(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細ノズルから反応溶液の液滴を支持基板の表面へ吹き付け、前記支持基板の表面において、前記反応溶液中の構成元素を含んでなる化合物の薄膜を、前記反応溶液中の反応種の会合を通じて室温で合成することを特徴とする、薄膜形成方法。
【請求項２】
前記反応溶液を前記支持基板の表面の任意の箇所に吹き付け、前記支持基板の表面上において前記反応溶液中の構成元素からなるパターン化された薄膜を合成することを特徴とする、請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記反応溶液は２種以上の調整溶液からなり、前記支持基板上に前記調整溶液の構成元素を含んでなる化合物の薄膜を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
前記支持基板は多孔質であるとともに、前記反応溶液は２以上の調整溶液からなり、これら調整溶液の少なくとも一つを前記支持基板中に含浸させ、前記微細ノズルから前記支持基板中に含浸させた調整溶液を除く残りの調整溶液を前記支持基板の表面に吹き付け、前記支持基板の表面において前記支持基板中に含浸させた調整溶液と、前記微細ノズルから吹き付けられた前記残りの調整溶液とを反応させ、前記支持基板の表面において前記２以上の調整溶液中の構成元素からなる化合物の薄膜を合成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
前記支持基板中に硝酸鉛水溶液を含浸させ、前記微細ノズルから硫化ナトリウム水溶液を前記支持基板の表面に吹き付け、前記支持基板の表面に硫化鉛からなる薄膜を合成することを特徴とする、請求項４に記載の薄膜形成方法。
【請求項６】
前記支持基板中に塩化カドミウム水溶液を含浸させ、前記微細ノズルから硫化ナトリウム水溶液を前記支持基板の表面に吹き付け、前記支持基板の表面に硫化カドミウムからなる薄膜を合成することを特徴とする、請求項５に記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成方法に関し、さらに詳しくは、光センサー、発光材料、及びエレクトロニクス材料の分野などにおいて好適に用いることのできる薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在使用されている薄膜作製法としては、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などがある。これらの方法は、加熱を伴う多段階プロセスであったり、高真空状態を必要とするとともに、基板加熱やプラズマ発生などの高エネルギー状態を要求する。したがって、装置が大掛かりになってコスト高の問題や操作性の複雑化などの問題が発生する。
また、高エネルギー状態の発生は、全地球的な環境保護や省資源、省エネルギーにも反する。このため、このような高エネルギープロセスを伴わない新規な薄膜作製法の出現が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような高エネルギープロセスや焼成を必要としない新規な化合物薄膜の形成方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成すべく、
微細ノズルから反応溶液の液滴を支持基板の表面へ吹き付け、前記支持基板の表面において、前記反応溶液中の構成元素を含んでなる化合物の薄膜を、前記反応溶液中の反応種の会合を通じて室温で合成することを特徴とする、薄膜形成方法に関する。
【０００５】
本発明者らは、高エネルギープロセスを必要としない新規な薄膜作製法を開発すべく鋭意検討行った。その結果、所望する薄膜の構成元素を含む反応溶液を、微細ノズルによって直接基板の表面に吹き付けることにより、驚くべきことに前記構成元素を含んでなる化合物の薄膜が室温において、前記基板上に直接合成されることを見出した。そして、このようにして形成された薄膜は、アモルファスではなく結晶化した構造を呈することが判明した。
【０００６】
これは微細ノズル中の極めて少量の反応溶液中が、基板上で他の反応種と会合して所定の化合物粒子が形成されること、そして、原因は明確でないが、何らかのアンカー効果によって、前記化合物粒子が剥離や脱離を起さないためと考えられる。
また、微細ノズルはインクジェットプリンタに備え付けて使用することができるため、前記微細ノズル又は前記基板を移動させることができる。この結果、反応溶液を基板の表面の任意の箇所に吹き付けるができ、線状、点状、面状、又は立体状にパターン化された薄膜を容易に合成することができる。
【０００７】
さらに、本発明の好ましい態様によれば、基板を紙（ろ紙、光沢紙、ファインペーパー）又は布（綿、ポリエステル）などの多孔質材料から構成し、前記反応溶液を構成する少なくとも一つの調整溶液を前記基板中に含浸させ、前記反応溶液を構成する残りの調整溶液を前記微細ノズルから前記基板の表面に吹き付ける。すると、基板中に含浸させた調整溶液と吹き付けた調整溶液とが反応して、これら調整溶液の構成元素からなる薄膜が前記基板の表面において合成される。
【０００８】
このように予め多孔質の基板中に反応溶液を構成する少なくとも一つの調整溶液を含浸させておくことにより、微細ノズルから吹き付けるべき調整溶液の数が減少する。したがって、特に微細なパターンからなる薄膜を合成する場合に、パターン制御を容易に行うことができる。また、前述したアンカー効果と推定される効果によって、形成した薄膜と基板との密着性も増大する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
本発明で用いることのできる微細ノズルは特に限定されるものではなく、市販された公知のものを使用することができる。例えば、スプレー用ノズル、インクジェットプリンター用ノズル、注射針及び生化学用マイクロ針などを用いることができる。
