-
BEREICH DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wismutverbindung, die
zum Bilden eines Wismut enthaltenden Films durch das Verfahren der
chemischen Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) oder dergleichen
verwendbar ist und stabil zugeführt werden
kann, ein Verfahren zur Herstellung der Wismutverbindung und ein
Verfahren zum Herstellen eines Films.
-
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
-
Derzeit
wird DRAM hauptsächlich
als Halbleiterspeicher verwendet. DRAM speichert elektrisch Daten
und folglich, wenn eine Energiequelle abgetrennt wird, gehen die
gespeicherten Daten verloren. Dann wurde die Verwendung von FeRAM
untersucht, welches dazu fähig
ist, gespeicherte Daten zu halten, selbst nachdem eine Energiequelle
abgetrennt wurde. Ebenso wird erwartet, FeRAM für IC-Karten und dergleichen
anzuwenden.
-
In
einer FeRAM-Vorrichtung wird ein ferroelektrisches Material als
Kondensator verwendet. Da mit Wismutschichten strukturierte Ferroelektrika (BLSF)
(zum Beispiel SBT (SrBi2Ta2O9), BIT (Bi4Ti3O12), BLT (Bi4–xLaxTi3O12)
und BNT (Bi4–xNdxTi3O12))
und PZT (PbZrxTi1–xO3) exzellente ferroelektrische Eigenschaften
zeigen, werden diese eifrig als Materialkandidaten untersucht. Da
unter diesen PZT Blei enthält,
ist es vom Umweltstandpunkt aus nicht gewünscht. Demzufolge sind die BLSF
die Wahrscheinlichsten.
-
Als
Verfahren zum Bilden solcher ferroelektrischer dünner Filme in einem hochgradig
integrierten Speicher ist das CVD-Verfahren von den Standpunkten
der exzellenten Stufenbedeckungseigenschaft und Kontrollierbarkeit
der Zusammensetzung optimal.
-
Bislang
wurde Triphenyl-Wismut hauptsächlich
als Wismutverbindung in dem CVD-Verfahren untersucht. Nicht nur
ist Triphenyl-Wismut stabil in Luft, so dass es leicht zu handhaben
ist, sondern zeigt es ebenso eine ausreichende Verdampfungscharakteristik.
Demzufolge wurde Triphenyl-Wismut vom Beginn der Untersuchungen
der Filmbildung von Wismut enthaltenen Filmen an durch das CVD-Verfahren
verwendet. Ebenso wurden Tri(2-tolyl)-Wismut und Tri(3-tolyl)-Wismut als Triaryl-Wismutverbindung,
Tri(tert-butoxy)-Wismut und Tri(tert-amyloxy)-Wismut als Trialkoxy-Wismutverbindung
und Tri(dipivaloylmethanato)-Wismut [Bi(DPM)
3]
als Tri(β-diketonato)-Wismutverbindung
untersucht (siehe zum Beispiel
JP-A-5-271940 ,
JP-A-3-330304 und
JP-A-8-339716 ). Diese Verbindungen
verursachen jedoch Probleme bezüglich
der Reaktivität
mit Wasser und/oder der Verdampfungscharakteristik. Ebenso ist Trimethyl-Wismut
eine Wismutverbindung mit guter Verdampfungscharakteristiken und
mit Eigenschaften, die für
das CVD-Verfahren geeignet sind. Da diese Verbindung jedoch beim
Aufheizen oder bei Stoß explosionsgefährlich ist,
ist ihre Handhabung sehr schwierig.
-
Ein
Diaryl(2-(N,N-dimethylaminoalkyl)phenyl)-Wismut wird in der Lösung als
Reaktionszwischenstufe von chiralen Wismutverbindungen hergestellt,
wurde aber bislang nicht isoliert, und seine physikalischen Eigenschaften
wurden bislang noch nicht geklärt
(siehe zum Beispiel J. Chem. Soc. Perkin Trans., 1, 2969(1993)).
-
Da
es in dem CVD-Verfahren notwendig ist, den Präkursor der dünnen Filme
als Gas zuzuführen, wird
ein Verfahren, in welchem der Präkursor
durch Aufheizen eines mit dem Präkursor
befüllen
Gefäßes vergast
wird, weitgehend untersucht. Da Triphenyl-Wismut jedoch keine ausreichende
thermische Stabilität
aufweist und Wärmezersetzung
in dem Gefäß hervorruft,
wird auf ein Problem gestoßen,
dass sich die Konzentration des Präkursorgases ändert, so
dass eine konstante Menge des Präkursors
nicht zugeführt
werden kann. In Bezug auf dieses Problem, sind Wismutverbindungen
erwünscht,
die leichter als Triphenyl-Wismut vergast werden und ohne das Hervorrufen
von Wärmezersetzung
zugeführt
werden können,
oder Wismutverbindungen, die bezüglich
der thermischen Stabilität
dem Triphenyl-Wismut überlegen
sind und eine ausreichende Verdampfungscharakteristik aufweisen.
