(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナフイルムからなるバリア層酸化物フイルムをガラスの表面に付着せしめてなる材料系であって、
前記ガラスが、可動アルカリ金属イオン、およびカチオンパーセントで表して、
【数１】
0003999283.tif 000012
により求められるＰ１  値が負になるような量の、配位を変化させることができる高電界強度イオンを含有する組成を有し、これにより、前記可動アルカリ金属イオンの流動方向が前記酸化物フイルムから前記ガラスに向かう方向となっていることを特徴とする材料系。
【請求項２】
前記可動アルカリ金属イオンがナトリウムイオンであることを特徴とする請求項１記載の材料系。
【請求項３】
前記ガラスがアルミニウムイオンを含有することを特徴とする請求項１記載の材料系。
【請求項４】
アルミナフイルムからなるバリア層酸化物フイルムを表面に付着せしめてなるガラスパネルを有するＬＣＤ装置であって、
前記ガラスが、可動アルカリ金属イオン、およびカチオンパーセントで表して、
【数２】
0003999283.tif 000013
により求められるＰ１  値が負になるような量の、配位を変化させることができる高電界強度イオンを含有する組成を有し、これにより、前記可動アルカリ金属イオンの流動方向が前記酸化物フイルムから前記ガラスパネルに向かう方向となっており、アルカリ金属の汚染から保護されていることを特徴とするＬＣＤ装置。
【請求項５】
前記ガラスがアルミニウムイオンを含有することを特徴とする請求項４記載のＬＣＤ装置。
【請求項６】
アルミナフイルムからなるバリヤ層酸化物フイルムを、
可動アルカリ金属イオン、およびカチオンパーセントで表して、
【数３】
0003999283.tif 000014
により求められるＰ１  値が負になるような量の、配位を変化させることができる高電界強度イオンを含有する組成を有するガラスに付着させて、前記可動アルカリ金属イオンの流動方向を前記酸化物フィルムから前記ガラスに向かう方向にすることを特徴とする、ガラスの表面からアルカリ金属イオンが移行するのを防止する方法。
【請求項７】
材料を、可動アルカリ金属イオンを含有するガラスと接触する際に生じ得るアルカリ金属イオンの汚染から保護する方法であって、
アルミナフイルムからなるバリア層酸化物フイルムを
可動アルカリ金属イオン、およびカチオンパーセントで、
【数４】
0003999283.tif 000015
により求められるＰ１  値が負となるような量の、配位を変化させることができる高電界強度イオンを含有するガラスに施す工程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸化物フイルムとガラスとの間でアルカリ金属イオンが移行する方向を制御する材料系および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスのような固体の構造体中で金属イオンが移行する現象がよく知られている。アルカリ金属イオンであるＬｉ＋  、Ｎａ＋  およびＫ＋  は一般的に、最も移動性の大きいイオンである。ナトリウムイオン（Ｎａ＋  ）は、ケイ酸塩ガラス中においてアルカリ金属イオンの中でも最も移動性が大きいので、特に関心がもたれている。
【０００３】
イオン、特にＮａ＋  の移行は、商業的にとても重要な問題である。利点を鑑みると、ガラス表面での、およびガラス表面内でのアルカリ金属イオンの交換は、ガラスを強化するうえでのメカニズムとしてよく認識されている。一方で、ナトリウムイオンは、集積回路業界において最も懸念されている不純物である。ナトリウムイオンは、材料の電気特性および挙動に重大な影響を与える。
【０００４】
このことに特に関心を示す分野は、受動または能動の液晶ディスプレー装置である。これらの装置は、間に液晶層を挟んでなる、平行で、間隔をおいて配置されたガラスパネルから一般的になる。このことに関心を示すこれとは関係のない分野は、しばしば高純度が重要である、化学用および薬学用のガラス器具である。
【０００５】
