(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中でＴiＯ2膜上にスパッタリングによってＳiＯ2膜を積層する光触媒膜の形成方法であって、
前記ＳiＯ2膜を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗのいずれか１種の金属添加物を含有するＳｉターゲットを用いて直流マグネトロンスパッタリングを行うことにより粒状に形成することを特徴とする光触媒膜の形成方法。
【請求項２】
真空中でＴiＯ2膜上にスパッタリングによってＳiＯ2膜を積層する光触媒膜の形成方法であって、
前記ＳiＯ2膜を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗのいずれか１種の金属からなるターゲットとＳｉターゲットを用いて直流マグネトロンスパッタリングを行うことにより粒状に形成することを特徴とする光触媒膜の形成方法。
【請求項３】
前記ＳiＯ2膜の膜厚が５〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の光触媒膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高感度の光触媒性を有する膜を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光触媒に関する技術が進展しているが、最近では、例えば室内において光触媒（分解）機能を有するような高感度の光触媒膜が求められている。
【０００３】
従来、高感度の光触媒性を有する膜を作成する方法としては、原料（例えば、ＴｉＯｘ）のアルコキシド溶液をディップコートし、熱処理によってＴiＯ2膜を形成し、更にタングステン酸膜をコートした後に熱処理を行って積層膜を形成する方法が知られている。
【０００４】
また、原料のアルコキシド溶液等に、例えばクロムなどの金属を添加する方法も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術においては、十分な感度の光触媒性が得られていない。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、高感度の光触媒能力を有する光触媒膜の形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、真空中でＴiＯ2膜上にスパッタリングによってＳiＯ2膜を積層する光触媒膜の形成方法であって、前記ＳiＯ2膜を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗのいずれか１種の金属添加物を含有するＳｉターゲットを用いて直流マグネトロンスパッタリングを行うことにより粒状に形成することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、真空中でＴiＯ2膜上にスパッタリングによってＳiＯ2膜を積層する光触媒膜の形成方法であって、前記ＳiＯ2膜を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗのいずれか１種の金属からなるターゲットとＳｉターゲットを用いて直流マグネトロンスパッタリングを行うことにより粒状に形成することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記ＳiＯ2膜の膜厚が５〜２０ｎｍであることを特徴とする。
【０００８】
本発明者等の研究によれば、例えば図６に示すように、ＴiＯ2膜の表面においてＳiＯ2膜が小さな粒状に成長し、ＴiＯ2膜の表面が一部露出した状態になっている場合に最も光触媒能力が高いことが判明している。
【０００９】
これは、このような状態では光の照射面において量子効果によって電子が放出されやすくなっているからであると考えられる。
【００１０】
加えて、本発明においては、ＳiＯ2膜を形成する際にＳｉターゲットと所定の金属添加物を用いてスパッタリングを行うことによって、光が照射された場合に電子が放出されやすい金属添加物がＳiＯ2膜に含有されるため、光触媒の感度が大幅に向上させることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光触媒膜の形成方法の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図である。
図１に示すように、本実施の形態に用いられるスパッタリング装置１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽２を有し、この真空槽２内には、例えば、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスと、反応ガスである酸素ガス（Ｏ2）が導入されるようになっている。
【００１３】
真空槽２の例えば上部には、成膜対象物である基板３が配置され、さらに、真空槽２の下部には、図示しないマグネットを有するサセプタ４上にターゲット５が配置される。
【００１４】
ここでは、基板３の表面に、例えばスパッタリング法によってＴiＯ2膜６が形成されている。そして、ターゲット５側を陰極、基板３側を陽極にして直流電圧が印加されるようになっている。
【００１５】
本実施の形態においては、ターゲット５として、所定の金属添加物を含有するＳｉターゲット（以下「添加ターゲット」という。）５０が用いられる。
【００１６】
この場合、添加ターゲット５０に含有される金属添加物としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、タングステン（Ｗ）等があげられる。
【００１７】
これらのうちでも、電子放出の観点からは、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）を用いることが好ましい。
【００１８】
本発明の場合、ＴiＯ2膜６上に形成されるＳiＯ2膜の比は、０．０２〜０．５重量％とすることが好ましい。
【００１９】
このような構成の光触媒膜を得るためには、添加ターゲット５０に含有される金属添加物の量は、１０-2〜１０-4重量％とすることが好ましい。
【００２０】
また、ＴiＯ2膜６の表面を露出させる観点から、ＳiＯ2膜の厚さは、５〜２０ｎｍとすることが好ましい。
【００２１】
そして、本実施の形態においては、例えばアルゴンガス等の不活性ガスと、反応ガスである酸素ガスを導入して真空槽２内の圧力を０．１Ｐａ〜１Ｐａ程度に保持し、添加ターゲット５０及び基板３間に所定の大きさの直流電圧を印加してスパッタリングを行う。
【００２２】
このように、本実施の形態によれば、所定の金属添加物を含有する添加ターゲット５０を用いてスパッタリングを行うことにより、光触媒膜表面の電子が放出されやすくなるため、高感度の光触媒膜を形成することができる。
【００２３】
図２は、本発明の第２の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００２４】
