、トリメチルアミン、トルイジン、ニトロアニソール、ピコリン、ピペラジン、ピラジン、ピリジン、ピロリジン、N−フェニルモルホリン、モルホリン、ブチルアミン、ヘプチルアミン、ルチジンといった含窒素化合物、トリクロロ酢酸などのハロゲン化カルボン酸といった酸ハロゲン化物、含イオウ化合物系溶剤、テトラフルオロプロピオン酸などのフッ素系溶剤等も挙げることができ、これらの溶剤は、いかなる種類および添加量で混合して用いることができる。   Further, as the above-mentioned solvent, isovaleric acid, isobutyric acid, itaconic acid, 2-ethylhexanoic acid, 2-ethylacetic acid, oleic acid, caprylic acid, caproic acid, formic acid, valeric acid, acetic acid, lactic acid, pivalic acid are appropriately used. , Carboxylic acid derivatives such as propionic acid, and phenols such as ethylphenol, octylphenol, catechol, guaiacol, xylenol, p-cumylphenol, cresol, dodecylphenol, naphthol, nonylphenol, phenol, benzylphenol, p-methoxyethylphenol, Acetonitrile, acetone cyanohydrin, aniline, allylamine, amylamine, isoquinoline, isobutylamine, isopropanolamines, isopropylamine, imidazole, N-ethylethanolamine, 2- Tylhexylamine, N-ethylmorpholine, ethylenediamine, caprolactam, quinoline, chloroaniline, ethyl cyanoacetate, diamylamine, isobutylamine, diisopropylamine, diisopropylethylamine, diaethanolamine, N, N-diethylaniline, diethylamine, diethylbenzylamine, diethylenetriamine , Dioctylamine, cyclohexylamine, triethylamine, triamylamine, trioctylamine, triethanolamine, triethylamine, trioctylamine, tri-n-butylamine, tripropylamine, trimethylamine, toluidine, nitroanisole, picoline, piperazine, pyrazine, Pyridine, pyrrolidine, N-phenylmorpholine, morpholine, butylamine Examples thereof include nitrogen-containing compounds such as heptylamine and lutidine, acid halides such as halogenated carboxylic acids such as trichloroacetic acid, sulfur-containing compound solvents, and fluorine-based solvents such as tetrafluoropropionic acid. It can be used by mixing in kind and addition amount.

本発明のドーピング方法は、ドーパント溶液に対して固体表面から基板下側に向かう電界を生じさせた条件で行われる。図1には、本発明のドーピング方法を行うための装置を示す。図1に示したドーピング装置10は、精密ステージ12と、中空でドーパント溶液を収容することができるキャピラリ14とを備えている。精密ステージ12は、キャピラリ14の開口端を、ドーピングを行う固体表面に、少なくともドーピング溶液が固体表面に接触する条件で電界が印加できるような距離で近接保持していて、外部からの制御により固体表面に対して開口端を固定、または適切な速度で並進移動させることができる。なお、本発明では、キャピラリは、固体表面に完全に接触していてもよいし、ドーパント溶液が固体表面に接触する距離として、固体表面にキャピラリの開口端を接触させずに保持することができる。   The doping method of the present invention is performed under the condition that an electric field is generated from the solid surface toward the lower side of the substrate with respect to the dopant solution. FIG. 1 shows an apparatus for performing the doping method of the present invention. A doping apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a precision stage 12 and a capillary 14 that is hollow and can accommodate a dopant solution. The precision stage 12 holds the open end of the capillary 14 close to the solid surface to be doped at such a distance that an electric field can be applied at least under the condition that the doping solution is in contact with the solid surface. The open end can be fixed relative to the surface or translated at an appropriate speed. In the present invention, the capillary may be completely in contact with the solid surface, or the distance at which the dopant solution contacts the solid surface can be held without contacting the open end of the capillary with the solid surface. .