-
Als
Wismutverbindungen mit exzellenter Verdampfungscharakteristik ist
Trimethyl-Wismut bekannt. Wie jedoch vorher beschrieben wurde, ist
Trimethyl-Wismut bei Hitze explosionsgefährlich, und es kann folglich
nicht gesagt werden, dass diese Verbindung ein bevorzugtes Material
ist. Andererseits ist als Wismutverbindungen, die versuchen, die
thermische Stabilität
zu verbessern, Tri(2-tolyl)-Wismut bekannt (siehe zum Beispiel
JP-A-5-271940 und
Bulletin of the Chemical Society of Japan, Nr. 1, 45 (1999)). Bei
Tri(2-tolyl)-Wismut
gibt es jedoch keinen bemerkenswerten Unterschied zwischen der Verdampfungstemperatur
und der thermischen Zersetzungstemperatur, so dass auf ein Problem
gestoßen wird,
dass die Temperatursteuerung bei der Filmbildung schwierig ist.
-
Als
Verfahren zur Vergasung des Präkursors in
dem CVD-Verfahren wird ein Verfahren des Blasenbildens eines Inertgases
in einem flüssigen
Präkursor
oder in einer Lösung
eines Präkursors
zum Vergasen des Präkursors (Blasenbildungsverfahren), oder
ein Verfahren des Einspritzens einer Lösung eines Präkursors,
der in einem Lösungsmittel
gelöst wurde,
in einen Inertgasstrom zum Vergasen des Präkursors (Einspritzverfahren)
weitgehend angewendet. Gemäß des Blasenbildungsverfahrens muss,
da der Präkursor
in dem flüssigen
Zustand verwendet wird, ein fester Präkursor einmal geschmolzen werden,
so dass dieser schwierig zu handhaben ist. Präkursoren, die bei Raumtemperatur
flüssig sind,
sind bevorzugt. Andererseits muss, in dem Fall, in dem das Einspritzverfahren
angewendet wird, der Präkursor
gleichmäßig in dem
Lösungsmittel
aufgelöst
werden, und folglich sind flüssige
Präkursoren bevorzugt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Wismutverbindung
mit exzellenter Verdampfungscharakteristik zur Verfügung zu
stellen. Zudem ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
der Herstellung der Wismutverbindung und ein Verfahren der Herstellung
eines Films bei der Filmbildung durch das CVD-Verfahren zur Verfügung zu
stellen. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
neue Wismutverbindung mit ausreichender Verdampfungscharakteristik
und exzellenter thermischer Stabilität sowie ein Verfahren der Herstellung
derselben zur Verfügung
zu stellen.
-
Unter
diesen Umständen
haben die gegenwärtigen
Erfinder ausgedehnte und intensive Untersuchungen vorgenommen. Als
Ergebnis wurde gefunden, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
dieser Anmeldung die vorhergehenden Ziele durch eine Wismutverbindung
erreicht werden können,
die eine nieder molekulargewichtige Alkylgruppe und eine Arylgrupe
mit einem Substituenten mit einer koordinierenden Fähigkeit
enthält,
was zum Abschluss der vorliegenden Erfindung führt.
-
Speziell
befasst sich die vorliegende Erfindung dieser Anmeldung mit einer
Wismutverbindung, welche durch die folgende Formel 1 dargestellt
wird:
wobei R
1 eine
niedere Alkylgruppe darstellt; R
2 eine niedere
Alkylgruppe, eine niedere Alkoxygruppe, eine niedere Acylgruppe,
eine niedere Alkoxycarbonylgruppe, eine niedere halogenierte Alkylgruppe oder
ein Halogen darstellt; n
1 die Anzahl der
Substituenten R
2 in dem Bereich von 0 bis
4 darstellt; und R
3 bis R
6 jeweils
Wasserstoff, eine niedere Alkylgruppe oder eine niedere halogenierte
Alkylgruppe darstellen.
-
Ebenso
befasst sich die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren der Herstellung
der Wismutverbindung, welche durch die Formel 1 dargestellt wird,
welches das Reagieren eines monoaryl-dihalogenierten Wismut umfasst,
welches durch die folgende Formel 2 dargestellt wird:
wobei R
2,
n
1 und R
3 bis R
6 die gleichen wie vorstehend definiert sind;
und Z
1 ein Halogen darstellt, mit einem
R
1 konvertierenden Reagenz, wobei R
1 das gleiche wie vorstehend definiert ist.
