JP7724627B2 - Gas barrier film materials - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜下においても高いガスバリア性と高い成膜速度を有する酸化ケイ素膜、酸化ケイ素膜作成に有用な水素化ケイ素化合物を含むガスバリア膜用材料、及び酸化ケイ素膜の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a silicon oxide film that has high gas barrier properties and a high film formation rate even when thin, a gas barrier film material containing a silicon hydride compound that is useful for creating silicon oxide films, and a method for producing silicon oxide films.
二酸化ケイ素(シリカ)は、高い化学的・熱的安定性と良好な物理的特性(高強度、透明性、絶縁性)を併せ持つ代表的な金属酸化物材料であり、バルクからナノサイズ材料まで、様々な形態で産業利用されている。二酸化ケイ素の薄膜を作製する方法としては、湿式法と乾式法が主として用いられるが、工程数が少なく高密度で高機能な膜を与えることから、乾式法、特に化学気相成長法(CVD法)による成膜が、酸化ケイ素薄膜を基材上に堆積させる目的で主に用いられる。とりわけ、高分子フィルム材料の透明性を維持させつつ酸素・水蒸気バリア特性を付与するために、CVD法によりフィルム上に透明な酸化ケイ素膜を堆積させ、該目的を達成することが多い。CVD法による成膜では、蒸発気化可能なケイ素化合物を酸化ケイ素薄膜前駆体として用いる必要がある。これまでに種々の有機ケイ素化合物を前駆体として用い、CVD法により所望の組成と物性を有する含ケイ素薄膜を堆積させる方法が確立されている。 Silicon dioxide (silica) is a representative metal oxide material that combines high chemical and thermal stability with favorable physical properties (high strength, transparency, and insulating properties). It is used industrially in a variety of forms, from bulk to nano-sized materials. While wet and dry processes are primarily used to fabricate silicon dioxide thin films, dry processes, particularly chemical vapor deposition (CVD), are primarily used to deposit silicon oxide thin films on substrates because they require fewer steps and produce high-density, highly functional films. In particular, CVD is often used to deposit transparent silicon oxide films on polymeric film materials to impart oxygen and water vapor barrier properties while maintaining their transparency. CVD film formation requires the use of a vaporizable silicon compound as a silicon oxide thin film precursor. Previously, methods have been established for depositing silicon-containing thin films with desired compositions and properties using CVD, using various organosilicon compounds as precursors.
CVD法による酸化ケイ素薄膜前駆体の分子設計としては、高い蒸気圧を有し、プラズマ雰囲気下において良好な成膜速度で酸化ケイ素薄膜を堆積させることができ、かつ該酸化ケイ素薄膜が所望の機能や物性を発現させうる分子構造であることが重要である。一般的には、アルキル-アルコキシ基を有するケイ素原子数が一つであるモノシラン化合物が用いられるが、その成膜速度にはまだ改善の余地が大きい。またガスバリア膜においては、基材の薄膜化に伴い、より薄い膜厚で高いガスバリア性能を示すガスバリア膜が求められている。さらに、生産性向上の観点から、短時間で成膜が可能な高い成膜速度を有するガスバリア膜用材料が求められている。 When designing the molecular structure of a silicon oxide thin film precursor for CVD deposition, it is important that it has a high vapor pressure, can be deposited in a plasma atmosphere at a good film-forming rate, and has a molecular structure that allows the silicon oxide thin film to exhibit the desired functions and physical properties. Monosilane compounds with a single silicon atom and alkyl-alkoxy groups are typically used, but there is still significant room for improvement in their film-forming speed. Furthermore, with the trend toward thinner substrates, gas barrier films that exhibit high gas barrier performance at even thinner thicknesses are required. Furthermore, from the perspective of improving productivity, there is a demand for gas barrier film materials with a high film-forming rate that allows for film formation in a short period of time.
特許文献1では、テトラエトキシシランと酸素とを原料としたPECVD法により、SiO2ガスバリア層を形成したポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムを製造する方法が開示されている。このフィルムの水蒸気透過率(WVTR)は1.7×10-3g/m2・dayと充分なガスバリア性能を示すものの、成膜速度は67nm/minであり、成膜速度に改善の余地がある。 Patent Document 1 discloses a method for producing a polyethylene naphthalate (PEN) film with a SiO2 gas barrier layer formed thereon by a PECVD method using tetraethoxysilane and oxygen as raw materials. Although the water vapor transmission rate (WVTR) of this film is 1.7 × 10-3 g/ m2 ·day, which shows sufficient gas barrier performance, the film formation rate is 67 nm/min, which leaves room for improvement.
特許文献2には、アルキルヒドロジシロキサン化合物を用い、PECVD法により成膜速度257nm/minでガスバリア膜を形成する方法が記載されている。このガスバリア膜は、膜厚2570nmの単層膜で、水蒸気透過率(WVTR)が4.0×10-3g/m2・dayという低い値を示しており、ガスバリア性に難がある。 Patent Document 2 describes a method for forming a gas barrier film by PECVD using an alkylhydrodisiloxane compound at a film formation rate of 257 nm/min. This gas barrier film is a single layer film with a thickness of 2570 nm, and exhibits a low water vapor transmission rate (WVTR) of 4.0 × 10 -3 g/m 2 ·day, indicating poor gas barrier properties.
本発明の課題は、短時間で成膜可能であり、かつ500nm以下の膜厚でも9.0×10-3g/m2・dayオーダー以下のWVTRを示す高いガスバリア性能と高い成膜速度を有する酸化ケイ素膜、ガスバリア膜用材料、及び該ガスバリア膜用材料を用いた酸化ケイ膜の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a silicon oxide film that can be formed in a short time, has high gas barrier performance and a high film formation rate, showing a WVTR of the order of 9.0 × 10 -3 g/m 2 · day or less even at a film thickness of 500 nm or less, a gas barrier film material, and a method for producing a silicon oxide film using the gas barrier film material.
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、分子内に2つのケイ素原子を有し、該ケイ素原子上に水素、アルキル基、及びアルコキシ基を1つずつ有する水素化ケイ素化合物が高い気化特性を示し、かつプラズマ励起化学気相成長法(以下、PECVD法ともいう)により基板上に酸化ケイ素薄膜を堆積せしめることが可能であること、並びに、これをガスバリア膜用材料として用いることにより製造できる酸化ケイ素膜によって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research to solve the above problems, the inventors discovered that a silicon hydride compound containing two silicon atoms in its molecule, with one hydrogen atom, one alkyl group, and one alkoxy group on the silicon atom, exhibits high vaporization properties, and that it is possible to deposit a silicon oxide thin film on a substrate using plasma-enhanced chemical vapor deposition (hereinafter also referred to as PECVD). They also discovered that the above problems can be solved by using this compound as a gas barrier film material to produce a silicon oxide film, which led to the completion of the present invention.
すなわち本発明は、以下の構成よりなる。
[1]
以下の(1)~(3)の要件を満たすことを特徴とする酸化ケイ素膜。
(1)膜厚500nm以下における水蒸気透過率(WVTR)が9.0×10-3g/m2・day以下
(2)プラズマ励起化学気相成長法による成膜速度が100nm/min以上
(3)X線光電子測定分光法(XPS)で測定した膜中炭素濃度が3.0atom%以下
[2]
一般式(1)
That is, the present invention comprises the following configurations.
[1]
A silicon oxide film characterized by satisfying the following requirements (1) to (3):
(1) A water vapor transmission rate (WVTR) of 9.0 × 10 −3 g/m 2 · day or less at a film thickness of 500 nm or less; (2) A film formation rate of 100 nm/min or more by plasma enhanced chemical vapor deposition; (3) A carbon concentration in the film measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of 3.0 atom% or less [2]
General formula (1)
(1)
(式中、Aは酸素原子又はメチレン基を表す。R1は炭素数1~6のアルキル基を、R2は炭素数1~3のアルキル基を表す。)で示される水素化ケイ素化合物を含む、化学気相成長法用のガスバリア膜用材料。
[3]
R1が、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基であり、R2がメチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基である、[2]に記載のガスバリア膜用材料。
[4]
ガスバリア膜用材料が、1,3-ジメチル-1,3-ジメトキシジシロキサン、1,3-ジメチル-1,3-ジエトキシジシロキサン、1,3-ジメチル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン、1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン、1,3-ジエチル-1,3-ジエトキシジシロキサン、1,3-ジエチル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジエトキシジシロキサン、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン、ビス(メトキシメチルシリル)メタン、ビス(エトキシメチルシリル)メタン及びビス(イソプロピルメトキシシリル)メタンからなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、[2]又は[3]に記載のガスバリア膜用材料。
[5]
[1]に記載の酸化ケイ素膜の製造方法であって、[2]~[4]のいずれかに記載のガスバリア膜用材料を、成膜圧力0.01Pa以上50Pa未満の条件でプラズマ励起化学気相成長法により成膜する、酸化ケイ素膜の製造方法。
[6]
高周波電源(RF電源)の電力が100W以上の条件でプラズマ励起化学気相成長法により成膜する、[5]に記載の酸化ケイ素膜の製造方法。
[7]
高周波電源(RF電源)の電力密度が0.1W/cm2以上の条件でプラズマ励起化学気相成長法により成膜する、[5]又は[6]に記載の酸化ケイ素膜の製造方法。
(1)
(wherein A represents an oxygen atom or a methylene group; R 1 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; and R 2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms),
[3]
The gas barrier film material according to [2], wherein R 1 is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or an isopropyl group, and R 2 is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or an isopropyl group.