キャピラリ14の内径は、数百nm〜数百μmとすることができ、ドーピングを行う精度に応じて適宜選択することができる。キャピラリ14は、ナトリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス(SiO)、水晶、金属、有機材料など中空で、かつ本発明のサイズを有する限り、いかなる材料からでも形成することができる。また、本発明で使用するドーピング装置10は、ドーパント溶液18を蓄えた貯蔵容器16を備えており、キャピラリ14の他端がドーパント溶液18に浸漬されて、固体表面に隣接して配置された開口端から排出されるドーパント溶液18と流体的に連続している。また、貯蔵容器16には、ドーパント溶液18に対して電圧を印加するための電極20が配置されており、精密ステージ12上に配設された基板22の導電性コーティングと対応してドーパント溶液を通じた回路を形成している。 The inner diameter of the capillary 14 can be several hundred nm to several hundred μm, and can be appropriately selected according to the accuracy of doping. The capillary 14 can be formed of any material as long as it is hollow and has the size of the present invention, such as sodium glass, borosilicate glass, quartz glass (SiO 2 ), crystal, metal, and organic material. In addition, the doping apparatus 10 used in the present invention includes a storage container 16 that stores a dopant solution 18. The other end of the capillary 14 is immersed in the dopant solution 18, and an opening disposed adjacent to the solid surface. It is fluidly continuous with the dopant solution 18 discharged from the end. In addition, an electrode 20 for applying a voltage to the dopant solution 18 is disposed in the storage container 16, and the dopant solution is passed through corresponding to the conductive coating of the substrate 22 disposed on the precision stage 12. Circuit is formed.

電極20と導電性コーティングとの間には、電源24と、回路を通じて流れる電流量をモニタし、ドーピング条件をモニタするための電流計26とが接続されている。電源24は、一定電圧を両極間に印加することが可能な低電圧電源とされ、電圧が加えられると、ドーパント溶液を介して電流が流れ、それに伴ってドーピングが進行する。本発明では、印加電圧としては、約1VDC〜約20kVDCの範囲を使用することができ、より好ましくは、1VDC〜10kVDCの範囲を使用することができる。   Connected between the electrode 20 and the conductive coating is a power source 24 and an ammeter 26 for monitoring the amount of current flowing through the circuit and monitoring the doping conditions. The power source 24 is a low-voltage power source capable of applying a constant voltage between both electrodes. When a voltage is applied, a current flows through the dopant solution, and doping proceeds accordingly. In the present invention, the applied voltage can be in the range of about 1 VDC to about 20 kVDC, more preferably in the range of 1 VDC to 10 kVDC.

本発明においてドーパントをパターン状にドーピングする方法としては、キャピラリを目的とする形状に形成しておいて、キャピラリのスポット形状にパターニングする方法を用いることができる。また、本発明の他の実施の形態では、ドーピングさせながらキャピラリを、膜の厚さ方向に直交する方向に移動させることにより、ライン状にドーピングを行うこともできる。この場合、膜の微小な凹凸に応答して膜の厚さ方向に同時にキャピラリを移動させることができる。   In the present invention, as a method of doping a dopant in a pattern, a method of forming a capillary in a desired shape and patterning the capillary into a spot shape can be used. In another embodiment of the present invention, doping may be performed in a line shape by moving the capillary in a direction perpendicular to the thickness direction of the film while doping. In this case, the capillaries can be simultaneously moved in the thickness direction of the film in response to minute unevenness of the film.

以下、本発明を具体的な実施例をもってさらに具体的に説明するが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。
[基板および固体表面を与える膜の作成]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with specific examples, but the present invention is not limited to the examples described below.
[Creation of film to give substrate and solid surface]

(実験例1)
ガラス基板上に、Auを蒸着して電極を形成した。電極を形成したガラス基板上に、ビニルトリエトシキシラン、3−メタクリロキシプロプリルトリメトキシシラン、テトラエトキシシランを、それぞれ35:35:30のモル比で含む有機無機ハイブリッドゾルを、ディップコーティング法でコーティングして、厚さ7μmの前駆体膜を形成し、約100℃で60min熱処理を行って有機無機ハイブリッド膜を得た。
(Experimental example 1)
An electrode was formed by vapor-depositing Au on a glass substrate. An organic-inorganic hybrid sol containing vinyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and tetraethoxysilane in a molar ratio of 35:35:30 on a glass substrate on which an electrode is formed by a dip coating method. Coating was performed to form a precursor film having a thickness of 7 μm, and a heat treatment was performed at about 100 ° C. for 60 minutes to obtain an organic-inorganic hybrid film.

