JP4243687B2 - Organic-inorganic hybrid thin film and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、有機無機ハイブリッド薄膜及びその製造方法等に関するものであり、更に詳しくは、金属酸化物単結晶基板上に作製した酸化モリブデンの高配向薄膜に、ポリピロール等の導電性ポリマーあるいはブチルアンモニウム塩等の有機イオンをインターカレートする方法で、膜厚が均一で、高品質の電気伝導性有機無機ハイブリッド薄膜を製造する方法、及び該方法により作製される有機無機ハイブリッド薄膜に関するものである。
本発明は、有機化合物と無機化合物をナノレベルで複合化した高機能性ハイブリッド材料の技術分野において、従来のハイブリッド薄膜では、基板との密着性に問題があり、また、容易に剥離しやすいという問題があり、更に、優れた導電性を有するハイブリッド材料は得られていないことを踏まえ、有機化合物と無機化合物で機能を分担させると共に、これらを微細なナノレベルで複合化することにより、従来製品における諸問題を抜本的に解決することを可能とする、例えば、酸化モリブデンを主成分とする導電性有機無機ハイブリッド薄膜の製造技術を確立することに成功したものであり、本発明は、例えば、エレクトロデバイス材料として使用し得る高品質の導電性有機無機ハイブリッド薄膜を製造することを可能とする新規導電性有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法、及びその製品、特に、VOCガスに対してセンサ抵抗が増加することで応答する新しいタイプの化学センサ部材を提供するものとして有用である。
The present invention relates to an organic-inorganic hybrid thin film and a method for producing the same, and more particularly, to a highly oriented thin film of molybdenum oxide prepared on a metal oxide single crystal substrate, a conductive polymer such as polypyrrole or a butylammonium salt. The present invention relates to a method for producing a high-quality electrically conductive organic-inorganic hybrid thin film having a uniform film thickness by a method of intercalating organic ions, and the like, and an organic-inorganic hybrid thin film produced by the method.
In the technical field of highly functional hybrid materials in which organic compounds and inorganic compounds are combined at the nano level, the present invention has a problem in adhesion to the substrate in the conventional hybrid thin film, and is easily peeled off. In light of the fact that there is a problem, and hybrid materials with excellent conductivity have not been obtained, the functions of organic compounds and inorganic compounds are shared, and these are compounded at the fine nano-level, making them conventional products. It is possible to drastically solve various problems in, for example, succeeded in establishing a manufacturing technique of a conductive organic-inorganic hybrid thin film mainly composed of molybdenum oxide. New conductivity that makes it possible to produce high-quality conductive organic-inorganic hybrid thin films that can be used as electrodevice materials The method of manufacturing machine inorganic hybrid film, and its products, in particular, is useful for providing a new type of chemical sensor member which responds by sensor resistance to VOC gas increases.
有機無機ハイブリッド材料は、無機化合物の持つ優れた耐熱性及び機械的強度と、有機化合物の持つ優れた化学的特性を併せ持つ、新しいタイプの材料であり、光学的特性、電気的特性、あるいは機械的特性等の特徴ある機能を有するため、このハイブリッド材料は、様々な分野への応用が期待されている。その中で、電気伝導性を示す有機無機ハイブリッド材料は、例えば、発光素子、トランジスタ、電池、化学センサ等への応用に高いポテンシャルを持つことが報告されている。 Organic-inorganic hybrid materials are a new type of material that combines the excellent heat resistance and mechanical strength of inorganic compounds with the excellent chemical properties of organic compounds. Optical, electrical, or mechanical properties The hybrid material is expected to be applied to various fields because of its characteristic functions such as characteristics. Among them, organic-inorganic hybrid materials exhibiting electrical conductivity have been reported to have high potential for application to, for example, light-emitting elements, transistors, batteries, chemical sensors, and the like.
特に、化学センサへの応用に関しては、分子認識機能を持つ有機化合物と、検知対象ガスの有無という化学的情報を電気的な信号に変換して外部に出力できる機能を持つ無機化合物を、ナノレベルで複合化したハイブリッド材料を用いることが、ガス選択性の向上に有効である。これは、有機化合物と無機化合物で機能を分担させると共に、これらを微細なレベルで複合化することにより、有機化合物の持つ高選択性と、無機化合物の持つ高い安定性を兼ね備え、且つ信号を容易に外部に取り出せるセンサが作製できるという新しい概念であり、この概念をもとに作製されたインターカレート型の有機無機ハイブリッド材料は、揮発性有機化合物ガスに対して優れたガス選択性を有することが期待される。 In particular, for chemical sensor applications, organic compounds with a molecular recognition function and inorganic compounds with the function of converting chemical information, such as the presence or absence of the gas to be detected, into electrical signals and outputting them to the outside, are at the nano level. It is effective to improve the gas selectivity to use a hybrid material compounded with. This is because the organic compound and the inorganic compound share the function, and by combining these at a fine level, the organic compound has high selectivity and the high stability of the inorganic compound, and signals can be easily transmitted. It is a new concept that a sensor that can be taken out to the outside can be manufactured, and the intercalated organic-inorganic hybrid material manufactured based on this concept has excellent gas selectivity for volatile organic compound gas. There is expected.
ガスセンサの例からも分かるように、従来、優れた機能を持つ有機無機ハイブリッド材料が多く報告されているが、例えば、これらの素子としての応用には、薄膜化技術の開発が必要不可欠である。一般に、無機化合物あるいは有機化合物、それぞれの化合物の薄膜は、例えば、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法、電子ビーム蒸着法、有機金属化学気相成長法、ゾルゲル法、塗布熱分解法等で作製されている。しかしながら、有機無機ハイブリッド材料では、構成物質である無機化合物と有機化合物の蒸気圧や化学的性質が大きく異なるため、上記従来用いられている手法での薄膜化は容易ではない。 As can be seen from examples of gas sensors, many organic-inorganic hybrid materials having an excellent function have been reported so far. For example, development of a thin film technology is indispensable for application as these elements. In general, inorganic compounds or organic compounds, thin films of the respective compounds, for example, sputtering method, laser ablation method, molecular beam epitaxy method, electron beam evaporation method, metal organic chemical vapor deposition method, sol-gel method, coating pyrolysis method, etc. It is made with. However, in the organic-inorganic hybrid material, the vapor pressure and chemical properties of the constituent inorganic compound and the organic compound are greatly different, so that it is not easy to make a thin film by the above-described conventional method.
これまで、インターカレート型の有機無機ハイブリッド材料に対して報告されている代表的な薄膜化技術は、層状構造を持ちホストとなる無機化合物とゲストとなる有機化合物を溶媒中でコロイド状態にして、これを基板上に自己集合現象を利用して製膜する手法である(Delamination/Reassembling Process) (非特許文献1〜3)。 Until now, the typical thinning technology reported for intercalated organic-inorganic hybrid materials has a layered structure in which a host inorganic compound and a guest organic compound are colloidal in a solvent. This is a technique for forming a film on a substrate by utilizing a self-assembly phenomenon (Delamination / Reassembling Process) (Non-Patent Documents 1 to 3).
一方、無機化合物が、例えば、PbI4 の様な金属ハロゲン化物の場合は、無機化合物の蒸気圧が比較的高いため、熱蒸着法により薄膜化が達成されている(特許文献1,非特許文献4)。また、遷移金属酸化物をホストとし、有機イオンをゲストとするインターカレート型有機無機ハイブリッド薄膜が、ホスト化合物を製膜した後、ゲスト化合物をインターカレートする方法によりに作製されている(特許文献2)。 On the other hand, when the inorganic compound is, for example, a metal halide such as PbI 4 , since the vapor pressure of the inorganic compound is relatively high, thinning is achieved by thermal evaporation (Patent Document 1, Non-Patent Document). 4). In addition, an intercalated organic-inorganic hybrid thin film having a transition metal oxide as a host and an organic ion as a guest is produced by a method of forming a host compound and then intercalating the guest compound (patent) Reference 2).