最初に、受動液晶ディスプレー装置を製造する際にはソーダ石灰ガラスパネルを用いていた。そのようなパネルを用いた場合には、通常の使用温度で液晶が分解していた。ガラス表面にあるナトリウムイオンが水素イオンと置き代わり、液晶が汚染されていた。
【０００６】
この問題を克服するために、シリカフイルムをガラスパネルの表面に施した。このフイルムは、ガラスからナトリウムイオンが移行するのを妨げるバリア層として機能し、これにより、液晶層がナトリウムイオンにさらされるのを防いでいた。
【０００７】
その後、約0.1 重量％以下の量しかＮａ２  Ｏを含まないガラスからパネルを調製していた。これらのガラスパネルを利用することにより、受動マトリクス内にバリア層を使用する必要がなくなった。しかしながら、上記のごとくガラス中のアルカリ金属の含有量を少なく維持すると、ガラスの物理特性が厳しく制限されてしまう。
【０００８】
近年、能動マトリクス液晶ディスプレー（ＡＭＬＣＤ）がますます普及してきた。これらのディスプレーには、非晶質ケイ素またはポリケイ素の薄膜トランジスタのいずれかが用いられている。非晶質ケイ素のトランジスタに関して、バリア層を使用することは推奨されているが任意である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリケイ素薄膜トランジスタの製造には、ガラスの歪点に近い加工温度を使用している。このような温度では、ナトリウムは、ガラス中の含有量が少なくても、不純物の問題を引き起こす。その結果、バリア層をガラスパネルに設けて、装置を不安定にするナトリウムイオンの移行を妨げることが必要となる。
【００１０】
これまで、ナトリウムイオンは、ガラスから、ナトリウムイオンの濃度が小さいバリア層フイルムに向かってのみ移行すると思われていた。本発明は、この推測が正しくないという発見に基づいて予測したものである。むしろ、ナトリウムイオンの移行は、ある要因に依存して、いずれの方向にも生じ得ることを発見した。本発明は、これらの要因の決定、および、その結果、イオンの移行の方向を制御するメカニズムに基づくものである。
【００１１】
すなわち、本発明は、ナトリウムイオンがガラスからフイルムへ移行して集積回路へ影響を与えるのを防止し、フイルムからガラスへ移行するようにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリカ、アルミナおよびタンタラのフイルムからなる群より選択されたバリア層酸化物フイルムをガラス表面に付着せしめてなる材料系を提供する。ここで、このガラスは、可動アルカリ金属イオンと、カチオンパーセントの値で表して、アルミナまたはタンタラのフイルムとの組合せで、式
【００１３】
【数１３】
0003999283.tif 000002
【００１４】
の値が負となる量の、配位を変化させることができる高電界強度イオンを含有する組成、あるいは、シリカフイルムとの組合せで、式
【００１５】
【数１４】
0003999283.tif 000003
【００１６】
の値が負となる量の、配位を変化させることができる高電界強度イオンを含有する組成とを有し、それにより、アルカリ金属イオンがガラスに向かって流動するように構成されている。尚、シリカまたはタンタラのフィルムからなるバリア層酸化物フィルムを用いたものについては現特許請求の範囲から除外してある。
【００１７】
本発明はさらに、ガラス表面からアルカリ金属イオンが移行するのを防ぐ方法を提供する。この方法は、シリカ、アルミナおよびタンタラのフイルムからなる群より選択されるバリア層酸化物フイルムを、配位を変化させることができる高電界強度イオンを含有するガラスに付着させる工程を有し、ここで、アルミナまたはタンタラのフイルムは、カチオンパーセントで、式
【００１８】
【数１５】
0003999283.tif 000004
【００１９】
の値が負となるような組成を有するガラスと組み合わせて施し、シリカフイルムは、式
【００２０】
【数１６】
0003999283.tif 000005
【００２１】
の値が負となるような組成を有するガラスと組み合わせて施す。ここでも、シリカまたはタンタラのフィルムからなるバリア層酸化物フィルムを用いたものについては現特許請求の範囲から除外してある。
【００２２】