[4]
The gas barrier film material is 1,3-dimethyl-1,3-dimethoxydisiloxane, 1,3-dimethyl-1,3-diethoxydisiloxane, 1,3-dimethyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane, 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane, 1,3-diethyl-1,3-diethoxydisiloxane, 1,3-diethyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane, 1,3-diisopropyl The gas barrier film material according to [2] or [3], further comprising at least one selected from the group consisting of 1,3-propyl-1,3-dimethoxydisiloxane, 1,3-diisopropyl-1,3-diethoxydisiloxane, 1,3-diisopropyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane, bis(methoxymethylsilyl)methane, bis(ethoxymethylsilyl)methane, and bis(isopropylmethoxysilyl)methane.
[5]
[1] A method for producing a silicon oxide film, comprising forming a film from the gas barrier film material according to any one of [2] to [4] by plasma-enhanced chemical vapor deposition under a film-forming pressure of 0.01 Pa or more and less than 50 Pa.
[6]
The method for producing a silicon oxide film according to [5], wherein the film is formed by plasma-enhanced chemical vapor deposition under conditions where the power of a high-frequency power source (RF power source) is 100 W or more.
[7]
The method for producing a silicon oxide film according to [5] or [6], wherein the film is formed by plasma-enhanced chemical vapor deposition under conditions where the power density of a high-frequency power source (RF power source) is 0.1 W/cm 2 or more.
以下、本発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
<酸化ケイ素膜>
本発明の酸化ケイ素膜は、膜厚が500nm以下、好ましくは50~500nm、更に好ましくは100~500nm、特に好ましくは200~500nmにおける水蒸気透過率(WVTR)が、9.0×10-3g/m2・day以下であることを特徴とし、好ましくは1.0×10-6~9.0×10-3g/m2・dayの範囲のWVTRであり、更に好ましくは1.0×10-6~9.0×10-4g/m2・dayの範囲のWVTRであり、殊更に好ましくは1.0×10-4~9.0×10-4g/m2・dayの範囲のWVTRである。
<Silicon oxide film>
The silicon oxide film of the present invention is characterized by a water vapor transmission rate (WVTR) of 9.0×10 −3 g/m 2 ·day or less at a film thickness of 500 nm or less, preferably 50 to 500 nm, more preferably 100 to 500 nm, and particularly preferably 200 to 500 nm, with the WVTR preferably being in the range of 1.0×10 −6 to 9.0×10 −3 g/m 2 ·day, more preferably 1.0×10 −6 to 9.0×10 −4 g/m 2 ·day, and particularly preferably 1.0×10 −4 to 9.0×10 −4 g/m 2 ·day.
ここで、水蒸気透過率(WVTR)はガスクロマトグラフ法(GC法)で測定したものである。 Here, the water vapor transmission rate (WVTR) was measured using gas chromatography (GC).
本発明の酸化ケイ素膜は、プラズマ励起化学気相成長法による成膜速度が100nm/min以上であり、好ましくは100~1000nm/min、さらに好ましくは100~500nm/min、100~300nm/min、特に好ましくは100~200nm/minである。 The silicon oxide film of the present invention has a deposition rate by plasma-enhanced chemical vapor deposition of 100 nm/min or more, preferably 100 to 1000 nm/min, more preferably 100 to 500 nm/min, 100 to 300 nm/min, and particularly preferably 100 to 200 nm/min.
ここで、成膜速度は電界放射型走査電子顕微鏡(日本電子社製、FE-SEM)JSM-7600Fを用いて膜の断面像を撮影し求めた膜厚と成膜時間により求めたものである。 Here, the film formation rate was determined from the film thickness and film formation time obtained by photographing a cross-sectional image of the film using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, manufactured by JEOL Ltd.) JSM-7600F.
また、本発明の酸化ケイ素膜は、X線光電子測定分光法(XPS)で測定した膜中炭素濃度が、3.0atom%以下であることを特徴とし、好ましくは1.5atom%以下、更に好ましくは1.0atom%以下である。膜中の炭素濃度が低いほど、可視光線に対する透過性が高く、WVTRが低くなるため、好ましい。 The silicon oxide film of the present invention is also characterized by a carbon concentration in the film measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of 3.0 atom% or less, preferably 1.5 atom% or less, and more preferably 1.0 atom% or less. A lower carbon concentration in the film is preferable because it has higher transmittance to visible light and a lower WVTR.
また、酸化ケイ素膜の膜厚は、高いガスバリア性能を実現するため10nm以上であることが好ましく、更に好ましくは50nm~1000nmの範囲から適宜選ばれる膜厚であり、殊更に好ましくは100nm~1000nmの範囲から適宜選ばれる膜厚である。 Furthermore, the thickness of the silicon oxide film is preferably 10 nm or more to achieve high gas barrier performance, more preferably a thickness selected appropriately from the range of 50 nm to 1000 nm, and even more preferably a thickness selected appropriately from the range of 100 nm to 1000 nm.
なお、本発明における酸化ケイ素膜のガスバリア性能とは、酸素、窒素、二酸化炭素、水蒸気などのガスに対する不透過性能を意味する。また、ガスバリア性能の指標は、測定評価指標として当該材料分野において当業者により一般的に採用されている理由により、水蒸気透過率(WVTR)で評価される。 In this invention, the gas barrier performance of a silicon oxide film refers to its impermeability to gases such as oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and water vapor. Furthermore, the gas barrier performance is evaluated using the water vapor transmission rate (WVTR), as this is commonly used as a measurement and evaluation index by those skilled in the materials field.
本発明における酸化ケイ素膜は、酸化ケイ素層と基板とからなる積層膜とすることもできる。 The silicon oxide film of the present invention can also be a laminated film consisting of a silicon oxide layer and a substrate.
基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエーテルスルホン(PES)、シクロオレフィン共重合体(COC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ABS樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリレート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂等が挙げられ、その中でもポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエーテルスルホン(PES)、メタクリル樹脂又はエポキシ樹脂が好ましい。特に好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)又はシクロオレフィンポリマー(COP)である。 Substrates include, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyimide (PI), cycloolefin polymer (COP), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), triacetyl cellulose (TAC), polyethersulfone (PES), cycloolefin copolymer (COC), polyacrylonitrile (PAN), ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), ABS resin, methacrylic resin, epoxy resin, modified polyphenylene ether, poly Examples of suitable resins include acetal, polybutylene terephthalate, polyacrylate, polyarylate, polysulfone, polyamideimide, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, and fluororesin. Of these, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyimide (PI), cycloolefin polymer (COP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), triacetyl cellulose (TAC), polyethersulfone (PES), methacrylic resin, and epoxy resin are preferred. Polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyimide (PI), and cycloolefin polymer (COP) are particularly preferred.
積層膜は、可視光線透過率が80%以上であることが好ましく、更に好ましくは84%以上、殊更に好ましくは86%以上である。 The laminated film preferably has a visible light transmittance of 80% or more, more preferably 84% or more, and even more preferably 86% or more.
ここで、可視光線透過率は分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、U-4100)を用いて測定された、波長380~780nmでの平均透過率(基板を含む)である。また、基板の平均透過率も同装置による測定値である。 Here, visible light transmittance is the average transmittance (including the substrate) at wavelengths of 380 to 780 nm measured using a spectrophotometer (U-4100, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The average transmittance of the substrate is also a measurement value using the same device.
積層膜の厚み(酸化ケイ素膜と基板の合計の厚み)には特に制限はなく、10μm以上であることが好ましく、更に好ましくは50μm~2000μm、殊更に好ましくは100μm~1000μmである。積層膜における酸化ケイ素膜の好ましい膜厚は、上記したとおりである。 There are no particular restrictions on the thickness of the laminated film (total thickness of the silicon oxide film and substrate), but it is preferably 10 μm or more, more preferably 50 μm to 2000 μm, and even more preferably 100 μm to 1000 μm. The preferred thickness of the silicon oxide film in the laminated film is as described above.
<ガスバリア膜用材料>
次に、ガスバリア膜用材料について説明する。
<Gas barrier film materials>
Next, the gas barrier film material will be described.
本発明のガスバリア膜用材料は、下記一般式(1)示される水素化ケイ素化合物(1)を含む、化学気相成長法用のガスバリア膜用材料である。 The gas barrier film material of the present invention is a gas barrier film material for chemical vapor deposition, containing a silicon hydride compound (1) represented by the following general formula (1):
(1)
(式中、Aは酸素原子又はメチレン基を表す。R1は炭素数1~6のアルキル基を、R2は炭素数1~3のアルキル基を表す。)
まず、一般式(1)中のA、R1及びR2について説明する。
(1)
(In the formula, A represents an oxygen atom or a methylene group, R1 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)
First, A, R1 and R2 in general formula (1) will be explained.