Delamination/Reassembling Process では、金属酸化物をホストとする導電性のハイブリッド薄膜が作製できるが、この薄膜は、基板との密着性に問題があり、容易に剥離しやすいという問題点がある。熱蒸着法は、特殊な無機化合物にのみ適用できる方法である。また、ホストとなる無機化合物を製膜後、ゲストとなる有機イオンをインターカレートする手法では、導電性のハイブリッド膜は得られていない。以上の様に、酸化モリブデンを主成分とする導電性有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法は、未だ確立されていないのが現状である。 In the Delamination / Reassembling Process, a conductive hybrid thin film using a metal oxide as a host can be produced. However, this thin film has a problem in adhesion to the substrate and easily peels off. Thermal evaporation is a method that can be applied only to special inorganic compounds. In addition, a conductive hybrid film is not obtained by a method of intercalating organic ions serving as guests after forming an inorganic compound serving as a host. As described above, a method for producing a conductive organic-inorganic hybrid thin film mainly composed of molybdenum oxide has not yet been established.
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、三酸化モリブデン(MoO3 )を主成分とする導電性の有機無機ハイブリッド薄膜を製造する方法を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、無機化合物と格子定数が類似した金属酸化物単結晶基板上にCVD法で作製した酸化モリブデンの高配向膜に、まず、水和ナトリウムイオンをインターカレートし、更に、導電性ポリマーあるいは有機イオンと置換する方法により、基板との密着性に優れ、均質な有機無機ハイブリッド薄膜を得ることができ、得られた薄膜は、電気伝導性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、導電性を有する高品質の有機無機ハイブリッド薄膜を製造する方法、その有機無機ハイブリッド薄膜、及び導電性部材、更には、新しいタイプのセンサ部材を提供することを目的とするものである。
Under such circumstances, the present inventors have aimed to develop a method for producing a conductive organic-inorganic hybrid thin film mainly composed of molybdenum trioxide (MoO 3 ) in view of the above-described conventional technology. As a result of repeated research, as a result of intercalating hydrated sodium ions to a highly oriented film of molybdenum oxide fabricated by CVD on a metal oxide single crystal substrate similar in lattice constant to inorganic compounds, By the method of substituting with a conductive polymer or organic ions, it is possible to obtain a homogeneous organic-inorganic hybrid thin film having excellent adhesion to the substrate, and the obtained thin film has electrical conductivity. It came to complete.
An object of the present invention is to provide a method for producing a high-quality organic-inorganic hybrid thin film having conductivity, the organic-inorganic hybrid thin film, a conductive member, and a new type of sensor member. .
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)層状構造を持つ無機化合物の高配向薄膜に、水和アルカリ金属イオンをインターカレートし、更に、これを有機化合物と置換した導電性有機無機ハイブリッド薄膜であって、
前記層状構造を持つ無機化合物が、酸化モリブデンを主成分とするものであり、前記高配向薄膜が、前記無機化合物と格子定数が類似した金属酸化物単結晶基板上にb軸配向させた無機化合物の高配向薄膜である、ことを特徴とする有機無機ハイブリッド薄膜。
(2)前記有機化合物が、導電性ポリマーであることを特徴とする前記(1)記載の有機無機ハイブリッド薄膜。
(3)前記有機化合物が、有機イオンであることを特徴とする前記(1)記載の有機無機ハイブリッド薄膜。
(4)導電性有機無機ハイブリッド薄膜を製造する方法であって、
1)層状構造を持つ無機化合物と格子定数が類似した金属酸化物単結晶基板上にb軸配向させた無機化合物の高配向薄膜を作製することにより、無機化合物の高配向薄膜を作製する、2)上記高配向薄膜に水和アルカリ金属イオンをインターカレートする、3)これを有機化合物と置換する、工程からなり、前記層状構造を持つ無機化合物が、酸化モリブデンを主成分とするものである、
ことを特徴とする有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法。
(5)前記有機化合物が、導電性ポリマーであることを特徴とする前記(4)記載の有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法。
(6)前記有機化合物が、カチオン性有機化合物であることを特徴とする前記(4)記載の有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法。
(7)前記(1)から(3)のいずれかに記載の有機無機ハイブリッド薄膜を構成要素として含むことを特徴とする導電性部材。
(8)前記(1)から(3)のいずれかに記載の有機無機ハイブリッド薄膜を構成要素として含むことを特徴とする化学センサ部材。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) A conductive organic-inorganic hybrid thin film in which a highly oriented thin film of an inorganic compound having a layered structure is intercalated with a hydrated alkali metal ion and further substituted with an organic compound ,
The inorganic compound having the layered structure is mainly composed of molybdenum oxide, and the highly oriented thin film is b-axis oriented on a metal oxide single crystal substrate having a lattice constant similar to that of the inorganic compound. An organic-inorganic hybrid thin film characterized by being a highly oriented thin film.
( 2 ) The organic-inorganic hybrid thin film according to (1), wherein the organic compound is a conductive polymer.
( 3 ) The organic-inorganic hybrid thin film according to (1), wherein the organic compound is an organic ion.
( 4 ) A method for producing a conductive organic-inorganic hybrid thin film,
1) A highly oriented thin film of an inorganic compound is produced by producing a highly oriented thin film of an inorganic compound that is b-axis oriented on a metal oxide single crystal substrate having a lattice constant similar to that of an inorganic compound having a layered structure. ) intercalated hydrated alkali metal ions in the high oriented thin film, 3) is replaced with this organic compound consists step, an inorganic compound having the layered structure is composed mainly of molybdenum oxide ,
A method for producing an organic-inorganic hybrid thin film.
( 5 ) The method for producing an organic-inorganic hybrid thin film according to ( 4 ), wherein the organic compound is a conductive polymer.
( 6 ) The method for producing an organic-inorganic hybrid thin film according to ( 4 ), wherein the organic compound is a cationic organic compound.
( 7 ) An electroconductive member comprising the organic-inorganic hybrid thin film according to any one of (1) to ( 3 ) as a constituent element.
( 8 ) A chemical sensor member comprising the organic-inorganic hybrid thin film according to any one of (1) to ( 3 ) as a constituent element.
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、上述のように、層状構造を持つ無機化合物の高配向薄膜に、水和アルカリ金属イオンをインターカレートし、更に、これを有機化合物と置換することにより導電性を有するインターカレート型の有機無機ハイブリッド薄膜を製造することを特徴とするものである。本発明において、インターカレート型の有機無機ハイブリッド薄膜を製造するには、(1)三酸化モリブデン(MoO3 )の高配向薄膜の作製、(2)三酸化モリブデン薄膜への水和アルカリイオンのインターカレート、及び、(3)水和アルカリイオンと導電性ポリマーあるいは有機イオンとの置換反応、の3段階の工程を経る必要がある。以下に、それぞれの工程について詳しく説明する。
Next, the present invention will be described in more detail.
As described above, the present invention intercalates a highly oriented thin film of an inorganic compound having a layered structure with a hydrated alkali metal ion, and further replaces the organic compound with an organic compound. The present invention is characterized by manufacturing a type organic-inorganic hybrid thin film. In the present invention, to produce an intercalated organic-inorganic hybrid thin film, (1) preparation of a highly oriented thin film of molybdenum trioxide (MoO 3 ), (2) formation of hydrated alkali ions on the molybdenum trioxide thin film It is necessary to go through three steps: intercalation and (3) a substitution reaction between a hydrated alkali ion and a conductive polymer or organic ion. Below, each process is demonstrated in detail.