微細ノズルの開口径は、１μｍ〜１０００μｍの範囲であることが好ましく、さらには１０μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましい。また、微細ノズルの長さは、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましく、さらには、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１０】
微細ノズルからの反応溶液の吹き付け速度は、合成すべき薄膜の種類や基板の種類、あるいは形成すべき薄膜パターンの種類に依存する。しかしながら、一般には０．００１〜０．１ｍＬ／分の間で行う。
【００１１】
また、本発明で使用することのできる基板についても、特には限定されない。例えば、半導体やセラミックスなどを使用することができる。また、上述したような紙又は布などの多孔質材料から基板を構成することにより、薄膜パターンの形成が容易になる。
【００１２】
本発明においては、基板を加熱することなく結晶性の薄膜を合成することができるが、基板の加熱操作を全く排除するものではない。例えば、高速作製や薄膜特性向上の目的で４０〜１５０℃に加熱することもできる。しかしながら、これら温度は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法において薄膜を形成する場合の基板温度（一般には４００〜８００℃）に対して著しく低い。したがって、本発明の方法は、高エネルギープロセスを必要とせず、省資源及び省エネルギーなどに合致するものである。
【００１３】
反応溶液は、形成すべき薄膜の種類に応じて、１つ又は２つ以上の調整溶液から構成することができる。
２つ以上の調整溶液を用いる場合は、これら調整溶液の内の少なくとも一つを多孔質材料からなる基板中に含浸させておくことにより、上述したようなパターン化された薄膜の形成を容易にすることができる。また、微細ノズルから発射される液滴が基板上で反応して形成される化合物粒子のアンカー効果と推定される効果が増し、形成した薄膜の密着性が増大する。
【００１４】
また、各調整溶液の濃度は形成すべき薄膜の種類、又は薄膜の形成速度などに応じて任意に決定することができる。
【００１５】
本発明の方法によって形成することのできる薄膜は、以下に示す硫化鉛、硫化カドミウムの他、酸化チタン及フェライトなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の薄膜形成方法を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１）
０．５ｍｏｌ／％の硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ３）２：関東化学製）水溶液をろ紙からなる基板中、及び布（綿６５％、ポリエステル３５％）からなる基板中に含浸させた。次いで、０．５ｍｏｌ／％の硫化ナトリウム（ＮａＳ・９Ｈ２Ｏ：和光製）水溶液を開口径７５μｍ、長さ５ｍｍのインクジェットプリンタ用ノズルに入れ、室温において前記基板の表面に吹き付け速度０．０１ｍＬ／分で、５秒間吹き付けた。
【００１７】
次いで、前記基板を水洗した後室温乾燥させた。そして、基板の表面をＸ線回折で分析したところ、図１に示すような結果が得られた。図１において上側のグラフが紙からなる基板の場合のＸ線回折スペクトルを示し、下側のグラフが布からなる基板の場合のＸ線回折スペクトルを示している。
図１から明らかなように、基板の表面には硫化鉛に起因した結晶ピークが観察された。すなわち、本実施例により、紙又は布からなる基板上に、硝酸鉛水溶液の構成元素である鉛と、硫化ナトリウム水溶液の構成元素である硫黄との化合物である結晶性の硫化鉛が合成されていることが分かる。
また、バインダーなどを用いないにもかかわらず、水洗した場合においても脱離しないことが確認された。
【００１８】
（実施例２）
０．５ｍｏｌ／％の塩化カドミニウム（ＣｄＣｌ２・２．５Ｈ２Ｏ：和光製）水溶液をろ紙からなる基板中、及び布（綿６５％、ポリエステル３５％）からなる基板中に含浸させた。次いで、０．５ｍｏｌ／％の硫化ナトリウム（ＮａＳ・９Ｈ２Ｏ：和光製）水溶液を開口径７５μｍ、長さ５ｍｍのインクジェットプリンタ用ノズルに入れ、室温において前記基板の表面に吹き付け速度０．０１ｍＬ／分で、５秒間吹き付けた。
【００１９】
次いで、前記基板を水洗した後室温乾燥させた。そして、基板の表面をＸ線回折で分析したところ、基板の表面には硫化カドミニウムに起因した結晶ピークが観察された。すなわち、本実施例により、紙又は布からなる基板上に、塩化カドミニウム水溶液の構成元素であるカドミニウムと、硫化ナトリウム水溶液の構成元素である硫黄との化合物である結晶性の硫化カドミニウムが合成されていることが確認された。
【００２０】
以上、発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明の内容は上記に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば室温において所定の基板上に薄膜を合成して形成することができる。このため、従来のＣＶＤ法やＰＶＤ法などのように高温基板加熱やプラズマの発生などを必要とすることがない。したがって、高エネルギープロセスを必要としない新規な薄膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の薄膜形成方法により合成した硫化鉛薄膜のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。
【図１】
0003697505.tif 000002