ミストデポジション法による有機薄膜の成膜とカーボンナノチューブの蛍光波長の制御
津山工業高等専門学校
総合理工学科 電気電子システム系
教授 香取 重尊
2022年10⽉13⽇

ミストCVD・ミストデポジションとは
超⾳波によって液体を霧状（ミスト）にして、その「霧」を⽤いて薄膜形成を⾏う⼿法

超⾳波噴霧の応⽤例 超⾳波式ネブライザ，超⾳波式加湿器など
１薄膜（ハクマク、ウスマク）
厳密な定義ではありませんが・・・
厚みが1ミクロン以上ある場合は、「薄膜」とは⾔わない
ナノレベルの膜、とても薄い膜、１μm以下の膜※髪の⽑50-150μm、コピー⽤紙︓約90μm、ラップ︓11μm

何に使われているのか︖

ハードディスクの記録⾯の磁性膜、反射防⽌膜、液晶ディスプレイの画⾯などの電⼦デバイスどのようにして作られるのか︖
真空成膜︓真空蒸着、スパッタリング など
その他、電解めっき、無電解めっき、ウェットコーティングなどもある
2

なぜミスト法を用いるのか？

均⼀な薄膜を⾮真空で得ることができるプリンテッドエレクトロニクス
印刷技術によって電⼦デバイスを製造する
3

ミストCVD法・ミストデポジション法とはミストデポジション法とは？
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成膜のイメージ
スキャン速度(100mm/min)4

ミストCVDとミストデポジション
ミスト CVD法(Chemical Vapor Deposition)

ミスト液滴

加熱によって蒸発

ミストデポジション
ミスト液滴

表面で反応

O2 etc.

表面で蒸発し溶質だけが残る

基板
■

■

成膜温度: 120 – 900oC
原材料の分解温度、マイグレーション、反応温度に依存
MOCVDと同様

基板■ 成膜温度: 80 – 200oC
溶媒の沸点に依存■ スピンコートなどと同様

5

ミストデポジション法による研究例

6

ミストCVD法による研究例
シリコン酸化膜成膜の更なる低温化

HO2O
3 2Substrate

2016第63回応⽤物理学会春季学術講演会 22a-P5-15“超⾳波噴霧法によるシリコン酸化膜の低温成膜”
⾹取 重尊、平松 考樹、永幡 正憲、織⽥ 真也、⼈羅 俊実

7カーボンナノチューブ（CNT）
炭素原⼦が網⽬のように結びついて円筒になった物質
特徴
・電気的特性に優れる
・物理的特性に優れる
・熱特性に優れる
・化学的に安定etc…
引⽤：
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/
5/53/Types_of_Carbon_Nanotubes.png

プリンテッドエレクトロニクス
8シングルウォール(SWCNT)

マルチウォール(MWCNT)

近⾚外で発光
アセトニトリル溶液で発光特性に注⽬薄膜化して実⽤化を⽬指す⇩
薄膜を形成するためCNTの分散溶液を検討

410nmで発光

引⽤：Zhou, Jigang, et al. "An electrochemical avenue
to blue luminescent nanocrystals from multiwalledcarbon nanotubes (MWCNTs)." Journal of theAmerican Chemical Society 129.4 (2007): 744-745.

9発明の概要【発明の名称】蛍光波長の調整方法【特許番号】特許第7113425号(P7113425)【登録⽇】令和4年7⽉28⽇(2022.7.28)【発⾏⽇】令和4年8⽉5⽇(2022.8.5)

特定の溶媒を⽤いてカーボンナノチューブ（CNT）を分散させると，CNTからの蛍光波⻑を変化させることができる。この溶液を超⾳波噴霧を利⽤した薄膜作製法であるミストデポジション法で成膜するとカーボンナノチューブを分散させた蛍光体薄膜を得ることができ，発光デバイスへの応⽤が期待できる。
10