まず、工程(1)において作製する三酸化モリブデン薄膜は、層状構造を有する三酸化モリブデンの層方向が基板と平行になる様に配向していることが重要である。図1に、三酸化モリブデンの結晶構造の模式図を示す。モリブデンには6個の酸素が配位し、八面体構造を形成している。この八面体は、稜共有により2次元に広がったシートとなり、これらが積層することで層構造を形成する。結晶軸は、層と垂直な方向がb軸に対応し、層方向はac面と平行である。この様な構造を持つ三酸化モリブデン層間に、例えば、ポリピロールがインターカレートすると、層間距離は約50%増加し、b軸方向に大きな体積膨張が発生する。このため、三酸化モリブデン薄膜が無配向膜の場合は、インターカレーションの過程であらゆる方向に大きな歪みが生じ、膜が基板から剥離する。 First, it is important that the molybdenum trioxide thin film produced in step (1) is oriented so that the layer direction of molybdenum trioxide having a layered structure is parallel to the substrate. FIG. 1 shows a schematic diagram of the crystal structure of molybdenum trioxide. Six oxygens coordinate with molybdenum to form an octahedral structure. This octahedron becomes a sheet spread two-dimensionally by sharing a ridge, and these are laminated to form a layer structure. In the crystal axis, the direction perpendicular to the layer corresponds to the b-axis, and the layer direction is parallel to the ac plane. When, for example, polypyrrole is intercalated between molybdenum trioxide layers having such a structure, the interlayer distance increases by about 50%, and large volume expansion occurs in the b-axis direction. For this reason, when the molybdenum trioxide thin film is a non-oriented film, a large strain is generated in all directions during the intercalation process, and the film is peeled off from the substrate.
一方、層状構造を持つ三酸化モリブデンの層方向が基板と平行になるように配向した薄膜の場合、膨張方向が基板面と垂直方向のみになるため、剥離の問題を回避できる。従って、目標とする三酸化モリブデンをホスト化合物としたインターカレート型の有機無機ハイブリッド薄膜の作製のためには、前駆体となる三酸化モリブデン薄膜が、層方向が基板と平行になるように配向した薄膜である必要がある。 On the other hand, in the case of a thin film oriented so that the layer direction of molybdenum trioxide having a layered structure is parallel to the substrate, the expansion direction is only perpendicular to the substrate surface, so that the problem of peeling can be avoided. Therefore, in order to produce an intercalated organic-inorganic hybrid thin film using the target molybdenum trioxide as the host compound, the molybdenum trioxide thin film as the precursor is oriented so that the layer direction is parallel to the substrate. It must be a thin film.
三酸化モリブデンの製膜方法は、上記配向膜が得られる方法であれば特に限定されるものではないが、最も一般的なスパッタリング法では、高真空下で製膜するため、製膜後、膜を十分に酸化させるために、酸化雰囲気下でのアニール処理が必要となる。一方、原料を適切に選択することで比較的低真空下での製膜が可能なCVD法では、製膜条件を最適化することで、アニール処理を行う必要がなくなり、効率的な薄膜な製造が可能となるため、本発明では、好適には、例えば、CVD法が使用される。 The method for forming molybdenum trioxide is not particularly limited as long as the alignment film can be obtained. However, the most common sputtering method forms a film under high vacuum. In order to fully oxidize, annealing treatment in an oxidizing atmosphere is required. On the other hand, the CVD method, which enables film formation under a relatively low vacuum by appropriately selecting raw materials, eliminates the need for annealing treatment by optimizing the film formation conditions, and enables efficient thin film production. In the present invention, for example, the CVD method is preferably used.
CVD法におけるモリブデン源については、効率的な製膜という観点から、できるだけ低い真空条件で製膜することが望ましいため、低真空下でも高い蒸気圧を発生できる化合物を選択する必要がある。本発明では、好適には、例えば、ヘキサカルボニルモリブデン(Mo(CO)6 )が使用されるが、これに制限されない。基板には、三酸化モリブデンのac面との格子整合性の観点から、例えば、格子定数のミスマッチの小さな、ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物単結晶が使用される。具体的には、LaAlO3あるいはSrTiO3 の(100)面が使用されるが、これらに限定されるものではない。 As for the molybdenum source in the CVD method, it is desirable to form a film under a vacuum condition as low as possible from the viewpoint of efficient film formation. Therefore, it is necessary to select a compound that can generate a high vapor pressure even under a low vacuum. In the present invention, for example, hexacarbonylmolybdenum (Mo (CO) 6 ) is preferably used, but is not limited thereto. From the viewpoint of lattice matching with the ac surface of molybdenum trioxide, for example, a metal oxide single crystal having a perovskite structure with a small lattice constant mismatch is used for the substrate. Specifically, a (100) plane of LaAlO 3 or SrTiO 3 is used, but is not limited thereto.
ヘキサカルボニルモリブデンを原料としたCVD法における基板温度は、通常、400〜540℃、好ましくは480〜520℃である。基板温度が400℃以下の場合は、三酸化モリブデンが十分に結晶化しない。一方、540℃以上の場合は、MoO3 に対して酸素量の少ない結晶相が不純物として析出する。キャリヤガスには、酸素ガスを用い、流量は50〜300ml、好ましくは70〜150mlである。真空度は1〜15Torr、好ましくは3〜10Torrである。製膜時間は、膜厚と相関関係があり、製膜時間を長くするに従って膜厚は増加するが、通常、5〜90分、好ましくは10〜30分程度である。 The substrate temperature in the CVD method using hexacarbonylmolybdenum as a raw material is usually 400 to 540 ° C., preferably 480 to 520 ° C. When the substrate temperature is 400 ° C. or lower, molybdenum trioxide is not sufficiently crystallized. On the other hand, in the case of 540 ° C. or higher, a crystal phase having a small amount of oxygen relative to MoO 3 is precipitated as impurities. As the carrier gas, oxygen gas is used, and the flow rate is 50 to 300 ml, preferably 70 to 150 ml. The degree of vacuum is 1 to 15 Torr, preferably 3 to 10 Torr. The film forming time has a correlation with the film thickness, and the film thickness increases as the film forming time is increased, but it is usually about 5 to 90 minutes, preferably about 10 to 30 minutes.
膜厚に関しては、製膜時の基板温度、及び真空度にも依存する。一例として、基板温度500℃、酸素ガス流量100ml/min、真空度7Torr、製膜時間15分で製膜した三酸化モリブデン薄膜の膜厚は110nmである。作製した薄膜のX線回折パターンにおいて観察される回折ピークはすべて(0k0)で指数付け可能であり、それ以外の指数を持つ回折ピークがほとんど観察されないことから、当該三酸化モリブデン薄膜がb軸配向、即ち、図1に示す層方向が基板と平行になるように配向していることが確認できる。 Regarding the film thickness, it also depends on the substrate temperature at the time of film formation and the degree of vacuum. As an example, the film thickness of a molybdenum trioxide thin film formed at a substrate temperature of 500 ° C., an oxygen gas flow rate of 100 ml / min, a degree of vacuum of 7 Torr, and a film forming time of 15 minutes is 110 nm. Since all diffraction peaks observed in the X-ray diffraction pattern of the prepared thin film can be indexed at (0k0), and diffraction peaks having other indices are hardly observed, the molybdenum trioxide thin film is b-axis oriented. That is, it can be confirmed that the layer direction shown in FIG. 1 is oriented so as to be parallel to the substrate.
