JP4212703B2 - 多孔質薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能性薄膜の技術分野にかかり、特に、多孔質薄膜を有する機能性薄膜の技術分野に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年では、超親水性と防汚効果が得られる薄膜材料として、酸化チタン(TiO2)が注目されている。
【0003】
酸化チタンの結晶系は、アナターゼ型、ルチル型、及びブルッカイト型があるが、アナターゼ型が最も高い光学活性を示すことが知られている。アナターゼ型の酸化チタン薄膜は光触媒の一種であり、紫外線が照射されると活性化し、空気中の酸素からヒドロキシラジカルやスーパーオキサイドアニオンを生成し、酸化チタン薄膜表面に付着した有機汚染物質を分解すると、セルフクリーニング効果が発現する。また、汚染物質が分解されることにより、表面が清浄になる結果、超親水性が得られる。
【0004】
図5は、酸化チタン薄膜が表面に形成された基板170上に水滴171を載せた場合の接触角θを示している。酸化チタン薄膜表面に紫外線を照射した後、水滴171を載せると、照射しない場合に比べ、接触角θは小さくなる。図6のグラフに示すように、照射時間が長くなると接触角θは小さくなり、特に、照射時間が40分以上の場合に、接触角θは10°以下になる(接触角θが20°以下の場合を親水性、10°以下の場合を超親水性であるものとする)。
【0005】
図7の符号110は、上記のような酸化チタンを応用した鏡である。
この鏡110は、ソーダライムガラスから成る基板111を有しており、その裏面には反射層(クロム層)118が形成され、表面にはシリコン酸化物薄膜から成るバリア薄膜112が形成されている。
【0006】
そのバリア薄膜112の表面には、酸化チタン粉末の分散液が吹き付けられた後、焼成され、膜厚約3000Å程度の酸化チタン薄膜113が形成されている(ゾル・ゲル法)。
【0007】
バリア薄膜112はナトリウム等の基板111中の不純物拡散を防止するための薄膜であり、基板111表面に直接酸化チタン薄膜113を形成した場合、酸化チタン薄膜113の焼成の際に、基板111中に含まれるナトリウム成分が酸化チタン薄膜113中に侵入し、チタン−ナトリウム化合物が生成されてしまい、酸化チタン薄膜113の光触媒機能が失われてしまう。
【0008】
この酸化チタン薄膜113の表面には、更にシリコン酸化物から成る親水性薄膜114が形成されている。この親水性薄膜114は80〜150Å程度とごく薄く形成されているため、下層の酸化チタン薄膜113の光触媒能力が親水性薄膜14表面でも発現し、セルフクリーニング効果や超親水性効果を得ることができる。
【0009】
近年では、酸化チタン薄膜の車両等への応用が期待されており、表面に親水性薄膜114を有していることから、紫外線が照射されない環境でもある程度の親水性を確保でき、紫外線が照射されると酸化チタン薄膜113のセルフクリーニング効果が得られるメンテナンスフリーのドアミラーが得られている。
【0010】
しかしながら、上記のような親水性薄膜114では、膜厚を厚くすると酸化チタン113の光触媒効果が得られなくなってしまうため、親水性薄膜113は、ごく薄くしか形成できず、そのため、膜厚制御が困難であり、また、耐久性が悪いという問題がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、酸化チタン薄膜の光触媒機能を損なわない機能性薄膜を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、真空雰囲気中に酸化チタン薄膜が形成された基板を配置し、ヘキサメチルジシロキサンを薄膜材料とし、前記真空雰囲気中に前記薄膜材料の蒸気を放出させ、前記酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成した後、前記薄膜に紫外線を照射し、前記薄膜を多孔質のシリコン酸化物薄膜とすることを特徴とする。
【0013】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の多孔質薄膜の製造方法であって、前記薄膜材料の蒸気をプラズマ化して前記真空雰囲気中に放出させることを特徴とする。
【0014】
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の多孔質薄膜の製造方法であって、前記紫外線の波長は1800Å〜2600Åであることを特徴とする。
【0018】
本発明は上記のように構成されており、無機元素を構造中に有する有機化合物を薄膜材料とし、その薄膜材料の蒸気を真空雰囲気中に放出させ、先ず、酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成した後、その薄膜に紫外線を照射し、薄膜中に含まれる有機化合物を分解除去し、無機化合物を主成分とする薄膜を形成している。
【0019】
