シリカガラス表面および表面付近の構造変化

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シリカガラス表面および表面付近の構造変化福井大学工学部葛生伸

直接法合成シリカガラスの仮想温度，OH濃度分布による均質化 S. Yamagata, J. Ceram. Soc. Jpn. 100, 337 (1992)

シリカガラス製品の製造および使用条件シリカガラス製品製造工程 ⇒ 構造変化熱処理 ⇒ 除歪，成型，製管，均質化製品使用時の熱履歴・光暴露 ⇒ 構造変化半導体製造用炉心管バルクランプ管球表面付近紫外線用光学材料重要であるが研究少ない。

熱処理に伴うOH分布の変化 z r Radial direction r Axial direction z 1160 ﾟC, 150 h 7 cm 15 cm r z Radial direction r Axial direction z N. Kuzuu, J. W. Foley, and N. Kamisugi, J. Ceram. Soc. Jpn. 106, 525 (1998)

熱処理に伴う表面付近からの欠陥構造の生成

IV型シリカガラスをH2雰囲気中で熱処理した後のOH分布 H2, 1 atm, 24 h J. E. Shelby, J. Appl. Phys. 51, 2589 (1980)

赤外反射および吸収スペクトル ⇒ 表面付近の情報 ⇒ バルクの情報 1122 cm-1 ピーク ← Si-O-Si結合の非対称振動モード　　モード ⇒ バルクの情報 2260 cm-1 ピーク ← 1122 cm-1 ピークの倍音 A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1995)

参考： 1160 cm－1反射ピーク位置とSi-O-Si結合角との関係 nref : 反射スペクトルから得られたピーク位置 n : Kramers-Krönigの関係式から得られたピーク位置 q : Si-O-Si結合角 m = 2.676×10-26 kg : 酸素原子の質量 a = 5.305×10-12 s/cm a = 600 N/m b = 100 N/m A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1995)

赤外ピーク位置の熱処理時間依存性 (異なる仮想温度から出発) 赤外ピーク位置の熱処理時間依存性　(異なる仮想温度から出発) 表面の方が速く緩和 A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1995)

赤外ピーク位置の熱処理時間依存性表面の方が速く緩和表面バルク ▼▽ タイプ III ○ 無水 (VAD) 　速く緩和 ▼▽ タイプ III 　○ 無水 (VAD) バルク A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1995)

表面構造緩和の水蒸気圧依存性水蒸気圧が高くなると緩和が速くなる 355 Torr 0.3 Torr M. Tomozawa, Y.-L. Peng, and A. Agarwal, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1995)

表面構造緩和に対する応力及び水蒸気圧の効果 M. Tomozawa, Y.-L. Peng, and A. Agarwal, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1995)

2260 cm-1 付近のピーク高さの熱処理時間依存性 1000 ﾟC, 335 Torr A. Agarwal　and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 209, 264 (1997)

2260 cm-1 付近のピーク高さの熱処理時間依存性 1000 ﾟC, 335 Torr, 1.5 h A. Agarwal　and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 209, 264 (1997)

酸水素火炎による球球状成型にともなう構造変化 f80 mm f90 mm f34 mm f27 mm Measured Area Hydrogen-Oxygen Flame 材質ＧＥ214 (無水電気溶融石英ガラス)

酸水素バーナー加工に伴う管断面のOH濃度分布変化

ラマンスペクトルと平面環状構造 D1 D2 D1 495 cm-1 平面６員環構造 D2 606 cm-1 平面8員環構造 ●：Ｓｉ， ○: Ｏ

酸水素バーナー加工前後のラマンバンドD1，D2強度の断面分布

酸水素パーナー加工後の管断面での紫外吸収スペクトル外周部では5.0 eV吸収帯が消滅

シリカガラス研削表面の発光スペクトル 1.9 eV： ≡Si-O・ 2.7 eV： ≡Si･･･Si≡