一方、例えば、基板に三酸化モリブデンと格子定数のミスマッチの大きなMgO(100)単結晶を用いた場合は、同様の製膜条件においても、不純物相は見られないものの、X線回折パターンに(0k0)以外の指数を持つ回折ピークが観察され、十分なb軸配向膜は得られない。なお、ヘキサカルボニルモリブデンは、室温においても上記程度の真空下であれば十分に高い蒸気圧を発生するため、特に加熱する必要はない。以上の様に、当該製造方法により、三酸化モリブデンのb軸配向膜が製膜後の熱処理を施すことなく、短時間で作製することができる。 On the other hand, for example, when MgO (100) single crystal having a large lattice constant mismatch with molybdenum trioxide is used for the substrate, an impurity phase is not observed even under the same film forming conditions, but the X-ray diffraction pattern ( A diffraction peak having an index other than 0 k0) is observed, and a sufficient b-axis alignment film cannot be obtained. Note that hexacarbonylmolybdenum generates a sufficiently high vapor pressure even at room temperature under the above-described vacuum, and thus does not need to be heated. As described above, according to the manufacturing method, the b-axis alignment film of molybdenum trioxide can be manufactured in a short time without performing the heat treatment after the film formation.
次に、工程(2)で、三酸化モリブデン薄膜への水和アルカリイオンのインターカレートを行う。蒸留水を10分程度アルゴンガスでバブリングした後、亜ジチオン酸ナトリウム(Na2 S2 O4 )及びモリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4 )を添加し、攪拌することで、これらを溶解する。ここへ、三酸化モリブデン配向薄膜を浸積する。浸積時間は、通常、5〜120秒、好ましくは10〜60秒程度である。この間、無色の三酸化モリブデン薄膜は青色に変化し、三酸化モリブデンが還元されるとともに、水和ナトリウムイオンがインターカレートしたことが確認できる。 Next, in step (2), hydrated alkali ions are intercalated into the molybdenum trioxide thin film. After bubbling distilled water for about 10 minutes with argon gas, sodium dithionite (Na 2 S 2 O 4 ) and sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) are added and dissolved by stirring. A molybdenum trioxide oriented thin film is immersed here. The immersion time is usually about 5 to 120 seconds, preferably about 10 to 60 seconds. During this time, the colorless molybdenum trioxide thin film turns blue, and it can be confirmed that molybdenum trioxide is reduced and hydrated sodium ions are intercalated.
上記浸積後、薄膜を蒸留水で洗浄し、乾燥することで、酸化モリブデン層間に水和ナトリウムイオンがインターカレートした〔Na(H2 O)2 〕x MoO3薄膜が得られる。インターカレーション反応の進行は、X線回折パターンから確認できる。水和ナトリウムイオンのインターカレーションにより、三酸化モリブデンの層間が広がり、このため、(0k0)に指数付けされる回折ピークは低角度側にシフトする。 After the immersion, the thin film is washed with distilled water and dried to obtain a [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film in which hydrated sodium ions are intercalated between the molybdenum oxide layers. The progress of the intercalation reaction can be confirmed from the X-ray diffraction pattern. Due to the intercalation of hydrated sodium ions, the layer of molybdenum trioxide spreads, and the diffraction peak indexed at (0k0) shifts to the lower angle side.
次に、工程(3)で、水和アルカリイオンと導電性ポリマーあるいは有機イオンとの置換反応を行う。例えば、代表的な導電性ポリマーであるポリピロールとの置換反応では、まず、蒸留水にピロールを加え、超音波ホモジナイザーを用いて十分に攪拌混合した後、酸化剤を添加し、更に攪拌する。ここへ、上記〔Na(H2 O)2 〕x MoO3薄膜を浸積する。浸積時間は、通常、3〜5分、好ましくは10〜60秒程度である。薄膜を取り出し、洗浄、乾燥することで、PPyxMoO3 薄膜が得られる。 Next, in step (3), a substitution reaction between the hydrated alkali ion and the conductive polymer or organic ion is performed. For example, in a substitution reaction with polypyrrole, which is a typical conductive polymer, first, pyrrole is added to distilled water, and after sufficiently stirring and mixing using an ultrasonic homogenizer, an oxidizing agent is added and further stirred. The [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film is immersed therein. The immersion time is usually 3 to 5 minutes, preferably about 10 to 60 seconds. A PPy x MoO 3 thin film is obtained by taking out the thin film, washing and drying.
ここで用いる酸化剤は、ピロールを酸化させ得るものであれば特に制限されず、塩化鉄、ペルオキソ2硫酸アンモニウム、硝酸鉄などを例示することができる。ピロールの添加量は、〔Na(H2 O)2 〕x MoO3に対して、通常、50〜200倍当量、好ましくは100〜150倍当量である。酸化剤の添加量は、〔Na(H2 O)2 〕xMoO3 に対して、通常、1〜3倍当量、好ましくは1.5〜2倍当量である。 The oxidizing agent used here is not particularly limited as long as it can oxidize pyrrole, and examples thereof include iron chloride, ammonium peroxodisulfate, and iron nitrate. The amount of pyrrole added is usually 50 to 200 times equivalent, preferably 100 to 150 times equivalent to [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 . The addition amount of the oxidizing agent is usually 1 to 3 times equivalent, preferably 1.5 to 2 times equivalent to [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 .
有機イオンとの置換反応においては、例えば、有機イオンとしてブチルアンモニウムイオン(C4 H9 NH3 + )を用いる場合、まず、ブチルアンモニウムクロライド(C4H9 NH3 Cl)を蒸留水に溶解し、ここに、〔Na(H2 O)2 〕xMoO3 薄膜を浸積する。浸積時間は、通常、3〜15分、好ましくは5〜10分程度である。薄膜を取り出し、洗浄、乾燥することで(C4H9 NH3 )x MoO3 薄膜が得られる。C4H9 NH3 Clの添加量は、〔Na(H2 O)2 〕xMoO3 に対して、通常、1〜10倍当量、好ましくは2〜7倍当量である。 In the substitution reaction with organic ions, for example, when butyl ammonium ions (C 4 H 9 NH 3 + ) are used as organic ions, first, butyl ammonium chloride (C 4 H 9 NH 3 Cl) is dissolved in distilled water. Here, a [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film is immersed. The immersion time is usually about 3 to 15 minutes, preferably about 5 to 10 minutes. The (C 4 H 9 NH 3 ) x MoO 3 thin film is obtained by taking out the thin film, washing and drying. The amount of C 4 H 9 NH 3 Cl added is usually 1 to 10 times equivalent, preferably 2 to 7 times equivalent to [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 .
上記工程(1)の説明で示した、MgO(100)単結晶基板上に作製したMoO3 薄膜を用いて、上記と同様の方法で水和ナトリウムイオンのインターカレーション反応を行うと、反応の進行に伴い薄膜が基板から剥離する。これは、MgO基板上のMoO3薄膜のb軸配向性が十分ではないため、インターカレーションに伴う体積膨張により、あらゆる方向に歪みが生じたためであると考えられる。LaAlO3あるいはSrTiO3 に比較して、MgOでは三酸化モリブデンとの格子定数のマッチングが悪く、b軸配向膜が成長しない。従って、インターカレーション反応より有機無機ハイブリッド薄膜を作製するためには、ホストとなる三酸化モリブデンの高配向膜を作製することが必要不可欠である。 Using the MoO 3 thin film prepared on the MgO (100) single crystal substrate shown in the description of the step (1) above, when the intercalation reaction of hydrated sodium ions is performed in the same manner as described above, the reaction As the process progresses, the thin film peels from the substrate. This is presumably because the b-axis orientation of the MoO 3 thin film on the MgO substrate was not sufficient, so that distortion occurred in all directions due to volume expansion accompanying intercalation. Compared with LaAlO 3 or SrTiO 3 , MgO has poor lattice constant matching with molybdenum trioxide, and the b-axis alignment film does not grow. Therefore, in order to produce an organic-inorganic hybrid thin film by an intercalation reaction, it is indispensable to produce a highly oriented film of molybdenum trioxide serving as a host.
