(57)【要約】【課題】多大なエネルギーを要することなく、低コストで簡便に優れた物性を有するテルル酸化物系の超薄膜を提供する。【解決手段】固体表面に有機ジテルリド化合物を用いて作製されるテルル酸化物を含む超薄膜である。この有機テルル化合物としては、脂肪族ジテルリドまたは芳香族ジテルリドを用いることが好ましい。このテルル酸化物系超薄膜を用いると、電気材料や光学材料等に用いられる各種部品の軽量化、省エネ化及び高密度化が可能である。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体表面に有機ジテルリド化合物を用いて作製されるテルル酸化物を含む超薄膜。
【請求項２】
有機テルル化合物が、脂肪族ジテルリド及び芳香族ジテルリドから選ばれたものであることを特徴とする請求項１に記載の超薄膜。
【請求項３】
固体が、金属、半導体及び絶縁体から選ばれたものであることを特徴とする請求項１に記載の超薄膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子材料、光学材料、センサー及び家電製品等に用いられるナノメーターオーダーの超薄膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、技術の進歩にともなって、広範な分野で新材料の開発が行われてきている。クラーク数の比較的低い金属テルル及びその化合物についても、その需要が増大してきている。その理由として半導体、太陽電池、赤外検出器、エミッター、熱発電機などの部品における電気的および光学的性能の向上、材料の成形加工の容易さやゴムの硬化剤などの物理的性能の向上が強く要望されていることによるものである。なかでも、テルル酸化系の材料は、優れた絶縁性、圧電性及び強誘電性などの優れた特性を有していることから、各種の部品に応用されている。
【０００３】
一方、この種の技術分野のより一層の発展には、さらなる部品の軽量化、微細化（ナノメーターレベルの超薄膜化：ナノメーター＝　１０−９　ｍ）が必要である。これらを達成することにより、より省エネルギー型の製品の提供が可能となる。そのため、超薄膜の形成にスパッタ技術などを駆使した薄膜作製方法などが試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、実用化されている方法では、厚さ１ｎｍレベルの薄膜を作製するには多大なエネルギー及び高コストを必要としていること、また、テルル系化合物は毒性を有するために取り扱いが難しく、制御された良好な薄膜を作製することは困難である。
本発明は、従来の技術における上記した実状に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、より簡便で安全な手法によりテルル酸化物系の超薄膜及びその作製方法を提供すること、つまり、多大なエネルギーを要することなく、低コストで簡便に優れた物性を有するテルル酸化物系の超薄膜を提供することにある。これによりテルル酸化系を用いた各部品の軽量化、省エネ化、高密度化を可能にする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ナノメーター（ｎｍ）サイズのテルル酸化物を主成分とする超薄膜の形成方法について、鋭意検討を重ねた結果、特定のテルル化合物を用いることにより良好なテルル酸化物の超薄膜を簡易に作製できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、固体表面に有機ジテルリド化合物を用いて作製されるテルル酸化物を含む超薄膜を提供する。その有機ジテルリド化合物としては、脂肪族ジテルリド及び芳香族ジテルリドから選ばれたものが好ましい。また、その表面にテルル酸化物を含む超薄膜を作製する固体としては、金属、半導体及び絶縁体から選ばれるものであることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、簡便に入手できるＴｅ−Ｔｅ結合を持つ有機ジテルリド化合物を用いることにより、高価な装置を必要としない気相法や液相法によって固体の表面上に主にテルル酸化物からなる超薄膜を簡易に作製することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の超薄膜の作製に用いる原料の有機ジテルリド化合物としては、次の一般式（１）で表されるものである。
Ｒ１−Ｔｅ−Ｔｅ−Ｒ２　　　　　　　　　　　（１）
上記一般式（１）において、　Ｒ１　及びＲ２　は、同一でも異なっていても良く、それぞれ、炭化水素基、置換基を有する炭化水素基、複素環基、置換基を有する複素環基から選ばれる。
その炭化水素基としては、飽和または不飽和の鎖状炭化水素類、飽和または不飽和の環状炭化水素類、芳香族炭化水素類、多環炭化水素類であって、具体的には、炭素数１〜３０のアルキル基またはアルケニル基、フェニル、ナフチル、アントラセニルに代表されるベンゼン系芳香族炭化水素基などが挙げられる。なかでも、取り扱いの容易なブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル等のアルキル基及びフェニルが好ましい。