Aは2つのケイ素原子を結合するリンカー部位であり、酸素原子又はメチレン基である。蒸発特性が優れる点から、酸素原子であることが好ましい。 A is a linker moiety that connects two silicon atoms and is an oxygen atom or a methylene group. An oxygen atom is preferred because it provides excellent evaporation characteristics.
R1は炭素数1~6のアルキル基であり、直鎖状、分枝状又は環状のいずれであっても良い。該アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、1-メチルブチル基、2-エチルプロピル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、1-メチルぺンチル基、2-エチルブチル基、及びシクロヘキシル基が例示出来る。これらのうち、水素化ケイ素化合物のコスト、高い蒸気圧、及び成膜した酸化ケイ素膜のガスバリア性能の点から、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基が好ましく、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が更に好ましく、メチル基又はイソプロピル基が殊更好ましい。 R1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be linear, branched, or cyclic. Examples of the alkyl group include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, cyclopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, cyclobutyl, pentyl, cyclopentyl, 1-methylbutyl, 2-ethylpropyl, neopentyl, hexyl, 1-methylpentyl, 2-ethylbutyl, and cyclohexyl. Of these, from the standpoints of the cost of the silicon hydride compound, high vapor pressure, and the gas barrier performance of the formed silicon oxide film, methyl, ethyl, propyl, or isopropyl is preferred, methyl, ethyl, or isopropyl is more preferred, and methyl or isopropyl is particularly preferred.
R2は炭素数1~3のアルキル基であり、直鎖状、分枝状又は環状のいずれであっても良い。該アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基及びシクロプロピル基が例示出来る。これらのうち、水素化ケイ素化合物の製造コスト、高い蒸気圧、及び成膜した酸化ケイ素膜の水蒸気バリア性の点から、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基が好ましく、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が更に好ましく、メチル基又はイソプロピル基が殊更好ましい。 R2 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and may be linear, branched, or cyclic. Examples of such alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, and cyclopropyl. Of these, from the viewpoints of production costs of the silicon hydride compound, high vapor pressure, and the water vapor barrier properties of the formed silicon oxide film, methyl, ethyl, propyl, or isopropyl is preferred, methyl, ethyl, or isopropyl is more preferred, and methyl or isopropyl is particularly preferred.
一般式(1)における水素化ケイ素化合物(1)は、2つのケイ素原子の立体化学によって、(1R,3R)体、(1R,3S)体、及び(1S,3S)体の3つの異性体を生じる。(1R,3R)体と(1S,3S)体は、互いに鏡像異性体の関係にある。水素化ケイ素化合物(1)は、これらの混合物であっても良く、いずれかを優先して含有するものであっても良い。 The silicon hydride compound (1) in general formula (1) can occur in three isomers: the (1R,3R) isomer, the (1R,3S) isomer, and the (1S,3S) isomer, depending on the stereochemistry of the two silicon atoms. The (1R,3R) isomer and the (1S,3S) isomer are enantiomers of each other. The silicon hydride compound (1) may be a mixture of these isomers, or may contain one of them predominantly.
一般式(1)で示される水素化ケイ素化合物としては、以下の化合物が例示出来る。なお、本明細書中では、Me、Et、Pr、i-Pr、Bu、i-Bu、sec-Bu及びtert-Buは、それぞれメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基及びtert-ブチル基を表す。 Examples of silicon hydride compounds represented by general formula (1) include the following compounds. Note that, throughout this specification, Me, Et, Pr, i-Pr, Bu, i-Bu, sec-Bu, and tert-Bu represent methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, and tert-butyl groups, respectively.
これらのうち、蒸気圧の高さ、成膜後の酸化ケイ素膜のバリア性の高さ、及び経済性に優れる点で1,3-ジメチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(1-1-1)、1,3-ジメチル-1,3-ジエトキシジシロキサン(1-1-2)、1,3-ジメチル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン(1-1-4)、1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(1-2-1)、1,3-ジエチル-1,3-ジエトキシジシロキサン(1-2-2)、1,3-ジエチル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン(1-2-4)、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(1-4-1)、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジエトキシジシロキサン(1-4-2)、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン(1-4-4)、ビス(メトキシメチルシリル)メタン(1-14-1)、ビス(エトキシメチルシリル)メタン(1-14-2)又はビス(イソプロピルメトキシシリル)メタン(1-17-1)が好ましく、1,3-ジメチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(1-1-1)、1,3-ジメチル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン(1-1-4)、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(1-4-1)、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジエトキシジシロキサン(1-4-2)、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン(1-4-4)、ビス(メトキシメチルシリル)メタン(1-14-1)又はビス(イソプロピルメトキシシリル)メタン(1-17-1)が更に好ましく、1,3-ジメチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(1-1-1)、1,3-ジメチル-1,3-ジ(イソプロピルオキシ)ジシロキサン(1-1-4)、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(1-4-1)又はビス(メトキシメチルシリル)メタン(1-14-1)が殊更好ましい。 Of these, 1,3-dimethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (1-1-1), 1,3-dimethyl-1,3-diethoxydisiloxane (1-1-2), 1,3-dimethyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane (1-1-4), 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (1-2-1), 1,3-diethyl-1,3-diethoxydisiloxane (1-2-2), and 1,3-diethyl-1,3-diethoxydisiloxane (1-2-3) are preferred due to their high vapor pressure, the high barrier properties of the silicon oxide film after deposition, and their economical efficiency. 2), 1,3-diethyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane (1-2-4), 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (1-4-1), 1,3-diisopropyl-1,3-diethoxydisiloxane (1-4-2), 1,3-diisopropyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane (1-4-4), bis(methoxymethylsilyl)methane (1-14-1), bis(ethoxymethylsilyl)methane (1-14-2) or bis (Isopropylmethoxysilyl)methane (1-17-1) is preferred, and 1,3-dimethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (1-1-1), 1,3-dimethyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane (1-1-4), 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (1-4-1), 1,3-diisopropyl-1,3-diethoxydisiloxane (1-4-2), 1,3-diisopropyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane (1 1-4-4), bis(methoxymethylsilyl)methane (1-14-1), or bis(isopropylmethoxysilyl)methane (1-17-1) are more preferred, and 1,3-dimethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (1-1-1), 1,3-dimethyl-1,3-di(isopropyloxy)disiloxane (1-1-4), 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (1-4-1), or bis(methoxymethylsilyl)methane (1-14-1) are especially preferred.
水素化ケイ素化合物(1)の入手は、市販品を用いてもよく、既知の製造方法を適宜採用して合成し用いても良い。これらの合成法としては、一般式(1)中のAが酸素原子である場合は、官能性シラン類の加水分解(合成例1及び合成例2)、若しくは1,3-ジハロ-1,3-ジアルキルジシロキサンのアルコキシ化等により、並びに、一般式(1)中のAがメチレン基である場合は、ビス(クロロアルキルシリル)メタンのアルコキシ化(合成例3)等により製造が可能であり、当業者であれば容易に達成し得る。合成により得た有機シラン化合物は、濃縮、蒸留、及びカラムクロマトグラフィー等の汎用的な方法により精製して成膜に用いることもできる。 Silicon hydride compound (1) can be obtained commercially or synthesized using known production methods. These synthesis methods include hydrolysis of functional silanes (Synthesis Examples 1 and 2) or alkoxylation of 1,3-dihalo-1,3-dialkyldisiloxane when A in general formula (1) is an oxygen atom, and alkoxylation of bis(chloroalkylsilyl)methane (Synthesis Example 3) when A in general formula (1) is a methylene group. These methods are easily accomplished by those skilled in the art. The synthesized organosilane compound can also be purified using commonly used methods such as concentration, distillation, and column chromatography before use in film formation.
これらの水素化ケイ素化合物(1)は、単独でガスバリア膜用材料として用いても、複数種を任意の割合で混合しガスバリア膜用材料として用いても良い。また、酸化ケイ素膜を生成可能な、別の有機ケイ素化合物を含んでも良い。該有機ケイ素化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメトキシジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン等が例示できる。 These silicon hydride compounds (1) may be used alone as gas barrier film materials, or multiple types may be mixed in any ratio and used as gas barrier film materials. They may also contain another organosilicon compound capable of producing a silicon oxide film. Examples of such organosilicon compounds include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, hexamethoxydisiloxane, and hexamethyldisiloxane.
<酸化ケイ素膜の製造方法>
次に、本発明の酸化ケイ素膜の製造方法について説明する。
<Method for producing silicon oxide film>
Next, the method for producing a silicon oxide film of the present invention will be described.