当該有機無機ハイブリッド薄膜に金電極を蒸着することにより作製したセンサ素子は、VOCガスに対する優れたセンサ特性を有する。通常、VOCガスに対して、既存のn型半導体酸化物からなる抵抗変化型のセンサは、抵抗値が低下することで応答する。しかしながら、本発明によって得られた薄膜センサは、有機物として導電性ポリマーから構成されるもの、及び有機物として有機イオンから構成されるもの、のいずれの試料においても、VOCガスに対してセンサ抵抗が増加することで応答する。更に、本発明によるセンサは、室温で応答を示すため、特に、加熱機構等を必要としないことから、センサユニットの小型化が可能となる。 A sensor element produced by depositing a gold electrode on the organic-inorganic hybrid thin film has excellent sensor characteristics against VOC gas. Usually, a resistance change type sensor made of an existing n-type semiconductor oxide responds to a VOC gas when the resistance value decreases. However, the thin film sensor obtained by the present invention has an increased sensor resistance with respect to the VOC gas in any sample composed of a conductive polymer as an organic substance and an organic ion as an organic substance. To respond. Furthermore, since the sensor according to the present invention exhibits a response at room temperature, a heating mechanism or the like is not particularly required, so that the sensor unit can be miniaturized.
本発明の有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法では、上記酸化モリブデン及びポリピロールあるいはブチルアンモニウムイオンを用いた場合と同様の方法を、酸化モリブデン及びポリピロールあるいはブチルアンモニウムイオン以外の層状無機化合物及び導電性ポリマーあるいは有機イオンにも適用することができる。導電性を有する有機無機ハイブリッド薄膜によるガスセンサを形成できる層状無機化合物としては、例えば、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、塩化ルテニウム、酸塩化鉄、硫化モリブデン等が、また、導電性ポリマーとしては、例えば、ポリアニリン、ポリチオール、ポリエチレンオキサイド等が、また、有機イオンとしては、例えば、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン等が挙げられるが、これらに制限されるものではなく、これらと同効あるいは類似のものであれば、同様に使用することができる。 In the method for producing the organic-inorganic hybrid thin film of the present invention, the same method as that in the case of using molybdenum oxide and polypyrrole or butylammonium ion is applied, and a layered inorganic compound and conductive polymer or organic other than molybdenum oxide and polypyrrole or butylammonium ion It can also be applied to ions. As a layered inorganic compound that can form a gas sensor with a conductive organic-inorganic hybrid thin film, for example, tungsten oxide, vanadium oxide, niobium oxide, ruthenium chloride, iron oxychloride, molybdenum sulfide, etc., and as a conductive polymer, For example, polyaniline, polythiol, polyethylene oxide, and the like, and organic ions include, for example, tetrabutylammonium ion, tetraphenylphosphonium ion, etc., but are not limited thereto, and have the same effect or similar to these. Can be used in the same manner.
本発明により、(1)有機化合物と無機化合物を分子レベルで複合化した、導電性の新規インターカレート型有機無機ハイブリッド薄膜材料を簡便なプロセスにより製造し、提供できる、(2)酸化モリブデンを主成分とする導電性有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法及びその製品を提供できる、(3)膜厚が均一で、エレクトロデバイス材料等として使用し得る高品質の導電性有機無機ハイブリッド薄膜を製造できる、(4)VOCガスに対してセンサ抵抗が増加することで応答する新しいタイプのセンサ素子を提供できる、(5)無機化合物をホストとし、有機化合物をゲストとしたインターカレート型の有機無機ハイブリッド薄膜を作製できる、(6)該ハイブリッド薄膜は、例えば、導電性部材、センサ部材の材料として有用である、という格別の効果が奏される。 According to the present invention, (1) it is possible to manufacture and provide a novel conductive intercalated organic / inorganic hybrid thin film material in which an organic compound and an inorganic compound are combined at a molecular level by a simple process. (2) Molybdenum oxide A method for producing a conductive organic-inorganic hybrid thin film as a main component and a product thereof can be provided. (3) A high-quality conductive organic-inorganic hybrid thin film having a uniform film thickness that can be used as an electro device material can be produced. (4) It is possible to provide a new type of sensor element that responds to an increase in sensor resistance against VOC gas. (5) Intercalated organic-inorganic hybrid thin film using an inorganic compound as a host and an organic compound as a guest. (6) The hybrid thin film is useful as a material for conductive members and sensor members, for example. , Special effects that can be attained.
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.
(1)MoO3 薄膜の作製
MoO3 薄膜の作製にはCVD法を用いた。基板として10mm角のLaAlO3(100)単結晶を用いた。基板は、加熱用ヒーターを持つホルダーにセットした。モリブデンソースであるヘキサカルボニルモリブデン(Mo(CO)6)0.9gを石英ガラスボートに入れ、ソース室にセットした。試料室及びソース室を含む系全体に酸素ガス(100ml/min)流し、試料室部分を電気炉により460℃に加熱し、更に、基板加熱用ヒーターにより基板温度を500℃にした。基板温度が安定した後、系全体を真空ポンプで排気し、真空度7Torrに調整した。系全体を減圧にした段階で、Mo(CO)6の揮発が始まり、MoO3 膜の成長が開始した。ソースであるMo(CO)6 は特に加熱する必要はなく、ソースは室温に保持されていた。減圧下15分間製膜した後、系全体を大気圧に戻した。これにより、ソースの揮発が抑制され、製膜が終了した。
(1) using the CVD method in the production of manufactured MoO 3 thin MoO 3 film. A 10 mm square LaAlO 3 (100) single crystal was used as the substrate. The substrate was set in a holder having a heater for heating. 0.9 g of hexacarbonylmolybdenum (Mo (CO) 6 ), which is a molybdenum source, was placed in a quartz glass boat and set in a source chamber. Oxygen gas (100 ml / min) was allowed to flow through the entire system including the sample chamber and the source chamber, the sample chamber portion was heated to 460 ° C. by an electric furnace, and the substrate temperature was set to 500 ° C. by a substrate heating heater. After the substrate temperature was stabilized, the entire system was evacuated with a vacuum pump, and the degree of vacuum was adjusted to 7 Torr. When the entire system was depressurized, the volatilization of Mo (CO) 6 started and the growth of the MoO 3 film started. Mo (CO) 6 as the source did not need to be heated, and the source was kept at room temperature. After film formation for 15 minutes under reduced pressure, the entire system was returned to atmospheric pressure. Thereby, volatilization of the source was suppressed and film formation was completed.
得られた薄膜のX線回折パターンを図2に示す。観測される回折ピークは、基板からのピークを除けば、すべて図1に示す構造を持つMoO3 の(0k0)に指数付けが可能であり、MoO3 のb軸配向膜が成長している。また、(040)ピークのロッキングカーブ(θスキャン)の半値幅は0.65度であり、高い結晶性を有している。図3は、MoO3薄膜表面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。いくつかの結晶粒は見られるが、フラットで平滑な面が拡がっている。断面のSEM観察から求めた膜厚は110nmである。 The X-ray diffraction pattern of the obtained thin film is shown in FIG. Except for the peak from the substrate, all observed diffraction peaks can be indexed to (0k0) of MoO 3 having the structure shown in FIG. 1, and a b-axis alignment film of MoO 3 is grown. Further, the full width at half maximum of the (040) peak rocking curve (θ scan) is 0.65 degrees, and it has high crystallinity. FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the MoO 3 thin film surface. Although some crystal grains can be seen, the flat and smooth surface is expanded. The film thickness obtained from SEM observation of the cross section is 110 nm.