[ドーピング処理]
有機無機ハイブリッド膜を生成した基板に対し、図1に示したドーピング装置を用い、本発明のキャピラリ電気泳動によるドーピングを行った。ドーパントは、レーザー色素ローダミン6Gとし、ドーパント溶液は、レーザー色素ローダミン6Gの0.01mol/dmの2-プロパノール溶液とした。キャピラリとしては、内径約100μm、長さ30cmのSiOガラス製のキャピラリ管を使用した。また、電源としては菊水電子工業社製の定電圧電源(型番PMC5000)を使用し、電流計としては、ケースレー製の電流計(型番485)を使用した。
[Doping treatment]
The substrate on which the organic-inorganic hybrid film was formed was doped by capillary electrophoresis of the present invention using the doping apparatus shown in FIG. The dopant was laser dye rhodamine 6G and the dopant solution was a 0.01 mol / dm 3 2-propanol solution of laser dye rhodamine 6G. As the capillary, a capillary tube made of SiO 2 glass having an inner diameter of about 100 μm and a length of 30 cm was used. A constant voltage power source (model number PMC5000) manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd. was used as the power source, and an ammeter manufactured by Keithley (model number 485) was used as the ammeter.

ドーピングに際しては、精密可動ステージでキャピラリの一端を有機無機ハイブリッド膜の表面に接触させ、他端を貯蔵容器に挿入しキャピラリ管の内部をドーパント溶液で満たし、ガラス基板上のAu電極が陰極に、貯蔵容器に挿入した白金電極が陽極になるようにして、定電圧電源から直流電圧70VDCを印加した。電圧の印加によりキャピラリを通して電流が流れ、ドーピングが行われた。図2には、電流計で測定された、電圧印加開始から終了までの電流挙動を示す。概ね、印加初期のスパイク波形を除き、約15nAの電流がほぼ一定となって流れているのが示されている。   In doping, one end of the capillary is brought into contact with the surface of the organic-inorganic hybrid film on a precision movable stage, the other end is inserted into a storage container, the inside of the capillary tube is filled with a dopant solution, and the Au electrode on the glass substrate serves as the cathode. A DC voltage of 70 VDC was applied from a constant voltage power source so that the platinum electrode inserted into the storage container became an anode. By applying voltage, a current flowed through the capillary, and doping was performed. FIG. 2 shows the current behavior from the start to the end of voltage application, measured with an ammeter. In general, the current of about 15 nA flows almost constant except for the spike waveform at the initial stage of application.

ドーピングは、図2に示す値の電流をモニタしておき、総電気量が10.0μCとなった時点で終了させた。ドーピング処理の終了後、基板を2-プロパノールで洗浄した。   The doping was terminated when the current having the value shown in FIG. 2 was monitored and the total amount of electricity reached 10.0 μC. After completion of the doping process, the substrate was washed with 2-propanol.

[ドーピング評価]
基板を洗浄した後、電圧を印加せずにキャピラリの開口端を接触させただけで同じ時間だけ放置した部分と、電圧を印加して10.0μCの電流を流した開口端に接した膜の部分を蛍光顕微鏡(ニコン製、型式E600FN)で観察した。その結果、電圧を印加した部分では、明瞭はリング状のローダミン6Gのドーピング・パターンが観察された。この結果を図3に示す。図3に示されるように、キャピラリの壁部と中心部において濃度差は見られるものの、ローダミン6Gがドーピングされたことを示す黒領域は明確に現れているのが示されている。また、図3で示されるように、本発明によれば、キャピラリの接触した領域に局在化してパターン状にドーピングを行うことができることが示された。
[Doping evaluation]
After washing the substrate, the capillary was left in contact with the open end of the capillary without applying a voltage for the same period of time, and the film in contact with the open end where a current of 10.0 μC was applied by applying a voltage. The part was observed with a fluorescence microscope (manufactured by Nikon, model E600FN). As a result, a ring-shaped rhodamine 6G doping pattern was clearly observed in the portion where the voltage was applied. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 3, although there is a difference in concentration between the wall portion and the central portion of the capillary, a black region indicating that rhodamine 6G is doped clearly appears. In addition, as shown in FIG. 3, according to the present invention, it was shown that the doping can be performed in a pattern by being localized in the contact region of the capillary.