本発明の酸化ケイ素膜は、上記ガスバリア膜用材料を、成膜圧力0.01Pa以上50Pa未満の条件で、プラズマ励起化学気相成長法により成膜して製造することを特徴とする。
The silicon oxide film of the present invention is produced by depositing the above-mentioned gas barrier film material under a deposition pressure of 0.01 Pa or more and less than 50 Pa by plasma-excited chemical vapor deposition.
なお、酸化ケイ素膜の製造方法では、以下の通り基板上に酸化ケイ素膜を製造することから、同時に積層膜も製造することができる。 In addition, the silicon oxide film manufacturing method involves producing a silicon oxide film on a substrate as described below, and therefore can also produce a laminated film at the same time.
本発明の酸化ケイ素膜の製造方法では、プラズマ励起化学気相成長法(PECVD法)で成膜し、その際に水素化ケイ素化合物(1)に加え酸素を供給することが必須である。具体的には、PECVD法で水素化ケイ素化合物(1)及び酸素を原料として酸化ケイ素膜を製造する際、水素化ケイ素化合物(1)を気化させて成膜用基板を設置した成膜室に供給する。気化させる方法としては、例えば加熱した恒温槽に水素化ケイ素化合物(1)を収めた容器を入れ、真空ポンプ等を用いて減圧して気化する方法、加熱した恒温槽に水素化ケイ素化合物(1)を収めた容器を入れ、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素などのキャリアガスを吹き込み気化する方法、水素化ケイ素化合物(1)をそのままもしくは溶液とし、これを気化器に送って加熱して気化器内で気化させる方法(リキッドインジェクション法)等を採用することが出来る。 In the method for producing a silicon oxide film of the present invention, deposition is performed by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), during which oxygen must be supplied in addition to the silicon hydride compound (1). Specifically, when producing a silicon oxide film using the silicon hydride compound (1) and oxygen as raw materials by PECVD, the silicon hydride compound (1) is vaporized and supplied to a deposition chamber containing a substrate for deposition. Vaporization methods that can be used include, for example, placing a container containing the silicon hydride compound (1) in a heated thermostatic chamber and reducing the pressure using a vacuum pump or the like; placing a container containing the silicon hydride compound (1) in a heated thermostatic chamber and blowing in a carrier gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon, or nitrogen; or sending the silicon hydride compound (1) directly or in solution to a vaporizer, heating it, and vaporizing it in the vaporizer (liquid injection method).
溶液とする場合に用いる溶媒としては、1,2-ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグリム)、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル類、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の炭化水素類を例示することが出来る。溶媒としては、これらのうち一種を単独で用いても、二種以上を任意の比で混合して用いても良い。 Examples of solvents that can be used to prepare a solution include ethers such as 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether (diglyme), triethylene glycol dimethyl ether (triglyme), 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, and cyclopentyl methyl ether, and hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, nonane, decane, benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene. As the solvent, one of these may be used alone, or two or more may be mixed in any ratio.
このようにして成膜室に供給した水素化ケイ素化合物(1)及び酸素は、成膜室内で発生させたプラズマにより反応し、成膜用基板上へ酸化ケイ素膜が形成される。成膜はプラズマのみでも進行するが、光照射や成膜用基板の加熱等を併用してもよい。 The silicon hydride compound (1) and oxygen supplied to the film formation chamber in this manner react with the plasma generated in the film formation chamber, forming a silicon oxide film on the film formation substrate. Film formation can proceed using plasma alone, but light irradiation or heating of the film formation substrate may also be used in combination.
プラズマの発生源には特に限定はなく、例えば、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、ヘリコン波プラズマ、表面波プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ等が挙げられる。 There are no particular limitations on the plasma generation source, and examples include capacitively coupled plasma, inductively coupled plasma, helicon wave plasma, surface wave plasma, and electron cyclotron resonance plasma.
酸化ケイ素膜の製造に用いる成膜装置としては、当業者が通常用いる化学気相蒸着用装置を用いればよく、基板の搬送方法としては、例えばバッチ式、枚葉式、ロールツーロール方式等が挙げられる。 The film-forming equipment used to produce silicon oxide films can be any chemical vapor deposition equipment commonly used by those skilled in the art, and substrate transport methods include, for example, batch, single-wafer, and roll-to-roll methods.
成膜圧力は0.01Pa以上50Pa未満の範囲にあることが必須であり、得られる酸化ケイ素膜のWVTRが低い点及び真空度の制御が容易な点から、0.1Pa以上40Pa以下の範囲より適宜選ばれた圧力であることが好ましい。 The film formation pressure must be in the range of 0.01 Pa or more and less than 50 Pa, and it is preferable that the pressure be appropriately selected from the range of 0.1 Pa or more and 40 Pa or less, in order to ensure a low WVTR of the resulting silicon oxide film and to facilitate control of the degree of vacuum.
高周波電源(RF電源)の電力は100W以上であることが好ましく、得られる酸化ケイ素膜のWVTRが低い点から200W~1500Wが更に好ましく、700W~1500Wが殊更好ましい。 The power of the radio frequency power source (RF power source) is preferably 100 W or more, more preferably 200 W to 1500 W, and even more preferably 700 W to 1500 W, as this results in a low WVTR of the resulting silicon oxide film.
プラズマ放電のために電極に印可する電力の密度は、0.1W/cm2以上であることが好ましい。得られる酸化ケイ素膜のWVTRが低い点から2.0W/cm2~100W/cm2が更に好ましい。 The density of the power applied to the electrodes for plasma discharge is preferably 0.1 W/cm 2 or more, more preferably 2.0 W/cm 2 to 100 W/cm 2 in view of the low WVTR of the resulting silicon oxide film.
成膜中の成膜用基板の温度は特に限定はないが、成膜用基板の耐熱温度以下であり、0℃~300℃の範囲より適宜選ばれた温度であることが好ましい。 There are no particular restrictions on the temperature of the film-forming substrate during film formation, but it is preferable that the temperature be below the heat-resistant temperature of the film-forming substrate and be appropriately selected from the range of 0°C to 300°C.
成膜用基板材料の種類は特に限定はなく、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエーテルスルホン(PES)、シクロオレフィン共重合体(COC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ABS樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリレート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂等が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエーテルスルホン(PES)、メタクリル樹脂又はエポキシ樹脂であり。更に好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)又はシクロオレフィンポリマー(COP)である。 There are no particular limitations on the type of substrate material used for film formation, and examples include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyimide (PI), cycloolefin polymer (COP), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), triacetyl cellulose (TAC), polyethersulfone (PES), cycloolefin copolymer (COC), polyacrylonitrile (PAN), ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), ABS resin, methacrylic resin, epoxy resin, modified polyphenylene ether, polyacetal, polybutylene terephthalate, polyacrylate, polyarylate, polysulfone, polyamideimide, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, fluororesin, etc. Of these, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyimide (PI), cycloolefin polymer (COP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), triacetyl cellulose (TAC), polyethersulfone (PES), methacrylic resin, or epoxy resin is preferred. Polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyimide (PI), or cycloolefin polymer (COP) is even more preferred.
成膜時の水素化ケイ素化合物(1)の供給流量をX、酸素の供給流量をYとすると、水素化ケイ素化合物(1)に対する酸素の流量比(Y/X)は1以上であることが好ましく、5~100の範囲から適宜選ばれた流量比が更に好ましい。 When the supply flow rate of silicon hydride compound (1) during film formation is X and the supply flow rate of oxygen is Y, the flow rate ratio of oxygen to silicon hydride compound (1) (Y/X) is preferably 1 or greater, and a flow rate ratio appropriately selected from the range of 5 to 100 is even more preferable.
本発明の水素化ケイ素化合物(1)を含む化学気相成長法用のガスバリア膜用材料をCVD前駆体として供することにより、処理基材に極めて高い酸素・水蒸気バリア性能を示す透明な酸化ケイ素膜を短時間で付与することが出来る。これは特に、有機高分子フィルム基材の酸素・水蒸気バリア性能改善に好適である。 By using a gas barrier film material for chemical vapor deposition containing the silicon hydride compound (1) of the present invention as a CVD precursor, a transparent silicon oxide film exhibiting extremely high oxygen and water vapor barrier properties can be applied to the treated substrate in a short period of time. This is particularly suitable for improving the oxygen and water vapor barrier properties of organic polymer film substrates.
本発明の酸化ケイ素膜は高い気体バリア性を示すことから、食品用包装材料、電子機器用包装材料、太陽電池素子、EL素子などの電子素子封止膜などに好適に利用できる。又、薄膜性の高強度酸化ケイ素膜として、種々の形態の基材表面に対し、熱的・化学的・機械的特性を向上させた薄膜処理が可能になると考えられる。 Because the silicon oxide film of the present invention exhibits high gas barrier properties, it can be suitably used as a packaging material for food products, packaging material for electronic devices, and as an encapsulation film for electronic devices such as solar cells and EL devices. Furthermore, as a thin, high-strength silicon oxide film, it is believed that thin-film processing with improved thermal, chemical, and mechanical properties will be possible for the surfaces of various types of substrates.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.