(2)〔Na(H2 O)2〕x MoO3 薄膜の作製
ナス型フラスコ中で蒸留水25mlを10分間アルゴンガスでバブリングした後、亜ジチオン酸ナトリウムNa2 S2 O4 (0.2g,1.1mmol)及びモリブデン酸ナトリウムNa2MoO4 2H2 O(6g,24.8mmol)を添加し、攪拌することで、これらを溶解した。ここへMoO3配向薄膜を10秒間浸積した。この間、無色の三酸化モリブデン薄膜は青色に変化した。浸積後、薄膜を蒸留水で洗浄し、空気中125℃で約30分間乾燥した。この薄膜試料のX線回折パターンを図4(a)に示す。(0k0)で指数付けされるピークが観測されるが、これらのピークは、MoO3に比較して低角度側にシフトしており、層間距離が増加していることが分かる。図4(a)から求めた層間距離は、0.97nmであり、MoO3 の層間距離(0.69nm)に比べて0.28nm増加している。この層間距離の広がりは、水和ナトリウムイオンNa(H2O)2 がインターカレーションした場合に相当することから、〔Na(H2 O)2 〕xMoO3 薄膜が生成していることが確認できた。
(2) Preparation of [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 Thin Film After 25 ml of distilled water was bubbled with argon gas for 10 minutes in an eggplant type flask, sodium dithionite Na 2 S 2 O 4 (0.2 g , 1.1 mmol) and sodium molybdate Na 2 MoO 4 2H 2 O (6 g, 24.8 mmol) were added and dissolved by stirring. A MoO 3 oriented thin film was immersed here for 10 seconds. During this time, the colorless molybdenum trioxide thin film turned blue. After soaking, the thin film was washed with distilled water and dried in air at 125 ° C. for about 30 minutes. The X-ray diffraction pattern of this thin film sample is shown in FIG. Peaks indexed at (0k0) are observed, but these peaks are shifted to the lower angle side compared to MoO 3 , and it can be seen that the interlayer distance is increased. The interlayer distance obtained from FIG. 4A is 0.97 nm, which is an increase of 0.28 nm compared to the interlayer distance of MoO 3 (0.69 nm). The spread of the interlayer distance corresponds to the case where the hydrated sodium ion Na (H 2 O) 2 is intercalated, so that a [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film is formed. It could be confirmed.
(3)PPyx MoO3薄膜の作製
蒸留水25mL中にピロール(2.0ml,28.9mmol)を加え、超音波ホモジナイザーで3分間処理した後、酸化剤として塩化鉄FeCl3 (0.086g,0.51mmol)を加え、室温で10分間攪拌した。ここへ上記〔Na(H2O)2 〕x MoO3 薄膜を5分間浸積した。ここで薄膜を取り出し、エタノール20mlを添加した上記溶液中に再度2分間浸積させた後、蒸留水で1回、エタノールで4回洗浄し、空気中125℃で約60分間乾燥した。この薄膜試料のX線回折パターンを図4(b)に示す。(0k0)で指数付けされるピークが観測されるが、これらのピークは〔Na(H2O)2 〕x MoO3 に比較して低角度側にシフトしており、層間距離が増加していることが分かる。図4(b)から求めた層間距離は、1.47nmであり、MoO3の層間距離(0.69nm)に比べて0.78nm増加している。この層間距離の広がりは、ポリピロールがインターカレーションした場合に相当することから、PPyxMoO3 薄膜が生成していることが確認できた。
(3) Production of PPy x MoO 3 thin film After adding pyrrole (2.0 ml, 28.9 mmol) in 25 mL of distilled water and treating with an ultrasonic homogenizer for 3 minutes, iron chloride FeCl 3 (0.086 g, 0.086 g, 0.51 mmol) was added and stirred at room temperature for 10 minutes. The above [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film was immersed therein for 5 minutes. The thin film was taken out and immersed again in the above solution to which 20 ml of ethanol was added for 2 minutes, washed once with distilled water and four times with ethanol, and dried in air at 125 ° C. for about 60 minutes. The X-ray diffraction pattern of this thin film sample is shown in FIG. Peaks indexed at (0k0) are observed, but these peaks are shifted to the lower angle side compared to [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 , and the interlayer distance increases. I understand that. The interlayer distance obtained from FIG. 4B is 1.47 nm, which is an increase of 0.78 nm compared to the interlayer distance of MoO 3 (0.69 nm). Since the spread of the interlayer distance corresponds to the case where polypyrrole is intercalated, it was confirmed that a PPy x MoO 3 thin film was formed.
(4)電気的特性及びセンサ特性の評価
得られたPPyx MoO3薄膜上に金櫛形電極を蒸着し、センサ素子を作製した。直流2端子法で測定した電気抵抗値は室温で0.77MΩであった。PPyx MoO3薄膜センサのホルムアルデヒドガスに対するセンサ特性を電気抵抗値の変化で評価した。用いたホルムアルデヒドガス濃度は800ppmとし、測定は室温で行った。清浄空気(25分)、サンプルガス(15分)、更に、清浄空気を順次流した時の抵抗値の変化を図5に示す。図5の縦軸は、初期抵抗で規格化した抵抗値である。ホルムアルデヒドに対して、センサの抵抗値が増加し、清浄空気中では元の抵抗値にもどり、確かにセンサとして機能していることが分かる。更に、ホルムアルデヒド以外のVOCガスに対するセンサ特性を密閉型センサ特性評価装置を用いて評価した。容器中のヒーターに液体のVOCを供給することで気化させ、所定の濃度のVOC環境を作り、センサの抵抗値の変化を測定した。
(4) Evaluation of electrical characteristics and sensor characteristics A gold comb-shaped electrode was deposited on the obtained PPy x MoO 3 thin film to prepare a sensor element. The electric resistance value measured by the direct current two-terminal method was 0.77 MΩ at room temperature. The sensor characteristics of the PPy x MoO 3 thin film sensor with respect to formaldehyde gas were evaluated by the change in electric resistance value. The formaldehyde gas concentration used was 800 ppm, and the measurement was performed at room temperature. FIG. 5 shows a change in resistance value when clean air (25 minutes), sample gas (15 minutes), and clean air are sequentially flowed. The vertical axis in FIG. 5 is the resistance value normalized by the initial resistance. It can be seen that the resistance value of the sensor increases with respect to formaldehyde, and returns to the original resistance value in clean air, which clearly functions as a sensor. Furthermore, sensor characteristics for VOC gases other than formaldehyde were evaluated using a sealed sensor characteristic evaluation apparatus. VOC was vaporized by supplying liquid VOC to the heater in the container, a VOC environment having a predetermined concentration was created, and a change in the resistance value of the sensor was measured.
図6に、室温における1000ppm濃度の各種VOCガスに対するセンサ感度(Rgas/Ra:Raは初期抵抗値、Rgasはガス雰囲気中での抵抗値)を示す。このセンサは、トルエンには応答しないのに対して、アルデヒド、アルコール、塩素系ガスに対して選択的に応答を示す。この中でも、ホルムアルデヒドとアセトンに対して特に高い感度を示した。このことは、本発明の有機無機ハイブリッド薄膜センサが、VOCガス対して高い選択性を有していることを示している。 FIG. 6 shows sensor sensitivity (Rgas / Ra: Ra is an initial resistance value, and Rgas is a resistance value in a gas atmosphere) for various VOC gases having a concentration of 1000 ppm at room temperature. This sensor does not respond to toluene, but selectively responds to aldehydes, alcohols, and chlorinated gases. Among them, particularly high sensitivity to formaldehyde and acetone was shown. This indicates that the organic-inorganic hybrid thin film sensor of the present invention has high selectivity for VOC gas.