紫外線で有機化合物を分解すると、分解生成物が気体となって薄膜中から放出される。放出後は空孔が形成されるので、薄膜が多孔質化する。
【0020】
有機化合物を含む薄膜の下層には酸化チタン薄膜が形成されているので、紫外線が照射されると酸化チタン薄膜が活性化し、光触媒機能によって有機化合物を分解するので、有機化合物が残ることはなく、薄膜の多孔質化が促進される。
【0021】
酸化チタン表面の薄膜は、無機元素を構造中に含む有機化合物を蒸着材料とし、蒸着法によって形成してもよいし、CDV法によって形成してもよい。いずれの場合でも、蒸着材料蒸気をプラズマ化し、薄膜を形成することができる。
【0022】
薄膜材料にヘキサメチルジシロキサンを用いると、先ず、酸化チタン表面に有機化合物を含むシリコン酸化物薄膜が形成され、紫外線照射により、多孔質のシリコン酸化物薄膜が形成される。一般的に、有機化合物を含む薄膜は疎水性であるが、紫外線照射で有機化合物が分解除去されると親水性になる。
【0023】
多孔質薄膜の底面下には下層の酸化チタン薄膜が露出しているので、表面には両方の性質が発現される。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の機能性薄膜と機能性基板を、本発明の酸化チタン薄膜製造方法と共に説明する。
【0025】
図2を参照し、符号9は、本発明方法に用いることができる成膜装置の一例である。この成膜装置9は、基板搬出入室40と、第1〜第3の成膜室41〜43と、搬送室44とを有している。
【0026】
図1(a)〜(e)の符号11は、成膜対象の基板(ガラス基板)を示している。
上記成膜装置9を用い、機能性薄膜を形成する場合、予め図示しない真空ポンプによって各室40〜44を真空雰囲気にしておき、基板搬出入室40だけを大気に開放し、図1(a)に示した基板11を搬入する。基板搬出入室40内を真空排気した後、内部を搬送室44と接続し、搬送室44を通して、基板11を第1の成膜室41内に搬入する。
【0027】
第1の成膜室41はスパッタリング装置であり、内部には、シリコン酸化物から成るターゲットが配置されている。第1の成膜室41内にスパッタリングガスを導入し、ターゲットをスパッタリングし、基板11表面にシリコン酸化物薄膜から成るバリア薄膜12を成長させる(図1(b))。
【0028】
バリア薄膜12が所定膜厚に形成された後、基板11を、第1の成膜室41内から第2の成膜室42内へ移動させる。
【0029】
第2の成膜室42もスパッタリング装置であり、内部には酸化チタンターゲットが配置されている。第2の成膜室42内にアルゴンガスと酸素ガスとを導入し、酸化チタンターゲットをスパッタリングし、バリア薄膜12表面に酸化チタン薄膜13を成長させる(図1(c))。
【0030】
酸化チタン薄膜14が所定膜厚に形成された後、基板11を第2の成膜室42から第3の成膜室43に移動させる。
【0031】
第3の成膜室43は蒸着装置であり、図3に示すように、真空槽71を有している。真空槽71の底壁側には、プラズマ発生源50が配置されている。プラズマ発生源50は、プラズマ容器51と、該プラズマ容器51周囲に巻回されたコイル52を有している。このコイル52は、真空槽71の外部に配置された高周波電源53に接続されている。
【0032】
また、真空槽71の外部には、蒸着材料源60が配置されている。蒸着材料源60は、筺体61と、該筺体61内に収容された原料容器62とを有しており、容器60内には、液体状の薄膜材料63が封入されている。ここでは薄膜材料63として、下記化学式で示されるヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)が封入されている。
【0033】
【化1】
【0034】
原料容器62は、パイプ64によって蒸着材料源60に接続されている。筺体61内には、図示しないヒータが配置されており、原料容器62を加熱することで、薄膜材料63を昇温させ、薄膜材料63の蒸気を生成できるように構成されている。
【0035】
第3の成膜室43内に搬入された基板11は、酸化チタン薄膜13をプラズマ発生源50側に向け、真空槽71内の天井側に配置される。
【0036】
筺体61内のヒータにより、薄膜材料63を80℃程度に昇温させ、薄膜材料63の蒸気を発生させた後、パイプ64に設けられたバルブ65を開けると、薄膜材料63の蒸気はプラズマ容器51内に導入される。このとき、真空槽71は真空排気しておく。
【0037】
次に、高周波電源53を起動し、コイル52に高周波電圧(13.56MHz)を印加すると、プラズマ容器51内で、薄膜材料63の蒸気のプラズマが生成される。符号54は、そのプラズマを示している。
【0038】
薄膜材料63の蒸気はプラズマ54中で分解され、その生成物が真空槽71内に放出される。基板11方向に向かった生成物が酸化チタン薄膜13表面に付着するとその部分に薄膜が成長する。
【0039】
図1(d)の符号14は、その薄膜を示しており、所定膜厚に形成された後、第3の成膜室43から基板搬出入室40に移動させ、大気中に取り出す。
【0040】