容量結合型PECVD法により、成膜を行う一般的なCVD装置を用いて、成膜用基板に酸化ケイ素膜を成膜した。成膜用基板には厚さ125μmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(可視光線透過率88.3%)を使用した。原料ガスとして、恒温槽中で気化させた水素化ケイ素化合物(1)、酸素ガス及びアルゴンガスを用いた。さらに、電源として周波数13.56MHzの高周波電源を用いた。 A silicon oxide film was deposited on a substrate using a standard CVD apparatus for film deposition using the capacitively coupled PECVD method. A 125 μm-thick polyethylene naphthalate (PEN) film (visible light transmittance 88.3%) was used as the substrate. The source gases used were silicon hydride compound (1), oxygen gas, and argon gas vaporized in a thermostatic chamber. Furthermore, a high-frequency power source with a frequency of 13.56 MHz was used as the power source.
成膜した酸化ケイ素膜の膜厚は、電界放射型走査電子顕微鏡(日本電子社製、FE-SEM)JSM-7600Fを用いて酸化ケイ素膜の断面像を撮影し、概算した。 The thickness of the deposited silicon oxide film was roughly estimated by photographing a cross-sectional image of the silicon oxide film using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, manufactured by JEOL Ltd.) JSM-7600F.
ガスバリア性能の指標となる水蒸気透過率(WVTR)は、水分透過率測定装置(GTRテック社製、GTR3000シリーズ)を用いてガスクロマトグラフ法(GC法)で測定した。 Water vapor transmission rate (WVTR), an indicator of gas barrier performance, was measured by gas chromatography (GC) using a moisture transmission rate measuring device (GTR Tech, GTR3000 series).
酸化ケイ素膜の膜組成(炭素濃度を含む)はX線光電子分光分析装置(アルバック・ファイ社製、XPS)PHI5000 VersaProbeIIを用いて分析した。 The film composition (including carbon concentration) of the silicon oxide film was analyzed using an X-ray photoelectron spectrometer (ULVAC-PHI, XPS) PHI5000 VersaProbe II.
合成した水素化ケイ素化合物(1)の分析は、1H-NMR(プロトン核磁気共鳴スペクトル)、13C-NMR(炭素13核磁気共鳴スペクトル)及び29Si-NMR(ケイ素29核磁気共鳴スペクトル)測定はBruker-Avance社のDPX-400核磁気共鳴分光計を用い、測定溶媒には重クロロホルムを用いた。IR(赤外吸収)スペクトルは堀場製作所社のFT-720分光光度計を用い、SensIRtechnologies社のDuraSamplIRII(反射型)を用いて測定を行った。質量スペクトル測定は、ガスクロマトグラフィー型質量分析装置(島津製作所社製、GCMS-QP2010型)を使用し、キャピラリーカラムにはアジレント・テクノロジー社のDB-5MSを使用した。 The synthesized silicon hydride compound (1) was analyzed by 1 H-NMR (proton nuclear magnetic resonance spectroscopy), 13 C-NMR (carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy), and 29 Si-NMR (silicon-29 nuclear magnetic resonance spectroscopy) using a Bruker-Avance DPX-400 nuclear magnetic resonance spectrometer, with deuterated chloroform as the measurement solvent. IR (infrared absorption) spectroscopy was performed using a Horiba FT-720 spectrophotometer and a SensIR technologies DuraSamplIRII (reflection type). Mass spectroscopy was performed using a gas chromatography mass spectrometer (Shimadzu Corporation, GCMS-QP2010 model), with an Agilent Technologies DB-5MS capillary column.
製造で用いたトリクロロシラン(東京化成工業株式会社製試薬)、ジクロロエチルシラン(東京化成工業株式会社製試薬)、ジクロロメチルシラン(シグマアルドリッチジャパン株式会社)、2-クロロプロパン(東京化成工業株式会社製試薬)、ジブロモメタン(東京化成工業株式会社製試薬)、ジブロモエタン(東京化成工業株式会社製試薬)、金属マグネシウム(富士フイルム和光純薬株式会社製試薬)、脱水ジエチルエーテル(関東化学株式会社製試薬)、脱水テトラヒドロフラン(以下、THFと略す)(関東化学株式会社製試薬)、脱水ヘキサン(関東化学株式会社製試薬)、脱水メタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製試薬)、脱水エタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製試薬)、ピリジン(関東化学株式会社製試薬)、キノリン(東京化成工業株式会社製試薬)、ジエチルアミン(関東化学株式会社製試薬)及びトリエチルアミン(関東化学株式会社製試薬)は市販品を購入しそのまま用いた。 The following substances used in the preparation were commercially available and used as they were: trichlorosilane (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), dichloroethylsilane (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), dichloromethylsilane (Sigma-Aldrich Japan K.K.), 2-chloropropane (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), dibromomethane (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), dibromoethane (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), magnesium metal (reagent manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries Co., Ltd.), dehydrated diethyl ether (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), dehydrated tetrahydrofuran (hereafter abbreviated as THF) (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), dehydrated hexane (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), dehydrated methanol (reagent manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries Co., Ltd.), dehydrated ethanol (reagent manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries Co., Ltd.), pyridine (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), quinoline (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), diethylamine (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and triethylamine (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.).
(合成例1)1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-2-1))の合成 (Synthesis Example 1) Synthesis of 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (compound (1-2-1))
<クロロ(ジエチルアミノ)エチルシランの調製>
磁気撹拌子、滴下ロート、ジムロート冷却管、及び3方コックを備えた300mL3口フラスコをアルゴンで置換し、ジクロロエチルシラン12.1g(93.8mmol)およびTHF160mLを収めた。滴下ロートにキノリン 25.1g(0.194mol)およびジエチルアミン6.85g(93.6mmol)を収めた。反応容器を0℃に冷やして1時間かけて滴下し、その後1.5時間撹拌した。
<エチル(ジエチルアミノ)メトキシシランの調製>
滴下ロートにTHF10mLおよびメタノール3.06g(95.6mmol)を収めて、反応容器を0℃に冷やしながら40分かけて滴下した。滴下終了後、室温へ戻して4時間撹拌した。
<1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサンの合成>
上記反応混合物に蒸留水0.856g(47.5mmol)をシリンジより5分かけて加えて、22時間撹拌した。アルゴン雰囲気下でセライトを敷いたフィルター付シュレンク管を用いてろ過し、得られた液体を濃縮した。これを減圧蒸留することにより、1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-2-1))(沸点83℃/7.3kPa)を無色液体として2.69g(収率29.5%)得た。
質量スペクトル(電子衝撃イオン化、70eV),m/z(%):193([M-H]+,2),165([M-Et]+,100),135(74);1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):0.643(q,4H,J=7.8Hz),0.99(t,6H,J=7.9Hz),3.56(s,6H),4.55(t,2H,J=1.3Hz);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):5.325,6.822,51.03;29Si-NMR(79MHz,CDCl3)δ(ppm):-21.78;赤外スペクトル(neat,cm-1):2960,2939,2918,2893,2879,2837,2135,1460,1414,1381,1240,1190,1086,1065,1009,966,829,771,704。
<Preparation of chloro(diethylamino)ethylsilane>
A 300 mL three-neck flask equipped with a magnetic stir bar, dropping funnel, Dimroth condenser, and three-way stopcock was purged with argon and charged with 12.1 g (93.8 mmol) of dichloroethylsilane and 160 mL of THF. 25.1 g (0.194 mol) of quinoline and 6.85 g (93.6 mmol) of diethylamine were added to the dropping funnel. The reaction vessel was cooled to 0°C and the mixture was added dropwise over 1 hour, followed by stirring for 1.5 hours.
<Preparation of ethyl(diethylamino)methoxysilane>
10 mL of THF and 3.06 g (95.6 mmol) of methanol were placed in the dropping funnel and added dropwise over 40 minutes while the reaction vessel was cooled to 0° C. After the dropwise addition was completed, the temperature was returned to room temperature and the mixture was stirred for 4 hours.
<Synthesis of 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane>
To the reaction mixture, 0.856 g (47.5 mmol) of distilled water was added via syringe over 5 minutes, and the mixture was stirred for 22 hours. The mixture was filtered using a Schlenk tube equipped with a filter and lined with Celite under an argon atmosphere, and the resulting liquid was concentrated. This was distilled under reduced pressure to obtain 2.69 g (yield 29.5%) of 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (compound (1-2-1)) (boiling point 83°C/7.3 kPa) as a colorless liquid.
Mass spectrum (electron impact ionization, 70 eV), m/z (%): 193 ([MH] + , 2), 165 ([M-Et] + , 100), 135 (74); 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 0.643 (q, 4H, J = 7.8Hz), 0.99 (t, 6H, J = 7.9Hz), 3.56 (s, 6H), 4.55 (t, 2H, J = 1.3Hz); 13C -NMR (101MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 5.325, 6.822, 51.03; 29 Si-NMR (79 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): -21.78; Infrared spectrum (neat, cm -1 ): 2960, 2939, 2918, 2893, 2879, 2837, 2135, 1460, 1414, 1381, 1240, 1190, 1086, 1065, 1009, 966, 829, 771, 704.
