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図4‑4VDF{frFE共重合体蒸着膜のTRXDフ。ロファイル。

I型 結 晶 の (110，200 )回折ピーク(a)お よ び ( 310， 020)回 折 ピ ー ク (b )を示している。

77 

れ る 。 ま た 、 垂 直 ・ 平 行 配 向 の 起 因 に つ い て は 、 局 所 的 な 基 板 と の 相 互 作 用 や 基 板 温 度 と の 関 係 で 生 じ る と 考 え ら れ 、 更 に 膜 形 成 機 構 を 含 め た 解 釈 が必要であると思われる。

4.  3.  2  蒸 着 時 電 界 印 加 に よ る 分 子 配 向 制 御

電 界 に よ る 蒸 着 膜 配 向 制 御 の 可 能 性 を 検 討 す る 為 、 蒸 着 目 寺 電 界 印 加 法 を 適 用 し た 蒸 着 膜 の 構 造 お よ び 分 子 配 向 に つ い て 調 べ た 。 蒸 着 条 件 が 同 一 で 、 蒸着時に4.6MVjmの 電 界 を 印 加 し た 蒸 着 膜 と 印 加 し て い な い 蒸 着 膜 か ら の TRXDプ ロ フ ァ イ ル を 図4^・5に 示 す 。 両 方 の プ ロ フ ァ イ ル と も I型 結 品 か ら の 回 折 ピ ー ク が 確 認 さ れ た が 、 電 界 印 加 蒸 着 膜 で は 各 国 折 ピ ー ク の 強 度 が 増 し て い る 事 が 観 測 さ れ た 。 本 測 定 装 置 で 観 測 さ れ る こ れ ら の (hkO) 回折 は 、 平 行 配 向 し た 分 子 に よ る 結 品 か ら 観 測 さ れ る 回 折 で あ り 、 こ れ ら ピ ー ク強度の増大はその結晶の増加を示していると考えられる。

更 に 、 こ れ ら の ピ ー ク 強 度 の 増 大 が 電 界 に 起 因 し た も の で あ る か 検 証 す る 為 に 、 特 に 著 し い 強 度 の 増 大 が 見 ら れ た (110+ 200) 回 折 に つ い て そ の 電 界 強 度 依 存 性 を 調 べ た 。 図4‑6に は 、 電 界 強 度6.2、3.1および、OMVjmの 各 電 界 強 度 下 で 作 製 さ れ た 蒸 着 膜 か ら のTRXDプ ロ フ ァ イ ル を 示 す 。 各 蒸 着 膜 は 膜 厚 等 の 条 件 は 同 ー で あ る 。 そ の 結 果 、 明 ら か に 電 界 強 度 の 増 大 に 伴 い (110 + 200) 回 折 ピ ー ク の 成 長 が 見 ら れ た 。 従 っ て 、 電 界 印 加 に よ り 平 行 配向分子が増加している事が明らかになった。

こ れ ま で 電 界 印 加 蒸 着 膜 に つ い て そ の 構 造 お よ び 分 子 配 向 に つ い て 評 価 し て き た が 、 次 に 配 向 制 御 後 の 電 気 物 性 に つ い て 多 少 の 定 性 的 な 検 討 を 行 った)05)。図4‑7に 電 界 印 加 蒸 着 膜 のD ‑ Eヒステリシス測定の結果を示すが、

無 電 界 下 で 作 製 さ れ た 蒸 着 膜 (a) で は 膜 面 へ の 電 圧 印 加 に 対 し て 線 形 的 な 変 化 、 即 ち 常 誘 電 的 挙 動 を 示 し た 。 一 方 電 界 印 加 蒸 着 膜 (b) で は 明 ら か な

ヒステリシス曲線を示し強誘電的挙動が観測された。

こ の よ う に 、 膜 面 に 対 し て 垂 直 方 向 で 強 誘 電 的 挙 動 を 示 し た 事 は 、 蒸 着 膜 中 の 極 性 I型 結 晶 が そ の 双 極 子 を 電 界 方 向 に 平 行 に そ ろ え て 一 軸 配 向 し た 結 果 、 そ の 強 誘 電 性 が 蒸 着 膜 で そ の 膜 面 ( ま た は 基 板 面 ) に 対 し 垂 直 方

78 

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図4‑6VDF{frFE共重合体蒸着膜の蒸着時の電界強度 依存性。

電界強度による1( 110，200)回折ピーク強度 の変化を示している。

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図4‑7オシロスコープによるD‑Eヒステリシス曲線 の観測結果。