(実験例2)
実験例1と同様にして、ガラス基板およびAu電極を形成した。内径75μm、外径370μm、長さ300mmのSiOガラス製のキャピラリを使用した。ドーピング溶液は、レーザ発信用色素ローダミン6Gを、ヘキサノール90Vol%+エタノール10Vol%の混用溶媒に対して10−3mol/dmの濃度で溶解させて作成した。ドーピング処理は、実施例1で説明したドーピング装置を用い、電圧電源から300VDCの電圧を印加して、ドーピング時間を4minとして行った。ドーピング状態の観察は、実験例1と同様に蛍光顕微鏡を使用して目視で観察した。
(Experimental example 2)
In the same manner as in Experimental Example 1, a glass substrate and an Au electrode were formed. A capillary made of SiO 2 glass having an inner diameter of 75 μm, an outer diameter of 370 μm, and a length of 300 mm was used. The doping solution was prepared by dissolving rhodamine 6G for laser transmission at a concentration of 10 −3 mol / dm 3 in a mixed solvent of 90 vol% of hexanol and 10 vol% of ethanol. The doping process was performed using the doping apparatus described in Example 1 by applying a voltage of 300 VDC from a voltage power source and setting the doping time to 4 minutes. The doping state was observed visually using a fluorescence microscope in the same manner as in Experimental Example 1.

(実験例3)
実験例2と同様のキャピラリおよびドーピング溶液、およびドーピング装置を使用し、ドーピング時間を2minとしたことを除き、実験例2と同様にしてドーピングを行い、観察を行った。
(Experimental example 3)
The same capillary and doping solution as in Experimental Example 2 and a doping apparatus were used, and doping was performed and observed in the same manner as in Experimental Example 2, except that the doping time was 2 min.

図4は、実験例2および実験例3でドーピング処理を行った際の時間と電流値とを示す。図4に示されるように、実験例2および実験例3では、実験例1での電流特性を示した図2よりも小さな電流が観測されている。一方で、印加電圧は、300VDCと高められていることから、ドーピング溶液の抵抗は、実験例2および3の方が高いことがわかる。   FIG. 4 shows a time and a current value when the doping process is performed in Experimental Example 2 and Experimental Example 3. As shown in FIG. 4, in Experimental Example 2 and Experimental Example 3, a smaller current is observed than in FIG. 2 showing the current characteristics in Experimental Example 1. On the other hand, since the applied voltage is increased to 300 VDC, it can be seen that the resistance of the doping solution is higher in Experimental Examples 2 and 3.

(結果:実験例2および実験例3)
実験例2および実験例3で得られたドーピングを、実験例1と同様に蛍光顕微鏡で目視観察した。図5および図6に、実験例2(図5)および実験例3(図6)で得られたドーピングの結果を示す。図5および図6に示されるように、キャピラリの内側は、実験例1で得られた図3の結果よりも、概ね良好にドーピングされているのが観察された。
(Result: Experimental Example 2 and Experimental Example 3)
The doping obtained in Experimental Example 2 and Experimental Example 3 was visually observed with a fluorescence microscope as in Experimental Example 1. 5 and 6 show the doping results obtained in Experimental Example 2 (FIG. 5) and Experimental Example 3 (FIG. 6). As shown in FIGS. 5 and 6, it was observed that the inside of the capillary was substantially better doped than the result of FIG. 3 obtained in Experimental Example 1.

(実験例4:比較例)
実験例4として、電極に電圧をまったく印加しなかったことを除き、実験例1と同一の条件でドーピング処理を行った。図7は、電圧を印加せずにキャピラリの開口端を接触させておいただけの比較例について得られた結果を示す。
(Experimental example 4: Comparative example)
In Experimental Example 4, the doping process was performed under the same conditions as in Experimental Example 1 except that no voltage was applied to the electrodes. FIG. 7 shows the results obtained for the comparative example in which the open end of the capillary is in contact with no voltage applied.

図7に示されるように、電圧を印加しなかった部分ではわずかに表面に付着したあとが見られるだけで、図3、図5、図6に示されるドーピング処理と比較して、明らかにドーピング・パターンおよびドーパント濃度の相違が見られた。図7で示されるドーパントの蛍光強度と、図3で示される蛍光強度では、明らかに図3の蛍光強度が強く、多くのドーパントが膜中に導入されていることがわかった。   As shown in FIG. 7, in the portion where no voltage is applied, only after slightly adhering to the surface can be seen, clearly compared with the doping treatment shown in FIGS. 3, 5, and 6. -Differences in pattern and dopant concentration were observed. The fluorescence intensity of the dopant shown in FIG. 7 and the fluorescence intensity shown in FIG. 3 clearly show that the fluorescence intensity in FIG. 3 is strong and that many dopants are introduced into the film.