湿気を含む空気中において、アルカリ金属イオンを含有するガラスにアルミナフイルムを接触させる場合、アルカリ金属イオンの流動は、Ｐ１  値の符号に依存することが分かった。Ｐ１  値が正の場合には、イオンはガラスからフイルム中に移行する。これとは反対に、Ｐ１  値が負の場合には、イオンはフイルムからガラス中に移行する。同様の効果がシリカフイルムにも認められる。Ｐ値が正の場合には、イオンはガラスからフイルム中に移行し、反対に、Ｐ値が負の場合には、イオンはフイルムからガラスに移行する。
【００２３】
本発明の本質は、所定の組成を有するガラスを、特定の酸化物フイルムと組み合わせて、アルカリ金属イオンがフイルム中に移行するのを防ぐことにある。この組合せは、フイルムがアルミナの場合にはＰ１  値が負となり、フイルムがシリカの場合にはＰ値が負となるようなものでなければならない。ガラスに含まれるイオンがフイルム中に移行するのを防ぐことにより、フイルムを通してイオンが移行して、フイルムと接触した液体、結晶、集積回路、または化学物質を汚染することが通常防げられる。
【００２４】
ガラス中に含まれるアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類酸化物の量を制限することにより、Ｐ１  値およびＰ値を負にすることができる。しかしながら、本発明の重要な特徴は、アルカリの含有量が比較的大きいガラスにおいても、Ｐ１  値およびＰ値を負にできるということにある。そのためには、アルミニウム、ホウ素、または他の高電界強度イオンの酸化物をガラス中に含ませることが必要である。この特徴は、ガラスで達成できる物理特性の範囲が広がる一方で、アルカリ不純物を混入することが避けられるので、重要である。続いて、高電界強度イオンのこの効果のメカニズムについて論じる。
【００２５】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造するのにガラス基体を使用しているために、フラットディスプレー技術においてＡＭＬＣＤが主流となっている。しかしながら、ほとんどのガラス組成物は（アルカリを含まないと公称しているものでさえも）、重量に基づいて1000ｐｐｍの混入物または不純物の含有量だけでも、ナトリウムを含有している。このために、ナトリウムが移行するのを防ぐバリアとして機能するフイルムが研究されている。
【００２６】
電界のない状態で、汚れていないガラス基体上に付着した高純度の酸化物フイルムは、ガラス基体中のナトリウムよりも少ない含有量のナトリウムを含んでいる。ＡＭＬＣＤを加工する際に用いる高温下では、ガラス中のナトリウム含有量の初期値は通常バリア層よりも大きいので、ナトリウムは、平衡状態となるまでガラスからバリア層に移行すると予測されている。この移行速度は、フイルム中およびガラス中の可動物質の拡散係数に依存するであろう。
【００２７】
本発明は、ＡＭＬＣＤに使用するための、バリア層フイルムと、ナトリウム含有量の小さい異なるガラスとの様々な組合せを研究する過程での発見に基づくものである。驚くべきことに、例えば大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）により付着した、酸化物フイルムが、ときどき予期せぬ挙動を示すことが分かった。
【００２８】
特に、ＡＰＣＶＤにより、ナトリウムイオンを含有するボロアルミノシリケート（boroaluminosilicate）ガラス上にシリカフイルムを付着させた場合、熱処理したフイルムの外側表面での酸化ナトリウムの濃度が数ｐｐｍほどと小さかった。このことは、ガラスとフイルムとの間に濃度勾配が存在したという事実にもかかわらずに生じたものである。拡散理論によると、熱処理中の拡散のために、フイルム中のナトリウムの濃度はガラス中のナトリウムの濃度と等しくなることが予測されていた。ところが、ナトリウムの移行の方向が逆転したことが明らかとなった。言い換えれば、ナトリウムイオンが、ナトリウムイオンの濃度が低い領域であるシリカのバリア層フイルムから、濃度の高い領域であるガラス中に移行した。
【００２９】