無 電 界 下 蒸 着 膜 (a)及 び 電 界 印 加 蒸 着 膜 (b) について示している。

81 

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図4‑8電界下 (a)及び無電界下 (b)での蒸着膜中の分子配向のモデル。

向 で 発 現 し た と 考 え ら れ る 。 一 方 、 無 電 界 下 で 作 製 さ れ た 蒸 着 膜 は 各 極 性 結 晶 の 双 極 子 が 無 配 向 で あ る 為 に 、 蒸 着 膜 全 体 と し て は 無 極 性 状 態 で あ り 常誘電的な挙動を示したと考えられる。

こ れ ま で の 結 果 に つ い て 、 図4‑8に 描 か れ た 分 子 配 向 の モ デ ル が 考 え ら れ る 。 ま ず 、 無 電 界 下 の 蒸 着 膜 (a) に つ い て 、 分 子 鎖 は 基 板 に 対 し て 主 に 垂 直 配 向 し て お り 、 分 子 鎖 に 垂 直 方 向 に あ る 双 極 子 モ ー メ ン ト は 基 板 に 対 し て 平 行 に な る 。 ま た 一 部 の 分 子 鎖 、 が 平 行 配 向 し た も の に つ い て も 、 全 体 と

し て 各 双 極 子 は 無 配 向 状 態 で あ り 、 そ の 結 果 と し て 基 板 に 垂 直 方 向 で の 強 誘 電 性 の 発 現 が 無 い 。 一 方 、 蒸 着 時 に 電 界 を 印 加 し た 蒸 着 膜 に つ い て は 、 蒸 着 膜 形 成 時 に 各 双 極 子 に 対 し 電 界 の 効 果 に よ り 配 向 が 生 じ 、 電 界 方 向 従

っ て 基 板 に 垂 直 方 向 へ 双 極 子 が 一 軸 配 向 し た 各 結 品 が 形 成 さ れ る 。 即 ち 、 分子鎖が基板に平行配向したものが増加する事になる。

蒸 着 時 の 電 界 印 加 は 極 性 結 品 の 双 極 子 配 向 の 制 御 、 即 ち 分 子 配 向 の 制 御 に 対 し て 有 効 で あ り 、 強 誘 電 性 蒸 着 膜 の 作 製 が 可 能 で あ る と 結 論 さ れ る 。

そ こ で 、 電 界 印 加 蒸 着 法 の 有 効 性 を 確 認 す る 為 に 、 従 来 の バ ル ク ま た は 厚 膜 試 料 に 対 し て 行 わ れ て き た 配 向 制 御 法 で あ る ポ ー リ ン グ 処 理 を 、 こ の 蒸 着 膜 に 対 し 適 用 し 比 較 検 討 し た 。 ポ ー リ ン グ 処 理 は 、 蒸 着 膜 を キ ュ リ 一 点以上の140⁰

C

ま で 昇 温 し 、 電 界 印 加 蒸 着 膜 と 同 じ メ ッ シ ュ 電 極 で 同 じ 電 界 強度 (4kVの 直 流 電 界 ) を 1時 間 印 加 し 、 電 界 を 印 加 し た ま ま 徐 冷 し た 。

図4‑9に 無 電 界 下 で 作 製 さ れ た 蒸 着 膜 (Evaporated) 、 電 界 印 加 蒸 着 膜 (E‑ev aporated)お よ び ポ ー リ ン グ 処 理 さ れ た 蒸 着 膜 (Poled)の 各TRXDプ ロファイルを示すが、 E‑evaporatedで 観 測 さ れ た (110 + 200) 回折ピーク の増大がPoledで は ほ と ん ど 見 ら れ な か っ た 。 一 般 に 、 ポ ー リ ン グ 処 理 で は 数十 MVjmの 高 電 界 が 必 要 と さ れ る 事 が 知 ら れ て い る104)。ところが、本研 究で印加された電界強度 (6.2MVjm) は ポ ー リ ン グ 電 界 と し て は 非 常 に 小 さ い も の で あ る 為 、 ポ ー リ ン グ 処 理 で は 十 分 な 配 向 制 御 が で き な い 。 し か し な が ら 、 電 界 印 加 蒸 着 膜 で は 蒸 着 膜 形 成 過 程 に 於 い て 電 界 を 印 加 す る 事 に よ り 、 そ の 電 界 強 度 が 小 さ い に も 関 わ ら ず 十 分 に 分 子 配 向 制 御 が 可 能 で ある事を示している。

8 3  

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ドキュメント内 九州大学学術情報リポジトリ (ページ 82-90)