本実施例では、MoO3 薄膜を作製する際の基板温度を520℃としたこと、〔Na(H2O)2 〕x MoO3 薄膜を作製する際のNa2 S2O4 量を0.4g(2.2mmol)としたこと、〔Na(H2 O)2 〕xMoO3 薄膜を作製する際のMoO3 薄膜の浸積時間を50秒としたこと以外は、実施例1の方法に準じてPPyxMoO3 薄膜を作製した。MoO3 薄膜の膜厚は350nmであり、基板温度が高くなると成長速度が増加する傾向にある。MoO3薄膜、〔Na(H2 O)2 〕x MoO3 薄膜、及びPPyxMoO3 薄膜のX線回折図を図7に示す。実施例1の場合と同様に、インターカレーションにより、層間距離が大きくなり、PPyxMoO3 薄膜が生成していることが確認できた。MoO3 薄膜の結晶性を更に詳しく調べるために、X線極点図測定を行った。図8に、MoO3(021)の極点図を示す。完全に面内配向した試料ではβ方向に90度おきに4つの極点が観測されるが,8つの極点が規則的に現れることから、結晶方位がわずかに(約4度)ずれた二つのドメインからMoO3薄膜が構成されていると考えられる。 In this example, the substrate temperature when producing the MoO 3 thin film was set to 520 ° C., and the amount of Na 2 S 2 O 4 when producing the [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film was set to 0.1. The method of Example 1 was followed except that the amount was 4 g (2.2 mmol), and the immersion time of the MoO 3 thin film when producing the [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film was 50 seconds. Similarly, a PPy x MoO 3 thin film was prepared. The film thickness of the MoO 3 thin film is 350 nm, and the growth rate tends to increase as the substrate temperature increases. FIG. 7 shows X-ray diffraction patterns of the MoO 3 thin film, the [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film, and the PPy x MoO 3 thin film. As in Example 1, it was confirmed that the interlayer distance was increased by intercalation, and a PPy x MoO 3 thin film was formed. In order to investigate the crystallinity of the MoO 3 thin film in more detail, X-ray pole figure measurement was performed. FIG. 8 shows a pole figure of MoO 3 (021). In the sample with perfectly in-plane orientation, four poles are observed every 90 degrees in the β direction. However, since eight poles appear regularly, two domains with slightly different crystal orientations (about 4 degrees) are observed. From this, it is considered that a MoO 3 thin film is formed.
しかしながら、ピークは非常にシャープである。図9に示すMoO3 (021)のβスキャンに表れるピークの半値幅は0.4度であり、これは、高い面内配向性を有していることを示すものである。即ち、本発明において作製したMoO3薄膜は、b軸配向のみならず、面内配向性も実現されている。基板であるLaAlO3 (111)の極点図との比較から、LaAlO3の(100)とMoO3 の(100)が平行になるようにエピタキシャル成長していることが明らかとなった。この様に、高い配向性を有するMoO3薄膜を用いることが、インターカレーション反応によっても膜が剥離することなく、PPyx MoO3 薄膜へ変換できた理由の一つであると考えられる。 However, the peak is very sharp. The half width of the peak appearing in the β scan of MoO 3 (021) shown in FIG. 9 is 0.4 degrees, which indicates that it has a high in-plane orientation. That is, the MoO 3 thin film produced in the present invention realizes not only b-axis orientation but also in-plane orientation. From the comparison with the pole figure of LaAlO 3 (111) as the substrate, it became clear that (100) of LaAlO 3 and (100) of MoO 3 were epitaxially grown in parallel. Thus, it is considered that the use of a MoO 3 thin film having a high orientation is one of the reasons why the film can be converted into a PPy x MoO 3 thin film without being peeled by an intercalation reaction.
得られたPPyx MoO3薄膜上に金櫛形電極を蒸着し、センサ素子を作製した。直流2端子法で測定したこのセンサの電気抵抗値は、室温で1.3MΩであった。PPyx MoO3薄膜センサのホルムアルデヒドガスに対するセンサ特性を電気抵抗値の変化で評価した。図10に、このセンサのホルムアルデヒドガス100ppmに対するセンサ応答を示す。この図に示されるように、ホルムアルデヒドガスに対して抵抗値が増加し、ホルムアルデヒドガスの流通を止めると抵抗値が低下していることから、上記センサ素子は、センサとして機能していることが分かる。 A gold comb-shaped electrode was deposited on the obtained PPy x MoO 3 thin film to produce a sensor element. The electrical resistance value of this sensor measured by the direct current two-terminal method was 1.3 MΩ at room temperature. The sensor characteristics of the PPy x MoO 3 thin film sensor with respect to formaldehyde gas were evaluated by the change in electric resistance value. FIG. 10 shows the sensor response of this sensor to 100 ppm of formaldehyde gas. As shown in this figure, the resistance value increases with respect to formaldehyde gas, and the resistance value decreases when the flow of formaldehyde gas is stopped. Therefore, it can be seen that the sensor element functions as a sensor. .
MoO3 薄膜を作製する際の基板温度を480℃としたこと、〔Na(H2O)2 〕x MoO3 薄膜を作製する際のNa2 S2O4 量を0.4g(2.2mmol)としたこと、〔Na(H2 O)2 〕xMoO3 薄膜を作製する際のMoO3 薄膜の浸積時間を50秒としたこと以外は、実施例1の方法に準じてPPyxMoO3 薄膜を作製した。MoO3 薄膜の膜厚は106nmであった。MoO3 薄膜、〔Na(H2O)2 〕x MoO3 薄膜、及びPPyx MoO3薄膜のX線回折図を図11に示す。実施例1の場合と同様に、インターカレーションにより、層間距離が大きくなり、PPyx MoO3薄膜が生成していることが確認できた。 The substrate temperature when producing the MoO 3 thin film was 480 ° C., and the amount of Na 2 S 2 O 4 when producing the [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film was 0.4 g (2.2 mmol). PPy x MoO in accordance with the method of Example 1 except that the immersion time of the MoO 3 thin film when producing the [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film was 50 seconds. 3 thin films were prepared. The film thickness of the MoO 3 thin film was 106 nm. 11 shows X-ray diffraction patterns of the MoO 3 thin film, [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film, and PPy x MoO 3 thin film. As in Example 1, it was confirmed that the interlayer distance was increased by intercalation, and a PPy x MoO 3 thin film was formed.
本実施例では、有機イオンであるブチルアンモニウムイオン(C4 H9 NH3 + )がMoO3 層間にインターカレートした有機無機ハイブリッド薄膜の作製例を示す。MoO3薄膜を作製する際の基板温度を520℃としたこと、〔Na(H2 O)2 〕x MoO3薄膜を作製する際のNa2 S2 O4 量を0.4g(2.2mmol)としたこと、〔Na(H2O)2 〕x MoO3 薄膜を作製する際のMoO3 薄膜の浸積時間を30秒としたこと以外は、実施例1の方法に準じて〔Na(H2O)2 〕x MoO3 薄膜を作製した。更に、〔Na(H2 O)2 〕xMoO3 薄膜を、ブチルアンモニウムクロライド(C4 H9 NH3 Cl)0.13g(1.2mmol)を蒸留水20mlに溶解することで作製した水溶液中に10分間浸積した。薄膜を取り出し、蒸留水で洗浄した後、空気中125℃で約15分間乾燥した。 In this example, an example of producing an organic-inorganic hybrid thin film in which butylammonium ions (C 4 H 9 NH 3 + ) as organic ions are intercalated between MoO 3 layers is shown. The substrate temperature when producing the MoO 3 thin film was 520 ° C., and the amount of Na 2 S 2 O 4 when producing the [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film was 0.4 g (2.2 mmol). [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film was prepared according to the method of Example 1 except that the immersion time of the MoO 3 thin film was 30 seconds. H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin films were prepared. Further, in an aqueous solution prepared by dissolving [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film, 0.13 g (1.2 mmol) of butylammonium chloride (C 4 H 9 NH 3 Cl) in 20 ml of distilled water. For 10 minutes. The thin film was taken out, washed with distilled water, and dried in air at 125 ° C. for about 15 minutes.