すなわち、実験例4(比較例)と実験例1とを比較することにより、本発明では、キャピラリを介した電圧の印加により明らかにドーピング量が増加しており、電圧の印加により膜の表面ばかりではなく、膜の内部までレーザー色素ローダミン6Gが導入されていることがわかる。これは、電圧を印加せずに接触しておいただけでは、充分なドーピングが行われず、本発明により、電圧を印加することにより膜内部へのドーピングが効率的に行われたことを示すものである。   That is, by comparing Experimental Example 4 (Comparative Example) and Experimental Example 1, in the present invention, the doping amount is clearly increased by applying a voltage through the capillary, and only the surface of the film is applied by applying the voltage. Rather, it can be seen that the laser dye rhodamine 6G has been introduced into the film. This shows that if the contact is made without applying a voltage, sufficient doping is not performed, and doping into the film is efficiently performed by applying a voltage according to the present invention. is there.

また、実験例2および実験例3の結果についても、ドーピングが行われた領域では、実験例1と同程度の濃度でドーピングされていることが示され、本発明により、膜の内部にまでドーピングを行うことができることがわかった。   In addition, the results of Experimental Example 2 and Experimental Example 3 also show that the doped region is doped at the same concentration as in Experimental Example 1, and according to the present invention, doping is performed even inside the film. Found that can be done.

すなわち、本発明によれば、キャピラリ電気泳動によって機能性分子であるローダミン6Gが有機無機ハイブリッド薄膜の特定の領域に電気量の制御によって膜の内部にまでドーピングすることができることが示された。   That is, according to the present invention, it was shown by capillary electrophoresis that rhodamine 6G, which is a functional molecule, can be doped into a specific region of the organic-inorganic hybrid thin film up to the inside of the film by controlling the amount of electricity.

これまで説明したように、本発明によれば、キャピラリ内に満たされた溶液中で生じる電気泳動現象をイオンの輸送法として利用し、微小な内径を有するキャピラリと固体表面との接触と、電界によるイオンの拡散とを利用してドープされる領域を選択し、ドーピング量を制御し、ドーピング深さの制御を行うことを可能とし、キャピラリ接触部分のごく限られた領域でドーピングを生じさせるので、他の領域に対して行われた処理に与える影響はきわめて小さく、独立に行うことができる。すなわち、本発明は、ドーピング化学種、ドーピング領域、ドーピング量、ドーピング深さの4つすべての因子に対して他のドープ処理に対して相互干渉なく適用できる、ドーピング方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、単一の固体材料領域に対してドーピング処理の回数に原理的に制限を与えることなく、また、無機材料、有機材料、有機無機複合材料などの広い材料へのドーピングも可能とし、無機材料、有機材料、有機無機複合材料などを利用した機能集積材料の作製に利用できる。   As described above, according to the present invention, the electrophoresis phenomenon generated in the solution filled in the capillary is used as an ion transport method, and the contact between the capillary having a small inner diameter and the solid surface, the electric field It is possible to select the region to be doped by utilizing the diffusion of ions by controlling the doping amount, to control the doping depth, and to cause doping in a very limited region of the capillary contact portion. The influence on the processing performed on other areas is extremely small and can be performed independently. That is, the present invention can provide a doping method that can be applied to other doping processes with respect to all four factors of doping chemical species, doping region, doping amount, and doping depth without mutual interference. Furthermore, according to the present invention, a single solid material region can be doped in a wide range of materials such as inorganic materials, organic materials, and organic-inorganic composite materials without limiting the number of doping processes in principle. It can also be used to manufacture functionally integrated materials using inorganic materials, organic materials, organic-inorganic composite materials, and the like.