図２に示すように、本実施の形態においては、真空槽２内に、Ｓｉからなるターゲット（以下「Ｓｉターゲット」という）５１と、上記所定の金属添加物を構成する金属からなるターゲット（以下「金属ターゲット」という。）５２とが、それぞれ独立したサセプタ４Ａ、４Ｂ上に載置され隣接して配置されている。
【００２５】
本実施の形態の場合、ＴiＯ2膜６上に形成されるＳiＯ2膜の比が、０．０２〜０．５重量％となるように、Ｓｉターゲット５１及び金属ターゲット５２について、それぞれの大きさと印加する直流電圧の値を設定してスパッタリングを行う。
【００２６】
このような構成を有する本実施の形態においても、上記実施の形態と同様に高感度の光触媒膜を形成することができる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００２７】
図３は、本発明の第３の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００２８】
図３に示すように、本実施の形態においては、Ｓｉターゲット５１の表面に、上述した所定の金属添加物からなる金属片５３が複数個載置されている。
【００２９】
本実施の形態の場合、ＴiＯ2膜６上に形成されるＳiＯ2膜の比が、０．０２〜０．５重量％となるように、上記所定の金属添加物を構成する金属片５３の大きさ及び個数（Ｓｉターゲット５１の表面積に対する面積比）を設定してスパッタリングを行う。
【００３０】
このような構成を有する本実施の形態においても、上記実施の形態と同様に高感度の光触媒膜を形成することができる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００３１】
図４は、本発明の第４の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３２】
図４に示すように、本実施の形態においては、スパッタリングを行う際に、上述した所定の金属添加物を、スパッタガスとして真空槽２内に導入するものである。
【００３３】
本実施の形態の場合、ＴiＯ2膜６上に形成されるＳiＯ2膜の比が、０．０２〜０．５重量％となるように、上記所定の金属添加物からなるスパッタガスの導入量を設定してスパッタリングを行う。
【００３４】
このような構成を有する本実施の形態においても、上記実施の形態と同様に高感度の光触媒膜を形成することができる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００３５】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
【００３６】
例えば、ＴiＯ2膜は、スパッタリング法に限らず、例えばスピンコート法やスプレー法等のウエットプロセスによって形成することも可能である。
【００３７】
また、上述した４つの実施の形態の方法は、任意に組み合わせて使用することも可能である。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例を比較例とともに詳細に説明する。
【００３９】
＜実施例１＞
まず、Ｔｉターゲットを用い、直流マグネトロンスパッタ法によって基板上に厚さ２００ｎｍのＴiＯ2膜を形成した。
【００４０】
この場合、成膜条件は、Ａｒ：Ｏ2＝１：１の流量比でガスを導入し、真空槽内の圧力を１Ｐａに保持した。また、印加する電力を２０ｋｗ（１５ｗ／ｃｍ2）とし、ターゲットと基板間の距離を１４０ｍｍとした。
【００４１】
そして、アルミニウムを３重量％含有するＳｉターゲットを用い、上記第１の実施の形態において説明した直流マグネトロンスパッタ法によって上記基板の表面に厚さ１０ｎｍのＳiＯ2膜を形成した（図１参照）。
【００４２】
この場合、成膜条件は、Ａｒ：Ｏ2＝１：１の流量比でガスを導入し、真空槽内の圧力を１Ｐａに保持した。また、印加する電力を１０ｋｗ（７．５ｗ／ｃｍ2）とし、ターゲットと基板間の距離を１４０ｍｍとした。
【００４３】
＜実施例２＞
実施例１と同様の条件で、Ｔｉターゲットを用い、直流マグネトロンスパッタ法によって基板上に厚さ２００ｎｍのＴiＯ2膜を形成した。
【００４４】
そして、Ｓｉターゲット上に複数のアルミニウム片を載置し、第３の実施の形態において説明した直流マグネトロンスパッタ法によって上記基板の表面に厚さ１０ｎｍのＳiＯ2膜を形成した（図３参照）。
【００４５】
この場合、成膜条件は、実施例１と同一とした。また、Ｓｉターゲットに対するアルミニウム片の表面積は１％とした。
【００４６】
＜比較例＞
実施例１と同様の条件で、Ｔｉターゲットを用い、直流マグネトロンスパッタ法によって基板上に厚さ２００ｎｍのＴiＯ2膜を形成した。
【００４７】
そして、Ｓｉターゲットを用い、上記第１の実施の形態において説明した直流マグネトロンスパッタ法によって上記基板の表面に厚さ１０ｎｍのＳiＯ2膜を形成した。
【００４８】
図５は、実施例及び比較例の評価結果を示すグラフである。
ここでは、実施例及び比較例について、メチレンブルーの分解能力を比較することによって評価した。
【００４９】
グラフにおいて、縦軸は、光触媒作用により、メチレンブルーが分解して透明になっていく度合い（ΔＡＢＳ）を横軸の時間の経過とともに示している。
【００５０】
このΔＡＢＳは、入射光強度に対する反射光強度の比を表わし、メチレンブルーが紫外線照射時間とともに分解していくと、反射光強度が増加し、ΔＡＢＳの絶対値が大きくなる。つまり、光触媒作用が高いと、速く反射光強度が増加する。
【００５１】
図５から理解されるように、実施例１、２の方法によって形成した光触媒膜は、比較例の方法によって形成した光触媒膜に比べて分解能力が大きく、高感度の光触媒膜を得ることができた。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高感度の光触媒膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図
【図３】本発明の第３の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図
【図４】本発明の第４の実施の形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成図
【図５】実施例及び比較例の評価結果を示すグラフ
【図６】本発明の光触媒膜の表面を示す電子顕微鏡写真
【符号の説明】
１…スパッタリング装置  ２…真空槽  ３…基板  ６…ＴiＯ2膜  ５０…所定の金属添加物を含有するＳｉターゲット  ５１…Ｓｉからなるターゲット  ５２…所定の金属添加物を構成する金属からなるターゲット  ５３…所定の金属添加物からなる金属片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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