このように、ソーダの含有量が非常に小さいボロアルミノシリケートガラス上のバリア層として、噴霧化雰囲気またはイオン化雰囲気からシリカフイルムを付着させた場合に、ナトリウムの逆方向の移行が一貫して起こった。しかしながら、同一のガラス上に同様の方法によりアルミナフイルムを付着させた場合には、ガラスからバリア層フイルムの方向に移行が起こった。この方向は、濃度勾配の方向である。各々の場合において、ポリケイ素トランジスタをガラスに施す際に用いた温度とほぼ同じ温度を用いた。
【００３０】
ガラスとバリア層フイルムとの間のナトリウムの再分布は、ナトリウムの濃度勾配の点のみからでは理解できないことが明確になった。これは、拡散が化学ポテンシャルの勾配に関係しているからである。この化学ポテンシャルは、濃度勾配と同一の方向にあるかもしれないし、ないかもしれない、より適切な要因である。さらに、電荷の置換が起こるどの工程においても、電荷の中和状態が維持されなければらない。この状態は、水素のような陽イオンの、ナトリウムとは反対方向への移動か、または酸素のような陰イオンの、ナトリウムと同一方向の移動のいずれかによるものであろう。ここでは、水素イオンによる説明を採用する。室温で水蒸気が飽和した空気中で以下の実験を行なった。もちろん、再分布中の温度は、ナトリウムイオンと水素イオンの両方が十分な拡散率を有するように十分に高くなければならない。最終的に、結果を説明するためには、濃度勾配以外にも、ある程度の熱力学的駆動力がなければならない。
【００３１】
本研究を行なった結果、濃度勾配に逆らってナトリウムが移動する理由が、あるガラス構造の性質に帰するという見解に至った。P.J.Brayの「NMR Studies of Borates」（Borate Glass、Plenum Press,(1978) 321-345 頁）という題名の論文には、ガラス中のホウ素は、電荷を補う陽イオンが存在する場合に３から４に配位を変え得ることが教示されている。このため、ガラス系全体のエネルギーが減少する。本発明は、アルミニウムイオン、ホウ素イオンおよびタンタルイオンのような高電界強度イオンが配位を変えるという概念に基づくものである。
【００３２】
プロトンとアルカリイオンが、ガラスと酸化物フイルムとの間の界面を横切って交換されるときに、バリアフイルムおよびガラスの両方の選択により、ナトリウムイオンの移動方向が決定されることが分かった。ナトリウムが移動する場合、水素による交換がなされることにより、電荷の中和状態が維持される。フイルムおよびガラス内の混合の自由エネルギーに基づいて化学ポテンシャルを計算することができる。
【００３３】
フイルムおよびガラス内においてナトリウムの結合エネルギーに差があるとすると、フイルムおよびガラスの組成を選択することによりナトリウムの移動を制御できる。特定のフイルムに関して、ガラス中にアルミニウムまたはホウ素が存在することにより、エネルギー差が生じる理由が分かる。このことは、なぜナトリウムが、低濃度のフイルムから高濃度のガラス中に移動できるかを説明している。ガラス中のアルミニウムイオンおよびホウ素イオンは、電荷を補う陽イオンの存在下で３から４に配位を変え、したがって、アルカリのシンク（sink）として機能する。
【００３４】
電荷が補填された４配位の原子の概念をガラスとバリア層との間のナトリウムの移動に適用する場合、ガラス組成の研究から派生したいくつかの経験的な規則が特に重要である。そのような規則は以下のように要約できる：
１．  ケイ酸塩ガラス中のアルミニウム原子は、電荷を補う陽イオンが存在するときに４配位である。ホウ素原子およびアルミニウム原子の両方を含有するガラスにおいて、アルミニウム原子が最初に補われ、次いでホウ素原子が補われて、最終的にシリカの網状構造に侵入できるより小さなアルカリ土類が補われる。
【００３５】
２．  ＡｌおよびＢを含有するケイ酸塩ガラスにアルミナフイルムを用いる場合、ガラス中のＡｌは、アルミナフイルムよりも大きいＮａ＋  の親和力を有している。しかしながら、アルミナフイルムは、ホウ素よりも大きいＮａ＋  の親和力を有している。
【００３６】
３．  ４配位のホウ素が生成すると、その代替、すなわち、非結合（non-bridging）酸素（ＮＢＯ）の生成が不可能になる。ＢＯ４／２  基は、ホウ素が４つの酸素の負イオンに結合しているので、負の電荷を有する。
【００３７】