この薄膜14は、メチル基を多量に含有するので疎水性を有している。薄膜14が形成された基板11を、図4に示すような紫外線照射装置46に搬入する。
【0041】
この紫外線照射装置46は、反応槽73を有しており、該反応槽73内には、紫外線ランプ74が配置されている。薄膜14を紫外線ランプ74側に向け、基板11を反応槽73内に配置し、薄膜14表面に紫外線を照射すると、薄膜14中に含まれるメチル基が分解除去され、シリコン酸化物薄膜が形成される。シリコン酸化物薄膜は親水性であり、従って、薄膜14の性質は、疎水性から親水性に変化する。
【0042】
また、有機化合物が分解されると、生成物は気体となって放出されるので、その結果、薄膜14は、図1(e)の符号15で示すように孔19が多数形成された多孔質薄膜になる。従って、薄膜14を50Å〜120Å程度に形成しておくと、孔19底面に酸化チタン薄膜13表面が露出し多孔質薄膜15が形成される。このような多孔質薄膜15と、その下層の酸化チタン薄膜13とで構成された機能性薄膜2は、紫外線が照射される環境下では、酸化チタン薄膜13のセルフクリーニング機能と超親水性とが発現する。他方、多孔質薄膜15は親水性性を有しているので、紫外線が照射されない環境下でも機能性薄膜2表面には水滴が形成されない。
【0043】
従って、基板11上に上記機能性薄膜2が形成された機能性基板5を用いてドアミラー等の鏡を作製した場合、夜間でも水滴が形成されないため、視認性のよいドアミラーが得られる。
【0044】
なお、薄膜14中に含まれる有機化合物を分解するために紫外線を照射しているので、薄膜14底面下の酸化チタン薄膜13が活性化し、メチル基等の有機化合物を分解するので、薄膜14は短時間で多孔質化し、また、多孔質薄膜15中の残留炭素成分も少なくなる。特に波長3500Å以下(1800〜2600Å程度)の紫外線を用いると、光触媒機能が強く発現される。
【0045】
以上は、酸化チタン薄膜をスパッタリング法で形成したが、本発明はスパッタリング法に限定されるものではなく、蒸着法で形成してもよい。また、酸化チタン粒子を含む溶液を塗布・焼成することにより形成した酸化チタン薄膜も含まれる。要するに、光触媒機能を有する酸化チタン薄膜であればよい。
【0046】
また、上記多孔質薄膜は、薄膜材料の蒸気をプラズマ化し、酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成したが、酸化チタン薄膜表面に、CVD法で薄膜を形成し、その薄膜に紫外線を照射して有機化合物を分解除去し、多孔質化してもよい。要するに、酸化チタン薄膜表面に無機元素と有機化合物とを含む薄膜を形成し、紫外線照射によって有機化合物を分解除去し、多孔質化された多孔質薄膜であればよい。
【0047】
更に、上記多孔質薄膜は親水性であったが、本発明の多孔質薄膜形成方法は、親水性の多孔質薄膜を形成する場合に限定されるものではない。要するに、紫外線の照射により、多孔質化できる薄膜に広く適用することができる。その場合、酸化チタン薄膜の光触媒機能が発現できる紫外線を利用すると効果的である。
【0048】
【発明の効果】
酸化チタン薄膜表面に親水性の多孔質薄膜を形成できるので、紫外線が照射されない環境下でも親水性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(e):本発明の機能性薄膜及び機能性基板の製造方法の一例を説明するための図
【図2】本発明の機能性薄膜製造に用いることができる成膜装置の一例
【図3】酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成する装置の一例
【図4】本発明の機能性薄膜製造に用いることができる紫外線照射装置の一例
【図5】接触角θを説明するための図
【図6】紫外線照射時間と接触角θの関係を示すグラフ
【図7】従来技術の機能性薄膜を説明するための図
【符号の説明】
2……機能性薄膜
5……機能性基板
11……ガラス基板
13……酸化チタン薄膜
14……無機元素と有機化合物を含む薄膜
15……多孔質薄膜
54……薄膜材料蒸気のプラズマ
63……薄膜材料
Claims (3)
- 真空雰囲気中に酸化チタン薄膜が形成された基板を配置し、
ヘキサメチルジシロキサンを薄膜材料とし、
前記真空雰囲気中に前記薄膜材料の蒸気を放出させ、前記酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成した後、
前記薄膜に紫外線を照射し、前記薄膜を多孔質のシリコン酸化物薄膜とすることを特徴とする多孔質薄膜の製造方法。 - 前記薄膜材料の蒸気をプラズマ化して前記真空雰囲気中に放出させることを特徴とする請求項1記載の多孔質薄膜の製造方法。
- 前記紫外線の波長は1800Å〜2600Åである請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の多孔質薄膜の製造方法。
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