(合成例2)1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-4-1))の合成 (Synthesis Example 2) Synthesis of 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (compound (1-4-1))
<ジクロロイソプロピルシランの調製>
磁気撹拌子、滴下ロート、ジムロート冷却管、及び3方コックを備えた500mLの3口フラスコに削り状金属マグネシウム9.40g(387mmоl)を収め、装置内をアルゴンで置換した。3口フラスコに脱水THF10mLを収め、1,2-ジブロモエタン0.1mLを加えマグネシウムを活性化させた。次いで、滴下ロートから2-クロロプロパン29.9g(381mmоl)の脱水THF190mL溶液を1.5時間かけて滴下し、滴下終了後さらに室温で1.5時間撹拌し、イソプロピルマグネシウムクロリド溶液を調製した。
<Preparation of dichloroisopropylsilane>
9.40 g (387 mmol) of magnesium metal turnings were placed in a 500 mL three-neck flask equipped with a magnetic stirrer, a dropping funnel, a Dimroth condenser, and a three-way stopcock, and the atmosphere inside the flask was replaced with argon. 10 mL of anhydrous THF was placed in the three-neck flask, and 0.1 mL of 1,2-dibromoethane was added to activate the magnesium. Next, a solution of 29.9 g (381 mmol) of 2-chloropropane in 190 mL of anhydrous THF was added dropwise from the dropping funnel over 1.5 hours, and after the dropwise addition, the mixture was stirred at room temperature for an additional 1.5 hours to prepare an isopropyl magnesium chloride solution.
別に、磁気撹拌子、滴下ロート、ジムロート冷却管、及び3方コックを備えた1000mLの3口フラスコをアルゴンで置換し、反応容器内にトリクロロシラン50.9g(376mmоl)および脱水THF300mLを収めた。反応容器を-10℃に冷却し、先に調製したイソプロピルマグネシウムクロリド溶液を滴下ロートから4.5時間かけて滴下した。滴下終了後、反応容器を室温に戻し72時間撹拌し、イソプロピルジクロロシランを含む溶液を調製した。
<(ジエチルアミノ)イソプロピルメトキシシランの調製>
上記のイソプロピルジクロロシランを含む溶液を0℃に冷却し、滴下ロートからトリエチルアミン77.5g(0.765mоl)およびジエチルアミン27.1g(0.376mоl)の混合物を1時間かけて滴下し、さらに2時間撹拌した。さらに、この混合物に、滴下ロートから0℃でメタノール12.1g(0.376mоl)の脱水THF40mL溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で16時間撹拌し、(ジエチルアミノ)イソプロピルメトキシシランの溶液を調製した。
<1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサンの合成>
上記の反応混合物を収めた3口フラスコ内にシリンジより蒸留水3.99g(0.188mоl)を撹拌しながらゆっくり加え、その後2時間加熱還流した。減圧下で溶液を半分程度に濃縮し、ここに脱水ヘキサン300mLを加え、アルゴン雰囲気下で焼結ガラスフィルターを用いて固形分をろ別した。濃縮とヘキサン希釈、ろ過の操作を再度繰り返した。濃縮後に粗生成物を減圧蒸留(沸点86℃/4.8kPa)することにより、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-4-1))を無色液体として22.6g(収率54%)得た。
Separately, a 1000 mL three-neck flask equipped with a magnetic stirrer, a dropping funnel, a Dimroth condenser, and a three-way stopcock was purged with argon, and 50.9 g (376 mmol) of trichlorosilane and 300 mL of dehydrated THF were placed in the reaction vessel. The reaction vessel was cooled to -10°C, and the previously prepared isopropyl magnesium chloride solution was added dropwise from the dropping funnel over 4.5 hours. After the dropwise addition was completed, the reaction vessel was returned to room temperature and stirred for 72 hours to prepare a solution containing isopropyldichlorosilane.
<Preparation of (diethylamino)isopropylmethoxysilane>
The above solution containing isopropyldichlorosilane was cooled to 0°C, and a mixture of 77.5 g (0.765 mol) of triethylamine and 27.1 g (0.376 mol) of diethylamine was added dropwise from the dropping funnel over 1 hour, followed by stirring for an additional 2 hours. Furthermore, a solution of 12.1 g (0.376 mol) of methanol in 40 mL of dehydrated THF was added dropwise to this mixture from the dropping funnel over 2 hours at 0°C. After the addition was completed, the mixture was stirred at room temperature for 16 hours to prepare a solution of (diethylamino)isopropylmethoxysilane.
<Synthesis of 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane>
3.99 g (0.188 mol) of distilled water was slowly added via syringe to the three-neck flask containing the reaction mixture while stirring, and the mixture was then heated to reflux for 2 hours. The solution was concentrated to approximately half its original volume under reduced pressure, to which 300 mL of dehydrated hexane was added, and the solids were filtered out using a sintered glass filter under an argon atmosphere. The concentration, hexane dilution, and filtration procedures were repeated once more. After concentration, the crude product was distilled under reduced pressure (boiling point 86°C/4.8 kPa) to obtain 22.6 g (yield 54%) of 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (compound (1-4-1)) as a colorless liquid.
この化合物は、ケイ素原子上の立体化学が、(1R,3R)、(1S,3S)および(1R,3S)の異性体を含んでおり、前二者および後者はジアステレオマーの関係にあるため、ケイ素NMRでは2つの極めて接近したシグナルが観測された。
質量スペクトル(電子衝撃イオン化、70eV),m/z(%):179([M-Pr]+,100),151(72),121(65);1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):0.842~0.932(m,2H),1.01(dd,12H,J=7.12,1.32Hz),3.57(s,6H),4.44(d,2H,J=0.68Hz);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):13.49,15.67,51.28;29Si-NMR(79MHz,CDCl3)δ(ppm):-21.90,-21.87;赤外スペクトル(neat,cm-1):2945,2897,2868,2837,2131,1464,1385,1246,1190,1165,1088,1057,1001,922,881,825,766,683,661,648。
This compound contains isomers with the stereochemistry at the silicon atom being (1R,3R), (1S,3S), and (1R,3S). The former two and the latter are diastereomers, so two very close signals were observed in silicon NMR.
Mass spectrum (electron impact ionization, 70 eV), m/z (%): 179 ([M-Pr] + , 100), 151 (72), 121 (65); 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 0.842 to 0.932 (m, 2H), 1.01 (dd, 12H, J = 7.12, 1.32Hz), 3.57 (s, 6H), 4.44 (d, 2H, J = 0.68Hz); 13C -NMR (101MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 13.49, 15.67, 51.28; 29 Si-NMR (79 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): -21.90, -21.87; Infrared spectrum (neat, cm -1 ): 2945, 2897, 2868, 2837, 2131, 1464, 1385, 1246, 1190, 1165, 1088, 1057, 1001, 922, 881, 825, 766, 683, 661, 648.
(合成例3)ビス(エトキシメチルシリル)メタン(化合物(1-14-2))の合成
<ビス(クロロメチルシリル)メタンの調製>
(Synthesis Example 3) Synthesis of bis(ethoxymethylsilyl)methane (compound (1-14-2)) <Preparation of bis(chloromethylsilyl)methane>
ジムロート冷却管、及び3方コックを備えた300mL3口フラスコに磁気撹拌子及び削り状金属マグネシウム10.0g(0.412mmol)を収めて、アルゴンで置換した。この容器にTHF10mL、ジブロモメタン1.00g、メチルジクロロシラン80.1g(0.696mol)を収めた。滴下ロートにTHF170mL及びジブロモメタン29.0g(0.173mmol)を収め、7.5時間かけて滴下した。室温で一日反応させた後、アルゴン雰囲気下でセライトを敷いたガラスフィルター付きシュレンク管を用いてろ過した。減圧下で溶媒を除去し、減圧蒸留(106℃/35.1kPa)することによりビス(クロロメチルシリル)メタンを15.5g(収率51.9%)得た。
<ビス(エトキシメチルシリル)メタンの合成>
A 300 mL three-neck flask equipped with a Dimroth condenser and a three-way stopcock was charged with a magnetic stirrer and 10.0 g (0.412 mmol) of magnesium metal turnings, and the atmosphere was purged with argon. This vessel was charged with 10 mL of THF, 1.00 g of dibromomethane, and 80.1 g (0.696 mol) of methyldichlorosilane. A dropping funnel was charged with 170 mL of THF and 29.0 g (0.173 mmol) of dibromomethane, and the mixture was added dropwise over 7.5 hours. After reacting at room temperature for one day, the mixture was filtered under an argon atmosphere using a Schlenk flask equipped with a glass filter and lined with Celite. The solvent was removed under reduced pressure, and 15.5 g (51.9% yield) of bis(chloromethylsilyl)methane was obtained by vacuum distillation (106 °C/35.1 kPa).
