化学気相析出法によるカルサイト膜の合成と光学的性質

化学气相沉积法合成方解石薄膜及其光学性能

基本信息

批准号：
05855094
负责人：
山根久典
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

カルサイト(CaCO_3)は、その大きな光学的異方性により偏光子などの光学材料に用いられているが、バルク単結晶に関する研究がほとんどで、薄膜の作製やその光学的性質に関する研究はほとんど行われていない。本研究では、化学気相析出(CVD)法によるカルサイト膜の合成を試み、結晶配向性の有無や、得られた膜の光学的性質を調べた。原料として、Caのbeta-金属錯体(Ca(C_<11>H_<19>O_2)_2:Ca(DPM)_2)を用いた。180〜240℃に加熱しガス化した原料を、Arをキャリヤ-ガスに用いて炉内に導入した。また、別経路で10%CO_2-90%O_22混合ガスを導入した。全ガス圧力を10Torrとした。合成時のCO_2分圧は0.8Torrであった。基板には、透明石英ガラスとサファイア(01)を用いた。表面段差圧を用いて膜圧を測定した。膜の結晶構造をX線回折法で調べ、可紫外分光光度形を用いて光透過率を測定した。Ca(DPM)_2)のガス化温度が200℃以上で、膜の析出が認められた。成膜速度は、Ca(DPM)_2)の温度が230℃のとき9nm/min、240℃で24nm/minであった。基板温度が500〜550℃では、無配向または、(104)が基板面に垂直に配向したCaCO_3膜が得られた。600℃では、CaOとCaCO_3の二相となった。この条件は、CO_2分圧0.8TorrでCaCO_3の炭酸解離平衡条件とほぼ一致した。石英基板上に作製した膜は白濁しており、この原因として石英ガラス基板へのCaの拡散や反応が考えられた。サファイア基板上に550℃で作製された厚さ0.52mumの膜は、800〜2500nmの波長範囲でほぼ100%の光透過率を示した。また、この波長範囲における屈折率は約1.59で、CaCO_3単結晶の屈折率の平均1.57とほぼ一致した。

方解石（CACO_3）由于其较大的光学各向异性而用于光学材料（例如极化器），但大多数研究都是在散装单晶上进行的，几乎没有对薄膜或光学特性的制造进行任何研究。在这项研究中，我们试图通过化学蒸气沉积（CVD）方法合成方解石膜，并研究了是否存在晶体方向和所获得膜的光学特性。作为起始材料，使用了Ca（CA（C_ <11> H__ <19> O_2）_2：Ca（dpm）_2）的β-金属复合物。将其加热至180-240°C并加热的原材料使用AR作为载气将其引入炉中。此外，通过另一条路线引入了10％的CO_2-90％O_22混合气体。总气压设置为10托尔。合成过程中co_2的二压为0.8托尔。底物由透明的石英玻璃和蓝宝石（01）制成。使用表面台阶压力测量膜压力。通过X射线衍射检查膜的晶体结构，并使用紫外分光光度法形式测量光透射率。 Ca（DPM）_2）的气化温度高于200°C。观察到膜沉淀。当Ca的温度（DPM）_2）为230°C，在240°C下为24 nm/min时，膜的形成速率为9 nm/min。在500-550°C的底物温度下，获得了无方向或（104）垂直于底物表面的CACO_3膜。在600°C下，两个相为CAO和CACO_3。这种条件与CACO_3的碳酸解离平衡条件大致一致，在CO_2的二压为0.8 TORR下。在石英底物上制备的薄膜是多云的，原因是Ca在石英玻璃基板中的扩散和反应。在蓝宝石底物上以550°C制造的0.52mum厚的膜在800-2500 nm的波长范围内显示出约100％的光透射率。此外，该波长范围内的折射率约为1.59，这与Caco_3单晶的平均折射率大致一致。