４．  アルカリ金属の陽イオン、または大きな、低電界強度のアルカリ土類の陽イオンが、ＡｌＯ４／２  またはＢＯ４／２  の負の電荷を補うのに必要とされる。このことを行なううえでは、アルカリ金属がより効果的である。しかしながら、水素はＮＢＯと結合したままであり、ＢまたはＡｌのような四面体陰イオンの電荷を補うのには利用できない。
【００３８】
５．  アルカリ土類イオンは、網状構造改質剤、または電荷を補う陽イオンの存在下で網状構造形成剤のいずれかとして機能できる。ＢａおよびＳｒのような低電界強度イオンは、改質剤のように機能して、各々２つのＮＢＯを形成できる。Ｂｅ、Ｍｇ、およびＺｎのような高電界強度イオンは、電荷を補う陽イオンが存在する場合には、八面体配位の網状構造に侵入するかもしれない。カルシウムは、組成によって、ガラス中のいずれかの位置を占めることができる。
【００３９】
推測を行なうために、いくつかの単純な規則を使用することができる。プロトンをアルカリイオンで置換すると、ヒドロキシル基を非結合酸素原子で置換することになる場合には、そのようなアルカリイオンによる置換は起こらない。しかしながら、四面体結合したアルミニウム原子またはホウ素原子の数を増大させることとなる場合には、アルカリイオンにより置換が起こる。この場合、相のエネルギーが置換により減少し、アルカリ金属イオンのガラス中への移動が熱力学により助長される。タンタルおよびリンのような、ある種の高電界強度イオンは、アルミニウムと同様の影響を及ぼす。これらのイオンは、アルカリが導入されたときに酸素原子により配位が増加することにより、非結合酸素原子の形成を妨げる。
【００４０】
アルミニウム原子の濃度がアルカリの濃度より大きいどの相においても、アルカリイオンをプロトンと交換することによりエネルギーが減少すると思われる。アルカリの濃度がアルミニウムの濃度より大きい場合には、ガラスがホウ素を含有しないかぎり、非結合酸素原子が形成される。ガラスがホウ素を含有する場合には、ホウ素に対する、ガラス中の過剰のアルカリの量の比によって、非結合酸素原子が形成されるか否かが決定される。この比が臨界値より小さい場合（例えば、ブレイにより記載されている0.5 から0.7 までの範囲）には、ナトリウムの濃度がわずかに増加すると、四面体結合したホウ素が形成され、相のエネルギーが減少する。ガラス中で生じるであろうエネルギーの減少度合いが、フイルム中で生じるであろうエネルギーの減少度合いよりも絶対値で大きい場合には、ナトリウムはフイルムからガラスに移動する。
【００４１】
上記理論に基づくと、ソーダ石灰ガラスをアルミナのバリア層で被覆すると、ナトリウムがガラスからフイルムに非常に著しく移行するであろうことが予測される。ガラス中のヒドロキシル基を、ナトリウムで補った非結合酸素により置き換えると、アルミナフイルム中で四面体結合したアルミニウム原子が形成されるよりも少量のエネルギーだけ変化することが予測される。実際に、ガラスからフイルムにナトリウムが移行するのが認められる。
【００４２】
アルミノホウケイ酸塩ガラスであるコーニングコード7059のガラスをアルミナフイルムで被覆すると、同様の効果が得られる。この理由は、このガラス構造の点から容易に理解できる。アルカリ金属か、またはアルミナの量を越える、大きな、低電界強度のアルカリ土類のみにより、アルミノホウケイ酸塩中に、非結合酸素原子、または四面体結合ホウ素原子のいずれかが形成される。形成した四面体結合アルミニウム原子は、代替のホウ素またはＮＢＯ構造単位よりも安定であることが明らかである。コード7059ガラスにおいては、全てのアルミナがすでに四面体配位にある。アルミナフイルムにおいて、どのアルカリが増加しても、四面体アルミナが増加し、したがって、フイルムのエネルギーが減少する。したがって、アルミナで被覆したコード7059ガラスからなる系に関しては、ガラス中に含まれるアルカリがより一層フイルムに移行する。
【００４３】
シリカフイルムをバリア層として用いる場合、ナトリウムイオンの濃度が増加することにより非結合酸素原子のみが形成される。プロトンの濃度に対するアルカリの濃度の比率は、ガラス中で相応じて増加し、平衡に達したときにはフイルム中で減少する。この理由のために、ガラスが最初にフイルムよりも高濃度のアルカリを含有する事実にもかかわらず、アルカリがシリカフイルムからコード7059のガラス中に拡散することが分かった。