<Synthesis of bis(ethoxymethylsilyl)methane>
磁気撹拌子、ジムロート冷却管及び3方コックを備えた300mL3口フラスコをアルゴンで置換した。容器内にジエチルエーテル100mL及びビス(クロロメチルシリル)メタン23.5g(0.136mol)を収めた。反応容器を0℃に冷却し、滴下ロートからジエチルエーテル30mL、ピリジン23.7g(0.300mol)及び脱水エタノール19.0g(0.412mol)の混合物を1.5時間かけて滴下した。室温で一日撹拌し、アルゴン雰囲気下でセライトを敷いたガラスフィルター付きシュレンク管を用いてろ過した。減圧下で溶媒を留去し、減圧蒸留(82℃/6.5kPa)することにより、ビス(エトキシメチルシリル)メタン(化合物(1-14-2))を14.2g(収率54.3%)得た。
質量スペクトル(電子衝撃イオン化、70eV),m/z(%):191([M-H]+,40),177([M-CH3]+,70),163([M-CH2CH3]+,12),147([M-OCH2CH3]+,47),119(100);1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):0.15-0.21(m,2H),0.26(d,6H,J=2.80Hz),1.21(t,6H,J=7.00Hz),3.71(qd,4H,J=6.97,0.64Hz),4.64-4.69(m,2H);13C-NMR(101MHz,CDCl3)δ(ppm):-1.023,-0.928,2.639,18.19,59.76;29Si-NMR(79MHz,CDCl3)δ(ppm):2.746,2.763;赤外スペクトル(neat,cm-1):2972,2925,2891,2871,2106,1481,1442,1390,1352,1292,1254,1165,1105,1076,1041,997,945,887,866,849,764。
A 300 mL three-neck flask equipped with a magnetic stir bar, Dimroth condenser, and three-way stopcock was purged with argon. 100 mL of diethyl ether and 23.5 g (0.136 mol) of bis(chloromethylsilyl)methane were placed in the vessel. The reaction vessel was cooled to 0°C, and a mixture of 30 mL of diethyl ether, 23.7 g (0.300 mol) of pyridine, and 19.0 g (0.412 mol) of dehydrated ethanol was added dropwise from the dropping funnel over 1.5 hours. The mixture was stirred at room temperature for one day and then filtered under an argon atmosphere using a Schlenk flask equipped with a glass filter and lined with Celite. The solvent was removed under reduced pressure, and 14.2 g (yield 54.3%) of bis(ethoxymethylsilyl)methane (compound (1-14-2)) was obtained by vacuum distillation (82°C/6.5 kPa).
Mass spectrum (electron impact ionization, 70 eV), m/z (%): 191 ([MH] + , 40), 177 ([M-CH 3 ] + , 70), 163 ([M-CH 2 CH 3 ] + , 12), 147 ([M-OCH 2 CH 3 ] + , 47), 119 (100); 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 0.15-0.21 (m, 2H), 0.26 (d, 6H, J = 2.80Hz), 1.21 (t, 6H, J = 7.00Hz), 3.71 (qd, 4H, J = 6.97, 0.64Hz), 4.64-4.69 (m, 2H); 13 C-NMR (101 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): -1.023, -0.928, 2.639, 18.19, 59.76; 29 Si-NMR (79 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 2.746, 2.763; infrared spectrum (neat, cm −1 ): 2972, 2925, 2891, 2871, 2106, 1481, 1442, 1390, 1352, 1292, 1254, 1165, 1105, 1076, 1041, 997, 945, 887, 866, 849, 764.
(実施例1)1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-2-1))を用いた成膜
1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-2-1))を用い、酸素と共にPECVD法によりPENフィルム上に酸化ケイ素膜を成膜した。1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-2-1))の供給流量を18sccm、酸素供給流量を180sccm、成膜室圧力を40Pa、電源周波数13.56MHzの高周波電源(RF電源)の電力を900Wとし、3分間成膜を行った。また、1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-2-1))の供給流量に対する酸素の供給流量比(Y/X)は10.0であった。
Example 1 Film Formation Using 1,3-Diethyl-1,3-Dimethoxydisiloxane (Compound (1-2-1)) A silicon oxide film was formed on a PEN film by PECVD using 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (Compound (1-2-1)) together with oxygen. The film formation was carried out for 3 minutes under the following conditions: the supply flow rate of 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (Compound (1-2-1)) was 18 sccm, the oxygen supply flow rate was 180 sccm, the film formation chamber pressure was 40 Pa, and the power of the high-frequency power supply (RF power supply) with a power frequency of 13.56 MHz was 900 W. The ratio (Y/X) of the supply flow rate of oxygen to the supply flow rate of 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (Compound (1-2-1)) was 10.0.
得られた酸化ケイ素膜の膜厚は324nmであった。成膜速度は108nm/minであった。膜の組成は、Si=33atom%、O=67atom%であり、炭素濃度は1.0atm%未満であった。WVTRは3.9×10-4g/m2・dayであった。 The thickness of the obtained silicon oxide film was 324 nm. The film formation rate was 108 nm/min. The film composition was Si=33 atom %, O=67 atom %, and the carbon concentration was less than 1.0 atom %. The WVTR was 3.9×10 −4 g/m 2 ·day.
酸化ケイ素膜とPENフィルムからなる積層膜の可視光線透過率は87.7%であった。 The visible light transmittance of the laminated film consisting of a silicon oxide film and a PEN film was 87.7%.
1,3-ジエチル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-2-1))を用い、酸素と共にPECVD法により成膜すると、酸化ケイ素膜厚が300nmと薄い膜であっても、WVTRが10-4g/m2・dayオーダーと高いガスバリア性能を示し、かつ成膜速度も100nm/min以上と高くガスバリア膜として好適であった。 When 1,3-diethyl-1,3-dimethoxydisiloxane (compound (1-2-1)) was used together with oxygen to form a film by PECVD, even a thin silicon oxide film with a thickness of 300 nm exhibited high gas barrier performance with a WVTR on the order of 10 −4 g/m 2 ·day, and the film formation rate was also high at 100 nm/min or more, making it suitable as a gas barrier film.
(実施例2)1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-4-1))を用いた成膜
1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-4-1))を用い、酸素と共にPECVD法によりPENフィルム上に酸化ケイ素膜を成膜した。1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-4-1))の供給流量を13sccm、酸素供給流量を90sccm、成膜室圧力を40Pa、電源周波数13.56MHzの高周波電源(RF電源)の電力を900Wとし、2分間成膜を行った。また、1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-4-1))の供給流量に対する酸素の供給流量比(Y/X)は6.9であった。
Example 2 Film Formation Using 1,3-Diisopropyl-1,3-Dimethoxydisiloxane (Compound (1-4-1)) A silicon oxide film was formed on a PEN film by PECVD using 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (Compound (1-4-1)) together with oxygen. The film formation was carried out for 2 minutes under the following conditions: the supply flow rate of 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (Compound (1-4-1)) was 13 sccm, the oxygen supply flow rate was 90 sccm, the film formation chamber pressure was 40 Pa, and the power of the high-frequency power supply (RF power supply) with a power frequency of 13.56 MHz was 900 W. The ratio (Y/X) of the supply flow rate of oxygen to the supply flow rate of 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (Compound (1-4-1)) was 6.9.
得られた酸化ケイ素膜の膜厚は306nmであった。成膜速度は153nm/minであった。膜の組成は、Si=33atom%、O=67atom%であり、炭素濃度は1.0atm%未満であった。WVTRは6.4×10-3g/m2・dayであった。 The thickness of the obtained silicon oxide film was 306 nm. The film formation rate was 153 nm/min. The film composition was Si=33 atom %, O=67 atom %, and the carbon concentration was less than 1.0 atom %. The WVTR was 6.4×10 −3 g/m 2 ·day.
酸化ケイ素膜とPENフィルムからなる積層膜の可視光線透過率は86.8%であった。 The visible light transmittance of the laminated film consisting of a silicon oxide film and a PEN film was 86.8%.
1,3-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシジシロキサン(化合物(1-4-1))を用い、酸素と共にPECVD法により成膜すると、酸化ケイ素膜厚が300nmと薄い膜であっても、WVTRが10-3g/m2・dayオーダーと高いガスバリア性能を示し、かつ成膜速度も100nm/min以上と高くガスバリア膜として好適であった。 When 1,3-diisopropyl-1,3-dimethoxydisiloxane (compound (1-4-1)) was used together with oxygen to form a film by PECVD, even a thin silicon oxide film with a thickness of 300 nm exhibited high gas barrier performance with a WVTR on the order of 10 g /m day, and the film formation rate was also high at 100 nm/min or more, making it suitable as a gas barrier film.