【０００８】
また、複素環基としては、異種原子として、フランに代表される酸素系、チエニル、ベンゾチエニル、テトラチアフルバレンに代表される硫黄系、ピロール、ピリジン、イミダゾールに代表される窒素系の複素環基が挙げられる。さらに、これらの置換基としては、アルキル、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選ばれるハロゲン、カルボン酸、エステル、アルデヒド、エーテル、ヒドロキシ、ニトロ、シアノ、アミノ、アミド、スルフィド、スルフォキシド、スルホン酸などに代表される化学官能基が挙げられる。
【０００９】
上記した有機基をジテルリド結合の両端に導入することによって、一般の無機材料にはない高い蒸気圧を有する有機ジテルリド化合物を実現できる。この性質を利用する場合、実際の膜の調製は、図１に示すように、自然に一部気化した有機ジテルリドを基板に吸着させて、超薄膜を形成させる方法が好ましい。
【００１０】
また、図２に示す溶液法を用いても、超薄膜を作製できる。その際、溶媒としては、使用する有機ジテルリドを溶解させるものであれば使用可能であって、具体的には、脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アルコール類、ガソリン類、エーテル類等が挙げられる。この方法は、特に蒸気圧の低い分子に対して有効である。この溶液法の場合、適当な濃度の有機ジテルリド溶液に基板を浸し、その後、有機溶媒で洗浄した後、乾燥させることにより、目的とする超薄膜が得られる。
さらに、図３に示す真空蒸着法も、超薄膜を作製できる。この場合には、適当な真空中にリークバルブを通して有機ジテルリドを導入し、その後、空気存在下の常圧にすることにより、目的とする超薄膜が得られる。
【００１１】
本発明の超薄膜は、有機ジテルリドを固体表面に吸着させることにより作製されるが、その際、有機ジテルリド化合物は、空気中の酸化剤（酸素や水分子）によって酸化されることで、その膜作製が完結する。そのため、空気酸化の過程が重要であって、得られる超薄膜は、通常テルルの酸化膜である。
【００１２】
図３に示す方法の場合、真空度にもよるが超高真空（１０−１０　ｔｏｒｒ）では、有機ジテルリド酸化膜は酸素源がないため形成されず、空気にさらすことにより始めて有機ジテルリド酸化膜が形成されることとなる。
現在、本発明により得られる有機ジテルリド酸化膜には、様々な研究から２種得られていることが判明しており、その１つは前記有機ジテルリドの有する有機基が得られた酸化膜に残存している場合であり、他の１つはその有機基が酸化膜に残っておらず解離してしまう場合である。
【００１３】
前者の一例として、長鎖アルキルのオクチル基を有するジテルリド酸化膜では、オクチル基が膜上に残存しており、オクチルジテルリド酸化膜は一週間水中に浸漬しても膜は変化することはない。これに対し、後者の一例として、ブチル基を有するジテルリド酸化膜では、酸化膜にブチル基は殆ど残存せず、酸化テルル系の酸化膜が形成される。前者の場合、ジテルリド酸化膜はテルリン酸、後者の場合、ジテルリド酸化膜は二酸化テルルから主に成り立っている。これら両者の違いは、置換基の性質によるものであって、膜内のパッキング状態、結合解離定数、酸化剤の浸透速度等が関係している。
【００１４】
本発明の超薄膜の作製に用いる固体表面は、金、銅、アルミニウム等の金属表面、シリコン半導体表面及びガラスや高分子化合物（ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ＰＥＴ等）から選ばれるものであり、各表面の性質により膜形成の機構が異なることになる。例えば、金属表面が金の場合、この金属は最も安定な貴金属であるため最表面には金属の酸化膜は形成されず、ジテルリド化合物は金表面と直接反応し、その後空気酸化によりジテルリド酸化膜が形成される。一方、金属表面が銅やアルミニウムの場合、一般に最表面は酸化銅、アルミナの金属酸化膜となっているため、ジテルリドは直接に金属と反応することができない。そこで、強酸もしくは強アルカリで表面処理した金属の最表面を用いると、ジテルリド化合物は金表面と直接反応し、その後、空気酸化によりジテルリド酸化膜を形成することができる。
【００１５】
シリコン半導体表面の場合、最表面は一般にシリコン酸化膜となっており、ジテルリドは直接に半導体と反応することができない。そこで、その表面を強アルカリで処理して親水化し、これとジテルリドを反応させることによりジテルリド酸化膜を形成できる。また、ガラスや高分子表面の場合、表面や側鎖の状態にもよるが、ジテルリド化合物は反応を容易に起こすことができない。この場合、ジテルリドは表面にファンデアワールス力による物理吸着が起こり、その後、空気酸化が誘起されることでジテルリド酸化膜が形成される。この酸化膜の場合、結合は化学結合よりむしろ物理的な吸着であるので吸着力は比較的弱くなるが、テルル酸化物と親水表面との脱水反応によりこれを強化できる。