【００４４】
アルミナフイルムおよびタンタルフイルムにはＰ１  値を、シリカフイルムにはＰ値を計算することにより、上記のように概説した構造規則がナトリウムの移動方向を予測する根拠となる。Ｐ１  値およびＰ値を以下のように定義する：
【００４５】
【数１７】
0003999283.tif 000006
【００４６】
濃度をカチオンパーセントで示す。Ｃａ２＋の濃度は、網状構造を改良するものと網状構造を形成するものに独断的に等分する。ホウ素原子の最大分画が４配位となれる場合には、ガラスを良好にアニールできるので、ｘの値は0.6 となる。しかしながら、前述したように、材料の条件に依存して、ｘは0.5 −0.7 までの範囲に亘る。
【００４７】
ナトリウムの移動に関して、アルミナフイルムはシリカフイルムとは異なる挙動を示す。ガラス内のアルミニウム原子の状態を考慮しなければならない。すべて４配位となるようにアルミニウム原子が完全に補われると、ナトリウムはガラスから隣接するアルミナフイルム内に移動する。しかしながら、アルカリ、並びにアルカリのような挙動を示すアルカリ土類が、ガラス中のアルミナ全てを４配位に転化させるのに不十分な場合には、ナトリウムはアルミナフイルムからガラス中に移動することが可能となる。タンタルフイルムもアルミナフイルムと同様の挙動を示すことが予測できる。
【００４８】
Ｐ１  値およびＰ値の式を、以下のようにして、ガラスおよび該ガラスに付着したフイルムの間のナトリウムの移動に適用する。ケイ酸塩ガラス内のアルミニウムが、３配位から４配位に変化する最初の原子であるので、Ｐ１  値を最初に計算する。ケイ酸塩網状構造を改良して、ＡｌイオンまたはＢイオンを補う能力において、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、および一部のＣａ２＋がアルカリイオンと同様に機能することに注意されたい。アルカリ金属と低電界強度イオンであるアルカリ土類イオンの濃度の合計からＡｌイオンの濃度を引くと、Ｐ１  値が求められる。この値は正であるかもしれないし負であるかもしれない。この数の符号を用いて、アルミナフイルムを用いた場合のナトリウムの移動方向を決定する。この数が負の場合には、ナトリウムはフイルムからガラスに移動し、正の場合には、ガラスからフイルムに移動する。
【００４９】
シリカフイルムの場合には、網状構造に侵入できるＡｌ、Ｂ、およびアルカリ土類イオンの全てを考慮しなければならない。アルカリイオンとアルカリのように作用するイオンの濃度の合計から、３種類全ての濃度を引いて、Ｐ値を求める。この値も正でも負でもあり得る。この値が正である場合には、ナトリウムはガラスからシリカに移動し、負の場合には、シリカフイルムからガラスに移動する。アルカリ土類金属イオン間の区分およびホウ素原子の分画であるｘの値の両方は、ある程度不確実である。したがって、予測を目的とする場合には、比較的大きいＰ値またはＰ１  値を用いることが望ましい。
【００５０】
【実施例】
予測を実施する方法に関して、本発明をさらに記載する。非晶質アルミナおよびシリカのフイルムを様々な方法によりガラス基体に施して試験試料を用意した。もちろん、記載する特定の方法が完全なものではないことが分かるであろう。ガラス表面に薄い非晶質固体酸化物フイルムを形成できるどの化学的方法または物理的方法も、本発明の実施に使用するのに適している。これらの方法の例としては、ゾルゲル法、プラズマ強化化学蒸着（Plasma enhanced:ＰＥＣＶＤ）または大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）のいずれかの化学蒸着、イオンビーム付着、リーチング、スパッタリング、蒸発、および陰極線管アークが挙げられる。
【００５１】
シランおよび酸素の雰囲気から500 ℃でＡＰＣＶＤ（Ｃ）によりシリカフイルムを付着させた。また、プラズマ強化化学蒸着（Ｐ）を用いて、シリカフイルムを付着させた。この場合、ＲＦプラズマの存在下において300 ℃で、シラン、亜酸化窒素およびアルゴンの雰囲気に基体をさらした。
【００５２】