(実施例3)ビス(エトキシメチルシリル)メタン(化合物(1-14-2))を用いた成膜
ビス(エトキシメチルシリル)メタンを用い、酸素と共にPECVD法によりPENフィルム上に酸化ケイ素膜を成膜した。ビス(エトキシメチルシリル)メタンの供給流量を16sccm、酸素供給流量を90sccm、成膜室圧力を40Pa、電源周波数13.56MHzの高周波電源(RF電源)の電力を900Wとし、2分間成膜を行った。また、ビス(エトキメチルシシリル)メタンの供給流量に対する酸素の供給流量比(Y/X)は5.6であった。
Example 3: Film formation using bis(ethoxymethylsilyl)methane (compound (1-14-2)) Using bis(ethoxymethylsilyl)methane together with oxygen, a silicon oxide film was formed on a PEN film by PECVD. The bis(ethoxymethylsilyl)methane supply flow rate was 16 sccm, the oxygen supply flow rate was 90 sccm, the film formation chamber pressure was 40 Pa, and the power of the high-frequency power supply (RF power supply) with a power frequency of 13.56 MHz was 900 W, and film formation was carried out for 2 minutes. The ratio of the oxygen supply flow rate to the bis(ethoxymethylsilyl)methane supply flow rate (Y/X) was 5.6.
得られた酸化ケイ素膜の膜厚は290nmであった。成膜速度は145nm/minであった。膜の組成は、Si=35atom%、O=65atom%であり、炭素濃度は1.0atm%未満であった。WVTRは4.4×10-3g/m2・dayであった。 The thickness of the obtained silicon oxide film was 290 nm. The film formation rate was 145 nm/min. The film composition was Si=35 atom %, O=65 atom %, and the carbon concentration was less than 1.0 atom %. The WVTR was 4.4×10 −3 g/m 2 ·day.
酸化ケイ素膜とPENフィルムからなる積層膜の可視光線透過率は86.4%であった。 The visible light transmittance of the laminated film consisting of a silicon oxide film and a PEN film was 86.4%.
ビス(エトキシメチルシリル)メタンを用い、酸素と共にPECVD法により成膜すると、酸化ケイ素膜厚が290nmと薄い膜であっても、WVTRが10-3g/m2・dayオーダーと高いガスバリア性能を示し、かつ成膜速度も100nm/min以上と高くガスバリア膜として好適である。 When bis(ethoxymethylsilyl)methane is used together with oxygen to form a film by the PECVD method, even a thin silicon oxide film with a thickness of 290 nm exhibits high gas barrier performance with a WVTR on the order of 10 −3 g/m 2 ·day, and the film formation rate is high at 100 nm/min or more, making it suitable as a gas barrier film.
(比較例1)tert-ブチルトリエトキシシランを用いた成膜
K. Lin、R. J. Wiles、C. B. Kelly、G. H. M.Davies、G. A. Molander、ACS Catalysis、2017年、7巻、5129~5133頁.に記載の方法を参考に合成したtert-ブチルトリエトキシシランを用い、酸素と共にPECVD法によりPENフィルム上に酸化ケイ素膜を成膜した。tert-ブチルトリエトキシシランの供給流量を80sccm、酸素供給流量を2100sccm、成膜室圧力を8Pa、電源周波数13.56MHzの高周波電源(RF電源)の電力を1000Wとし、14分間成膜を行った。また、tert-ブチルトリエトキシシランの供給流量に対する酸素の供給流量比Y/Xは26.3であった。
Comparative Example 1: Film formation using tert-butyltriethoxysilane. Tert-butyltriethoxysilane was synthesized with reference to the method described in K. Lin, R. J. Wiles, C. B. Kelly, G. H. M. Davies, and G. A. Molander, ACS Catalysis, 2017, Vol. 7, pp. 5129-5133. Using tert-butyltriethoxysilane, together with oxygen, a silicon oxide film was formed on a PEN film by PECVD. The film formation was performed for 14 minutes with the tert-butyltriethoxysilane supply flow rate set to 80 sccm, the oxygen supply flow rate set to 2100 sccm, the film formation chamber pressure set to 8 Pa, and the power of a high-frequency power source (RF power source) with a power frequency of 13.56 MHz set to 1000 W. The ratio Y/X of the supply flow rate of oxygen to the supply flow rate of tert-butyltriethoxysilane was 26.3.
得られた酸化ケイ素膜の膜厚は800nmであった。膜の組成は、Si=33atom%、O=67atom%であり、炭素濃度は1.0atm%未満であった。WVTR値は2.0×10-4g/m2・dayであった。 The resulting silicon oxide film had a thickness of 800 nm. The film had a composition of Si=33 atom %, O=67 atom %, and a carbon concentration of less than 1.0 atom %. The WVTR value was 2.0×10 −4 g/m 2 ·day.
酸化ケイ素膜とPENフィルムからなる積層膜の可視光線透過率は88.2%であった。 The visible light transmittance of the laminated film consisting of a silicon oxide film and a PEN film was 88.2%.
tert-ブチルトリエトキシシランを用い、酸素と共にPECVD法によりPENフィルム上に酸化ケイ素膜を成膜した。tert-ブチルトリエトキシシランの供給流量を80sccm、酸素供給流量を2100sccm、成膜室圧力を8Pa、電源周波数13.56MHzの高周波電源(RF電源)の電力を1000Wとし、7分間成膜を行った。また、tert-ブチルトリエトキシシランの供給流量に対する酸素の供給流量比Y/Xは26.3であった。 A silicon oxide film was deposited on a PEN film using PECVD with tert-butyltriethoxysilane and oxygen. The tert-butyltriethoxysilane supply flow rate was 80 sccm, the oxygen supply flow rate was 2100 sccm, the deposition chamber pressure was 8 Pa, and the power of the radio frequency power supply (RF power supply) with a power frequency of 13.56 MHz was 1000 W. Deposition was carried out for 7 minutes. The ratio of the oxygen supply flow rate to the tert-butyltriethoxysilane supply flow rate, Y/X, was 26.3.
得られた酸化ケイ素膜の膜厚は400nmであった。成膜速度は57nm/minであった。WVTR値は4.3×10-4g/m2・dayであった。酸化ケイ素膜とPENフィルムからなる積層膜の可視光線透過率は88.5%であった。 The thickness of the obtained silicon oxide film was 400 nm. The film formation rate was 57 nm/min. The WVTR value was 4.3×10 −4 g/m 2 ·day. The visible light transmittance of the laminated film consisting of the silicon oxide film and the PEN film was 88.5%.
tert-ブチルトリエトキシシランを用い、酸素と共にPECVD法により成膜すると、酸化ケイ素膜厚が400nmと薄い膜であってもWVTRが10-3g/m2・dayオーダー以下の10-4g/m2・dayオーダーを示すが、成膜速度が57nm/minと低く、生産性に乏しい。 When a film is formed by PECVD using tert-butyltriethoxysilane together with oxygen, even a thin silicon oxide film with a thickness of 400 nm exhibits a WVTR of the order of 10 −4 g/m 2 ·day, which is less than 10 −3 g/m 2 ·day, but the film formation rate is low at 57 nm/min, resulting in poor productivity.
(比較例2)ヘキサメチルジシロキサンを用いた成膜
ヘキサメチルジシロキサンを用い、酸素と共にPECVD法によりPENフィルム上に成膜した。ヘキサメチルジシロキサンの供給流量を80sccm、酸素供給流量を2100sccm、成膜室の圧力を6Pa、電源周波数13.56MHzの高周波電源(RF電源)の電力を1000Wとし、2分間成膜を行った。また、ヘキサメチルジシロキサンの供給流量に対する酸素の供給流量比Y/Xは26.3であった。
Comparative Example 2: Film formation using hexamethyldisiloxane. Hexamethyldisiloxane was used together with oxygen to form a film on a PEN film by PECVD. The hexamethyldisiloxane supply flow rate was 80 sccm, the oxygen supply flow rate was 2100 sccm, the pressure in the film formation chamber was 6 Pa, and the power of the high-frequency power source (RF power source) with a power frequency of 13.56 MHz was 1000 W. Film formation was performed for 2 minutes. The ratio of the oxygen supply flow rate to the hexamethyldisiloxane supply flow rate, Y/X, was 26.3.
得られた膜の膜厚は200nmであった。成膜速度は117nm/minであった。WVTRは2.4×10-2g/m2・dayであり、高い値を示した。 The film obtained had a thickness of 200 nm, a film formation rate of 117 nm/min, and a high WVTR of 2.4×10 −2 g/m 2 ·day.
ヘキサメチルジシロキサンを用い、酸素と共にPECVD法により成膜すると、酸化ケイ素膜厚が200nmと薄い膜の場合、成膜速度は117nm/minと高いものの、WVTRは2.4×10-2g/m2・dayであり、高い値を示した。 When a film was formed by PECVD using hexamethyldisiloxane together with oxygen, the film formation rate was high at 117 nm/min for a thin silicon oxide film with a thickness of 200 nm, but the WVTR was high at 2.4×10 −2 g/m 2 ·day.
Claims (3)
(式中、Aは酸素原子又はメチレン基を表す。R1は炭素数1~6のアルキル基を、R2は炭素数1~3のアルキル基を表す。)で示される水素化ケイ素化合物を含む、化学気相成長法用のガスバリア膜用材料。 General formula (1)
(wherein A represents an oxygen atom or a methylene group; R 1 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; and R 2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms),
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