【００１６】
本発明で得られる超薄膜の膜厚は、超微細加工に好適であって、０．５〜１００ｎｍの範囲であるが、より好ましくは０．５〜１０ｎｍである。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
実施例１　（溶液法を用いた場合）
ジオクチルジテルリドをトルエンに溶解させ、濃度約１ｍＭ（１０−３ｍｏｌ／ｌ）の溶液を調整した。この溶液中に金を蒸着した基板を浸し、約１日放置した。次に、その基板を引き上げ、別に用意した純粋なトルエンでリンス洗浄し、これに空気を吹き付けて乾燥させることにより、金表面に厚さ約１ｎｍの絶縁超薄膜が形成された。
また、ジオクチルジテルリドに代えて、ジブチルジテルリド、ジフェニルジテルリドを用いた場合にも、同様にして絶縁超薄膜が形成された。
【００１８】
実施例２　（常圧気相法を用いた場合）
ジブチルジテルリドを、図１に示すような適当な容器に入れた。この容器に金を蒸着した基板を共存させ、室温で約１日放置した後、その基板を取り出したところ、厚さ約１ｎｍの絶縁超薄膜が形成されていた。
また、ジブチルジテルリドに代えてジオクチルジテルリドを用いる場合には、５０℃以上の温度に上げて約１日放置する必要がある。
【００１９】
実施例３（真空気相法を用いた場合）
ジブチルジテルリドを、図３に示したリークバルブにセットする。
まず、金を蒸着した基板を真空容器内に装着し、真空容器内の真空度を１０−７ｔｏｒｒにした。次に、リークバルブの栓をゆるめて真空にした後、ジブチルジテルリドを導入した。その際、気体となったジブチルジテルリドの一部が外部に流出するのを防止するため、冷却トラップや過酸化水素水トラップなどのトラップ処理を行った。蒸着後、リークバルブを閉め、容器内を１気圧に戻した後、基板を取り出したところ、厚さ約１ｎｍの絶縁超薄膜が形成されていた。
【００２０】
実施例１〜３で得られた薄膜の抵抗値測定を、マイクロコンタクト原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定したところ、膜厚が１ｎｍと非常に薄いにもかかわらず、約１０１１Ωの抵抗値を示した。また、ジテルリドと周期律表において同じカルコゲン族に位置するジスルフィド、ジセレニドの膜を同様な条件で測定したところ、抵抗値は格段に低く、ジテルリド膜の抵抗効率は高いことが示された。また、Ｘ線光電子分光の研究によって、有機ジテルリド化合物を用いて調製した膜は、テルル酸化膜であることが明らかとなった。さらに詳しい解析により、分子は表面に吸着後テルルーテルル結合が解離し、空気中の酸化源により速やかに酸化され、酸化テルル膜を生成することがわかった。この場合、テルル化合物膜は、化学的に基板に固定された状態にあるので、空気中に取り出しても毒性の化合物が飛散することはない。
このようにジテルリドは、自動的に固体表面でテルル酸化膜となることが初めて明らかとなり、これが本発明における膜作製の重要な機構をなしている。走査型プローブ顕微鏡の研究により、膜は無定形ななめらかな膜であり、非常に薄いことが明らかとなった。また、得られる脂肪族および芳香族酸化テルル膜の厚さは、数ｎｍ以下と極めて薄いものであることが分かった。
【００２１】
本発明において用いられるテルル化合物は、一般に有毒とされており、その取扱いには注意が必要である。図１〜３に示すいずれの方法も、化合物のドラフトや低温、ケミカルトラップ、さらにリサイクルなど作製装置、環境などに十分考慮して行うべきである。従って、製品として用いる時の取り扱い、廃棄する際の回収方法も、現在既存の技術を駆使して十分に対処する必要がある。酸化テルル系を酸で溶解処理し、それを沈殿回収し、さらには精製するなど、産業界における再利用（リサイクル）の構築も大切である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の有機ジテルリドを用いて作製される膜は、簡便に絶縁性、圧電性及び誘電性に優れた超薄膜であって、より微細な部品加工において役立つ可能性の高いものであり、将来の製品の軽量化、省エネルギー化に向けて貢献できるものである。なかでも、薄膜型トランジスタのゲート接合部分、水溶液中ＳＴＭ測定に必要な金属チップのコーティング、圧電性を利用した微細部品、微細なコンデンサー、記録媒体用の薄膜などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における常圧気相法を用いた薄膜作製の一例を示す概念図である。
【図２】本発明における液相法を用いた薄膜作製の一例を示す概念図である。
【図３】本発明における真空気相法を用いた薄膜作製の一例を示す概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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