0.6 ミリトルのアルゴンの圧力と室温において、回転する基体に、酸化物からＲＦマグネトロンスパッタリングすることにより酸化物フイルムを付着させた  （Ｓ）。これらの技術を用いて、シリカフイルムとアルミナフイルムの両方を作成した。さらに、電子ビーム蒸発（Ｅ）によりアルミナフイルムを作成した。
【００５３】
このようにして作成した試料を、端部にキャップをした、直径が6.5 ｃｍの溶融シリカ管内で熱処理した。医療用グレードの圧縮空気を蒸留水に通して泡立たせて、試料の焼成中に室温で98−100 ％の相対湿度の雰囲気とした。
【００５４】
表Ｉは、基体として用いたいくつかのガラスの組成を重量パーセントで示している。１および８−11を除く全ての基体は、重量で約1000ｐｐｍのＮａ２  Ｏを含有していた。全ての基体は、成形したままか、または研削して研磨した表面であり、約１ｍｍの厚さであった。
【００５５】
フイルム中のナトリウムの分析を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて行なった。負酸素イオン衝撃を用いて、試料の深さについての型彫りを行なった。表面から排出された試料成分を試料分析により測定した。標準物を用いて、ナトリウム計測器を校正した。表面のナトリウムの濃度、およびフイルムの厚さ全体に亘り積分したナトリウムの全体濃度の両方の測定を行なった。後に記載する表IIおよびIII には、積分濃度も記載している。
【００５６】
【表１】
0003999283.tif 000007
【００５７】
【表２】
0003999283.tif 000008
【００５８】
表IIには、様々な付着方法により異なるガラス基体に製造した数多くのシリカフイルム試料のデータを列記する。表IIの最初の項目は、表Ｉに記載した実施例の番号により基体ガラスを区別するものである。第２の項目は、付着方法およびナノメータ（ｎｍ）で示したフイルムの厚さを示す。第３の項目は、熱処理前のｐｐｍで示したフイルム中の積分した全体Ｎａ２  Ｏ含有量を示す。第４の項目は、湿った空気中の熱処理の時間と温度のサイクルを時間／℃で示している。第５の項目は、熱処理後のフイルム中のｐｐｍで示した全体のＮａ２  Ｏ含有量を示す。第６の項目は、Ｎａ２  Ｏ含有量の変化（Δ）を示す。負の数は、ナトリウムがガラスからフイルムに移動することを示し、正の数は、ナトリウムの反対方向への移動を示す。
【００５９】
【表３】
0003999283.tif 000009
【００６０】
Ｃは大気圧化学蒸着を示し、Ｐはプラズマ強化化学蒸着を示し、Ｓはスパッタリングを示す。
【００６１】
表III は、付着したアルミナフイルムについて同様の方法による同様のデータを示す。
【００６２】
【表４】
0003999283.tif 000010
【００６３】
表IVは、前述した式を用いて計算したＰ１  値およびＰ値を記載している。
【００６４】
【表５】
0003999283.tif 000011
【００６５】
表IVのデータを表IIおよび表III のデータと比較すると、Ｐ１  およびＰの計算値が実際にナトリウムの移動方向を正確に予測しているのが分かる。
【００６６】
ある試験条件下で相分離する傾向にあるホウケイ酸塩ガラスに関する試験結果は除外した。これらのガラスの結果は、おそらく相分離によるガラス構造内での変化のために、予測できなかった。フイルムが結晶化した試料も除外した。
【００６７】
要約すると、最初のアルカリ濃度を材料系と空気の界面で維持するかまたは減少することのできる材料系を発見した。このことは、ナトリウムが不純物である場合の用途において特に有用である。例えば、能動マトリクス液晶ディスプレーには、ガラス基体上に製造された薄膜トランジスタが用いられている。全ての市販のガラスには、集積回路の業界で許容され得るレベルよりも多量のナトリウムを混入している。本発明を用いることにより、この薄膜トランジスタからそのようなナトリウムを分離することができる。
【００６８】
別の分野の用途としては、製薬および精化学薬品の製造および計量分配に使用するガラス器具が挙げられる。ここでは、純度が必須である。これらの目的のガラス器具は、本発明を使用することにより、アルカリの表面レベルを制御することができる。したがって、アルカリが使用する材料中に浸出することが防げる。