JP2018076205A - 積層体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1)以下の工程を含む積層体の製造方法。
工程1:基板上にスパッタリングをおこなうことにより、基板上に炭素膜を形成する工程、
工程2:工程1で得られた炭素膜上に、分圧比率20体積%以上の水素存在下でスパッタリングをおこなうことにより、炭素膜上に金属触媒層を形成する工程、
工程3:工程2で得られた積層体を300℃以下の温度まで加熱する工程、
工程4:工程3で得られた積層体から金属触媒層を除去する工程。
2)金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜の膜厚が50nm以下である、上記1)に記載の積層体の製造方法。
3)金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜の抵抗率が25Ωcm以下である、上記1)または2)に記載の積層体の製造方法。
4)金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜が、X線光電子分光スペクトル(XPS)によるC1sスペクトルにおいて292〜294eVにピークを有するものである、上記1)〜3)のいずれか1つに記載の積層体の製造方法。
5)金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜が、炭素原子の結合におけるSP2結合の割合が、SP2結合とSP3結合をあわせた値に対して45%以上である、上記1)〜4)のいずれか1つに記載の積層体の製造方法。
6)金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜の表面抵抗と光線透過率を直交する2次元プロットとした時、原点とプロットを結ぶ線分と光線透過率の軸とのなす角の角度が20°以下である、上記1)〜5)のいずれか1つに記載の積層体の製造方法。
スパッタ時の印加電圧および電力を大きくすると、ターゲットから飛び出すスパッタ粒子(炭素原子)のエネルギーが大きくなる。そのため、基板上に形成される炭素膜2は、後の処理によってグラフェンライクな炭素膜2´に成長しやすいクラスター状となりやすくなる。従って、基板1の表面へのグラフェンライクな炭素膜の形成を促進するために、炭素のスパッタは高パワーで行われることが好ましい。炭素をスパッタする際のパワー密度は、0.5W/cm2以上が好ましく、0.8W/cm2以上がより好ましく、1W/cm2以上がさらに好ましい。炭素をスパッタする際のパワー密度の上限は特に限定されないが、ターゲットの熱割れや基板へのダメージ防止等の観点から、10W/cm2以下が好ましく、8W/cm2以下がより好ましく、6W/cm2以下がさらに好ましい。
ポリエチレンテレフタレートフィルムを10cm×10cmのサイズに切り出し、スパッタ装置のチャンバー内に設置した。カソードにグラファイトターゲットをセットし、チャンバー内を真空排気後に、アルゴンをチャンバー内に導入しながら、基板温度30℃、チャンバー内圧力0.8Paの条件下で、DC電源を用いて0.1kWの放電電力(放電パワー密度:5.1W/cm2)で189秒間、スパッタを行った。得られたグラファイト薄膜の膜厚は、14nmであった。
ポリエチレンテレフタレートフィルムを10cm×10cmのサイズに切り出し、スパッタ装置のチャンバー内に設置した。カソードにニッケル−クロム合金(クロム7重量%含有)ターゲットをセットし、チャンバー内を真空排気後に、アルゴンを30sccmチャンバー内に導入しながら、基板温度30℃、チャンバー内圧力0.8Paの条件下で、DC電源を用いて0.02kWの放電電力(放電パワー密度:1.0W/cm2)で23秒間、スパッタ製膜を行った。得られたニッケル−クロム合金薄膜の膜厚は、30nmであった。
基板のポリイミドフィルムを10cm×10cmのサイズに切り出したものとし、スパッタ装置のチャンバー内に設置した。カソードにニッケル−クロム合金クロム7重量%含有)ターゲットおよびグラファイトターゲットをセットし、参考例1と同一の条件で炭素膜を製膜後、水素供給量を10sccmと設定した以外は参考例2と同一の条件で、炭素膜の表面にニッケル−クロム合金のスパッタを実施した。
実施例2では基板をポリイミド、それ以外では基板をポリエチレンテレフタレートフィルムとし、金属触媒層の形成条件について表1となるよう水素ガスを供給したこと以外は、実施例1と同様にスパッタ製膜を実施した。
参考例1で作製したフィルムを適用した。
実施例1〜4および比較例1〜3について、表1に示す温度で1時間熱処理を実施した。熱処理は真空槽内で赤外線ヒーターを用いたRTA(Rapid Thermal Annealing)法を適用した。
実施例1〜4および比較例1〜2について、濃硝酸(60%)に浸漬することで、金属触媒層を除去した。
炭素膜の抵抗率は、シート抵抗測定器(ハイレスタ−UX MCP−HT800、三菱アナリテック製)を用いて測定した抵抗値と透過型電子顕微鏡を用いて断面観察した膜厚から算出した。XPS測定はX線光電子分光装置(PHI5000V、アルバック・ファイ製)を用い、アルミニウムを線源とした。SP2結合比率はXPSの275〜295eV(C1s)のピークをガウス関数により分離・フィッテングすることで算出した。
水素供給量について、実施例3〜4および比較例1〜2より、水素を供給することで抵抗率の低下および相関角度の低下を確認した。SP2結合比率の向上も見られたことから、水素供給により触媒能力が向上し、グラフェンライクな炭素膜の形成が促進されたことがわかった。
熱処理の温度の影響について、実施例1〜3から、温度を上げることで抵抗率・相関角度ともに小さくなることがわかった。温度によってSP2結合比率に顕著な傾向はみられなかったことから、温度を上げることでグラフェンライク炭素の相関の相互作用が強くなっていくことが予想される。
2:炭素膜
2’:グラフェンライク炭素膜
3:金属触媒層
Claims (6)
- 以下の工程を含む積層体の製造方法。
工程1:基板上にスパッタリングをおこなうことにより、基板上に炭素膜を形成する工程、
工程2:工程1で得られた炭素膜上に、分圧比率20体積%以上の水素存在下でスパッタリングをおこなうことにより、炭素膜上に金属触媒層を形成する工程、
工程3:工程2で得られた積層体を300℃以下の温度まで加熱する工程、
工程4:工程3で得られた積層体から金属触媒層を除去する工程。 - 金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜の膜厚が50nm以下である、請求項1に記載の積層体の製造方法。
- 金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜の抵抗率が25Ωcm以下である、請求項1または2に記載の積層体の製造方法。
- 金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜が、X線光電子分光スペクトル(XPS)によるC1sスペクトルにおいて292〜294eVにピークを有するものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。
- 金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜が、炭素原子の結合におけるSP2結合の割合が、SP2結合とSP3結合をあわせた値に対して45%以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。
- 金属触媒層を除去した後の積層体の炭素膜の表面抵抗と光線透過率を直交する2次元プロットとした時、原点とプロットを結ぶ線分と光線透過率の軸とのなす角の角度が20°以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。
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