① 溶媒50mL，溶質（MWCNT）25mgで溶液を調製② 分散させるため，常温で超⾳波(20kHz)を10分間印加
MWCNT

溶媒として検討した有機溶液
溶媒分類

NMP

2-ピロリジノン

環状ラクタムγ-ブチロラ
クトン

メシチレン

THF

アセトン

エタノール

環状ラクトンベンゼン

環状エーテル

ケトン

アルコール

204℃

164.7℃

66℃

56℃

78.4℃

構造式
沸点

202℃

245℃

113. 溶液の蛍光スペクトル測定結果

850
2-ピロリジノン

6

メシチレン

30420

20300

40

PL Intensity[A.U.]

PL Intensity[A.U.]

10

溶媒蛍光スペクトル
（≒）

NMP

420nm

2-ピロリジノン

400nm

γ-ブチロラクトン

310,345nm

メシチレン

300,610nm

アセトン

375nm

10400
500
Wavelength[nm]

図600

0300

400500
Wavelength[nm]

600

700

溶液の蛍光スペクトル12• 使⽤溶媒によりCNTの溶液の発光特性が異なった．
• このCNTの溶液を⽤いて成膜を⾏う．
成膜条件
使⽤基板

ガラス溶媒γ-ブチロラクトン, メシチレン, NMP,2-ピロリジノン, アセトン，成膜温度

１２０−２００℃

スキャン回数

10013CNT薄膜の蛍光測定結果
82-ピロリジノン

6420300

400500
Wavelength[nm]蛍光スペクトル

NMP

380,470nm

2-ピロリジノン

470nm

γ-ブチロラクト
ン

360nm

メシチレン

350,
360nm

アセトン

370,470nm

10

PL Intensity[A.U.]

PL Intensity[A.U.]

10

溶媒

600

メシチレン

50300

400500
Wavelength[nm]

600

14

基板上に堆積させたCNT薄膜の電⼦顕微鏡観察

図
察

⾛査型電⼦顕微鏡(SEM)による薄膜観（NMP溶媒）15

【従来技術とその問題点】
カーボンナノチューブに量⼦ドットなどの特異点を導⼊して、局所的に発光させる技術は知られている。しかし、薄膜化する⼿法などは検討されておらず、確⽴されていない。

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【新技術の特徴・従来技術との⽐較】
・溶媒を変えるだけでCNTの発光波⻑を制御することができる。
・発光波⻑を制御したCNTの薄膜化に成功した。

17

【想定される⽤途】
・CNTは耐久性の⾼い材料であるため，有機ELなどにドーパントとして使⽤し，発光波⻑の制御を⾏う。
・発光デバイスへの展開

18

【実⽤化に向けた課題】
溶媒を変えることでCNTの発光波⻑を制御し，さらに薄膜化に成功したが、有機ELなどの発光素⼦への展開はできておらず，発光素⼦の開発には⾄っていない。
実⽤化に向けては発光素⼦の開発が必要である。また，量産技術の確⽴が必要である。

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【企業への期待】• 発光素⼦への展開には基礎的なアプローチも必要であるため、基礎研究の協業• ⼩規模での成膜は可能であるが、⼤⾯積基板への展開はできていないため、量産に向けて、装置開発• その他の応⽤として有機太陽電池などが考えられるが，幅広く応⽤展開の協業
20本技術に関する知的財産• 発明の名称 ：蛍光波⻑の調整⽅法• 出願番号：特願2018-86389(P2018-86389)• 出願⼈：国⽴⾼等専⾨学校機構 津⼭⾼専
株式会社FLOSFIA• 発明者：⾹取 重尊、井川 拓、四⼾ 孝
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問い合わせ先
津⼭⼯業⾼等専⾨学校
地域共同テクノセンター
企画・連携室
ＴＥＬ ０８６８−２４ − ８２１７
ＦＡＸ ０８６８−２４− ８４０６
e-mail uetsuki＠tsuyama-ct.ａｃ.ｊｐ22