MoO3 薄膜、〔Na(H2O)2 〕x MoO3 薄膜、及び(C4 H9 NH3)x MoO3 薄膜のX線回折図を図12に示す。(C4 H9 NH3)x MoO3 薄膜においても(0k0)で指数付けされるピークが観測されるが、これらのピークは〔Na(H2O)2 〕x MoO3 に比較して低角度側にシフトしており、層間距離が大きくなっていることが分かる。図12(c)から求めた層間距離は、1.18nmであり、MoO3の層間距離(0.69nm)に比べて0.49nm増加している。この層間距離の広がりは、ブチルアンモニウムイオンがインターカレーションした場合に相当することから、(C4H9 NH3 )x MoO3 薄膜が生成していることが確認できた。 FIG. 12 shows X-ray diffraction patterns of the MoO 3 thin film, [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film, and (C 4 H 9 NH 3 ) x MoO 3 thin film. Even in the (C 4 H 9 NH 3 ) x MoO 3 thin film, peaks indexed by (0k0) are observed, but these peaks are lower than [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3. It can be seen that there is a shift to the angle side and the interlayer distance is increased. The interlayer distance obtained from FIG. 12C is 1.18 nm, which is an increase of 0.49 nm compared to the interlayer distance of MoO 3 (0.69 nm). The spread of the interlayer distance corresponds to the case where butylammonium ions are intercalated, so that it was confirmed that a (C 4 H 9 NH 3 ) x MoO 3 thin film was formed.
得られた(C4 H9NH3 )x MoO3 薄膜上に金櫛形電極を蒸着し、センサ素子を作製した。直流2端子法で測定した電気抵抗値は室温で5.6MΩであった。(C4H9 NH3 )x MoO3 薄膜センサのホルムアルデヒドガスに対するセンサ特性を電気抵抗値の変化で評価した。(C4H9 NH3 )x MoO3 薄膜センサにおいても、PPyxMoO3 薄膜センサの場合と同様に、ホルムアルデヒドガスに対して抵抗値が増加することで応答した。 A gold comb electrode was deposited on the obtained (C 4 H 9 NH 3 ) x MoO 3 thin film to produce a sensor element. The electric resistance value measured by the direct current two-terminal method was 5.6 MΩ at room temperature. The sensor characteristics of the (C 4 H 9 NH 3 ) x MoO 3 thin film sensor with respect to formaldehyde gas were evaluated by changes in the electric resistance value. The (C 4 H 9 NH 3 ) x MoO 3 thin film sensor responded by increasing the resistance value with respect to formaldehyde gas as in the case of the PPy x MoO 3 thin film sensor.
比較例1
MoO3 薄膜を作製する際の基板をMgO(100)単結晶を用いたこと、製膜時間を30分にしたこと以外は、実施例1の方法に準じてPPyxMoO3 薄膜の作製を試みた。図13に、MoO3 薄膜のX線回折パターンを示す。観測される回折ピークは、すべてMoO3相によるものであり、MoO3 単相膜が得られている。しかし、(0k0)以外の回折ピークが見られることから、MoO3薄膜は多結晶構造であり、配向性は十分でない。図14に示すSEM写真では、直径500〜900nm、厚さ150〜250nmのMoO3 粒子が積み重なって成長している様子が見られる。板状結晶粒のよく発達した面は、必ずしも基板表面と平行ではなく、b軸配向性が十分でないことが分かる。この様な微細構造を持つMoO3薄膜に水和ナトリウムイオンのインターカレーションを試みたところ、膜の大部分が剥離した。
Comparative Example 1
An attempt was made to produce a PPy x MoO 3 thin film according to the method of Example 1 except that the substrate used for producing the MoO 3 thin film was made of MgO (100) single crystal and the film formation time was 30 minutes. It was. FIG. 13 shows an X-ray diffraction pattern of the MoO 3 thin film. The observed diffraction peaks are all due to the MoO 3 phase, and a MoO 3 single-phase film is obtained. However, since diffraction peaks other than (0k0) are observed, the MoO 3 thin film has a polycrystalline structure and orientation is not sufficient. In the SEM photograph shown in FIG. 14, it can be seen that MoO 3 particles having a diameter of 500 to 900 nm and a thickness of 150 to 250 nm are stacked and grown. It can be seen that the well-developed surface of the plate-like crystal grains is not necessarily parallel to the substrate surface and the b-axis orientation is not sufficient. Attempts were made to intercalate hydrated sodium ions into the MoO 3 thin film having such a fine structure, and most of the film was peeled off.
以上詳述したように、本発明は、電気伝導性有機無機ハイブリッド薄膜、及びその製造方法等に係るものであり、本発明により、無機化合物をホストとし、有機化合物をゲストとしたインターカレーション型の有機無機ハイブリッド薄膜を得ることができる。得られる有機無機ハイブリッド薄膜は、その電気伝導度性により、エレクトロニクスデバイス材料として利用することができる。特に、本発明の方法により得られる電気伝導性有機無機ハイブリッド薄膜は、CVD法と溶液への浸積法により簡便に製造できるので、集積化が可能となり、例えば、センサ等として、各種の用途に好適に用いることができる。上記有機無機ハイブリッド薄膜を構成要素として含む導電性部材及びセンサ部材を提供することができる。本発明は、これらの技術分野における、次世代の高機能性エレクトロニクスデバイスの製造を可能とする新材料・新技術を提供するものとして有用である。 As described above in detail, the present invention relates to an electrically conductive organic-inorganic hybrid thin film and a method for producing the same, and according to the present invention, an intercalation type using an inorganic compound as a host and an organic compound as a guest. The organic-inorganic hybrid thin film can be obtained. The obtained organic-inorganic hybrid thin film can be used as an electronic device material due to its electrical conductivity. In particular, the electrically conductive organic-inorganic hybrid thin film obtained by the method of the present invention can be easily manufactured by the CVD method and the immersion method in a solution, so that it can be integrated, for example, as a sensor for various uses. It can be used suitably. A conductive member and a sensor member including the organic-inorganic hybrid thin film as a constituent element can be provided. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for providing new materials and new technologies that enable the production of next-generation high-performance electronic devices in these technical fields.
Claims (8)
前記層状構造を持つ無機化合物が、酸化モリブデンを主成分とするものであり、前記高配向薄膜が、前記無機化合物と格子定数が類似した金属酸化物単結晶基板上にb軸配向させた無機化合物の高配向薄膜である、ことを特徴とする有機無機ハイブリッド薄膜。 A conductive organic-inorganic hybrid thin film in which a highly oriented thin film of an inorganic compound having a layered structure is intercalated with a hydrated alkali metal ion and further substituted with an organic compound ,
The inorganic compound having the layered structure is mainly composed of molybdenum oxide, and the highly oriented thin film is b-axis oriented on a metal oxide single crystal substrate having a lattice constant similar to that of the inorganic compound. An organic-inorganic hybrid thin film characterized by being a highly oriented thin film.
(1)層状構造を持つ無機化合物と格子定数が類似した金属酸化物単結晶基板上にb軸配向させた無機化合物の高配向薄膜を作製することにより、無機化合物の高配向薄膜を作製する、(2)上記高配向薄膜に水和アルカリ金属イオンをインターカレートする、(3)これを有機化合物と置換する、工程からなり、前記層状構造を持つ無機化合物が、酸化モリブデンを主成分とするものである、
ことを特徴とする有機無機ハイブリッド薄膜の製造方法。 A method for producing a conductive organic-inorganic hybrid thin film,
(1) A highly oriented thin film of an inorganic compound is produced by producing a highly oriented thin film of an inorganic compound that is b-axis oriented on a metal oxide single crystal substrate having a lattice constant similar to that of an inorganic compound having a layered structure . (2) intercalated hydrated alkali metal ions in the high orientation film, replacing the (3) which an organic compound consists step, an inorganic compound having the layered structure, molybdenum oxide as a main component Is,
A method for producing an organic-inorganic hybrid thin film.
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JP4944707B2 (en) * | 2007-08-27 | 2012-06-06 | パナソニック株式会社 | Manufacturing method of gas sensor |
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