さらに、ドーピングをパターン状に行う場合であっても、マスキング処理が不要となり、マスキング処理にともなう真空蒸着処理、パターニング、エッチングなどのリソグラフィー工程を排除することを可能とし、電気・電子デバイス、表示デバイスにおける導電性制御要素、リソグラフィー、DNA、RNA、オリゴヌクレオチドなどをハイブリダイズさせて蛍光検査を行う、所謂DNAプローブ・プレートなど、微小スポット状に目的化学物質を導入することが必要な、いかなる用途に対しても適用することができる、ドーピング方法を提供することができる。   Furthermore, even when doping is performed in a pattern, no masking process is required, and it is possible to eliminate lithography processes such as vacuum deposition, patterning, and etching that accompany the masking process. For any application that requires introduction of a target chemical substance in the form of a minute spot, such as a so-called DNA probe plate, which conducts fluorescence inspection by hybridizing conductivity control elements, lithography, DNA, RNA, oligonucleotides, etc. A doping method that can be applied to the present invention can also be provided.

本発明において使用するドーピング装置の概略図。1 is a schematic view of a doping apparatus used in the present invention. 本発明のドーピングを行う場合のドーパント溶液を通じて流れる電流挙動を示した図。The figure which showed the electric current behavior which flows through the dopant solution in the case of performing doping of this invention. 本発明により得られたドーピングのパターンを示した図。The figure which showed the pattern of doping obtained by this invention. 実験例2および実験例3でドーピング処理を行った際の時間と電流値とを示した図。The figure which showed the time and electric current value at the time of performing a doping process in Experimental example 2 and Experimental example 3. FIG. 実験例2で得られたドーピングの結果を示した図。The figure which showed the result of the doping obtained in Experimental example 2. FIG. 実験例3で得られたドーピングの結果を示した図。The figure which showed the result of the doping obtained in Experimental example 3. FIG. 電圧を印加せずにドーパント溶液を接触させておいた場合に得られたローダミン6Gの付着パターンを示した図。The figure which showed the adhesion pattern of rhodamine 6G obtained when the dopant solution was made to contact, without applying a voltage.

符号の説明Explanation of symbols

10…ドーピング装置
12…精密ステージ
14…キャピラリ
16…貯蔵容器
18…ドーパント溶液
20…電極
22…基板
24…電源
26…電流計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Doping apparatus 12 ... Precision stage 14 ... Capillary 16 ... Storage container 18 ... Dopant solution 20 ... Electrode 22 ... Substrate 24 ... Power supply 26 ... Ammeter

Claims (6)

基板上に固体の表面を形成する工程と、
ドーパント溶液を保持した中空部材を介して前記固体の表面に前記ドーパント溶液を接触させる工程と、
前記基板を一方の電極として前記ドーパント溶液に電圧を印加して、前記固体にドーパントをパターン状にドーピングする工程と
を含むドーピング方法。
Forming a solid surface on the substrate;
Contacting the dopant solution with the surface of the solid through a hollow member holding the dopant solution;
Applying a voltage to the dopant solution with the substrate as one electrode and doping the solid in a pattern with the dopant.
前記基板は、導電性コーティングを含む、請求項1に記載のドーピング方法。   The doping method according to claim 1, wherein the substrate includes a conductive coating. 前記固体は、酸化物、有機物、または有機無機複合材料から選択される材料を含む、請求項1または2に記載のドーピング方法。   The doping method according to claim 1, wherein the solid includes a material selected from an oxide, an organic material, or an organic-inorganic composite material. 前記ドーパントは、イオン性官能基または極性官能基を有し、電気泳動性を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のドーピング方法。   The doping method according to claim 1, wherein the dopant has an ionic functional group or a polar functional group and has electrophoretic properties. 基板上に形成した固体の表面に対して、ドーパント溶液を保持した中空部材を介して前記固体の表面に前記ドーパント溶液を接触させる工程と
前記基板を一方の電極として前記ドーパント溶液に電圧を印加して、前記固体にドーパントをパターン状にドーピングする工程と
を含むドーピング・パターン形成方法。
A step of bringing the dopant solution into contact with the solid surface via a hollow member holding the dopant solution with respect to the solid surface formed on the substrate, and applying a voltage to the dopant solution using the substrate as one electrode And doping the solid with a dopant in a pattern.
さらに、前記中空部材の開口端と前記固体表面の間の相対位置を変化させる工程を含む、請求項5に記載のドーピング・パターン形成方法。


The doping pattern forming method according to claim 5, further comprising a step of changing a relative position between the open end of the hollow member and the solid surface.


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