-
Ferner
befasst sich die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren der Herstellung
der Wismutverbindung, welche durch die Formel 1 dargestellt wird,
welches das Reagieren eines dialkyl-monohalogenierten Wismut umfasst,
das durch die folgende Formel 3 dargestellt wird:
wobei R
1 und
Z
1 die gleichen wie vorstehend definiert sind,
mit
einem Arylierungsreagenz, das durch die folgende Formel 4 dargestellt
wird:
wobei R
2,
n
1 und R
3 bis R
6 die gleichen wie vorstehend definiert sind;
und Q
1 eines von Lithium, Natrium, Kalium,
MgCl, MgBr oder MgI darstellt.
-
Ebenso
befasst sicht die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren der
Herstellung eines Wismut enthaltenden Films, welches das Unterziehen der
Wismutverbindung, welche durch die Formel 1 dargestellt wird, als
Präkursor
unter eine chemische Gasphasenabscheidung auf ein Trägermaterial
umfasst, um einen Wismut enthaltenden Film zu bilden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine graphische Darstellung, die eine TG-Kurve von Beispiel 2 zeigt.
-
2 ist
eine graphische Darstellung, die eine DSC-Kurve von Beispiel 3 zeigt.
-
3 ist
eine graphische Darstellung, die eine TG-Kurve von Vergleichsbeispiel
1 zeigt.
-
4 ist
eine graphische Darstellung, die eine DSC-Kurve von Vergleichsbeispiel
2 zeigt.
-
5 ist
eine Ansicht, welche ein CVD-Gerät
zeigt, das in Beispiel 4 verwendet wird.
-
6 ist
eine Ansicht, welche ein CVD-Gerät
zeigt, das in Beispiel 5 angewendet wird.
-
In
den Zeichnungen werden folgende Bezugszeichen verwendet:
-
- 1
- Gefäß
- 2
- Thermostat
- 3
- Reaktionskammer
- 4
- Trägermaterial
- 5
- Reaktionsgas
- 6
- Verdünnungsgas
- 7
- Trägergas
- 8
- Massenflusssteuerung
- 9
- Massenflusssteuerung
- 10
- Massenflusssteuerung
- 11
- Vakuumpumpe
- 12
- Abgas
- 13
- Gefäß für den Wismutpräkursor
- 14
- Gefäß für den Titanpräkursor
- 15
- Thermostat
- 16
- Thermostat
- 17
- Reaktionskammer
- 18
- Trägermaterial
- 19
- Reaktionsgas
- 20
- Verdünnungsgas
- 21
- Trägergas
- 22
- Trägergas
- 23
- Massenflusssteuerung
- 24
- Massenflusssteuerung
- 25
- Massenflusssteuerung
- 26
- Massenflusssteuerung
- 27
- Vakuumpumpe
- 28
- Abgas
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend im größeren Detail beschrieben.
-
Der
Ausdruck „nieder", wie der in der
vorliegenden Erfindung und den Ansprüchen verwendet wird, bedeutet
einen, welcher eine lineare, verzweigte oder zyklische Kohlenwasserstoffgruppe
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der in diesem Ausdruck angegebenen
Gruppe enthält,
wenn nicht anderes angezeigt ist.
-
Zunächst wird
die vorliegende Erfindung dieser Anmeldung beschrieben.
-
In
der vorliegenden Erfindung stellt R1 eine niedere
Alkylgruppe dar; R2 stellt eine niedere
Alkylgruppe, eine niedere Alkoxygruppe, eine niedere Acylgruppe,
eine niedere Alkoxycarbonylgruppe, eine niedere halogenierte Alkylgruppe
oder ein Halogen dar; n1 stellt die Anzahl
der Substituenten R2 in dem Bereich von
0 bis 4 dar; und R3 bis R6 stellen
jeweils Wasserstoff, eine niedere Alkylgruppe oder eine niedere
halogenierte Alkylgruppe dar.
-
Der
Fall, in dem n1 3 oder weniger ist, bedeutet,
dass die Wasserstoffe der Anzahl von (4–n1)
an den aromatischen Ring gebunden sind. Wenn die Verbindungen der
Formel 1 hieraus gemacht sind unter Bezug, bedeutet der Fall, in
dem n1 0 ist, R3 und R4 jeweils Wasserstoff darstellen, und R5 und R6 jeweils
eine Methylgruppe darstellen, dass eine 2-(N,N-Dimethylaminomethyl)phenyl-Gruppe
an das Wismut gebunden ist; und bedeutet der Fall, in dem n1 1 ist, R2 eine
Methylgruppe darstellt und R3 bis R9 die gleichen wie vorstehend definiert sind,
dass eine der Gruppen
2-(N,N-Dimethylaminomethyl)-3-tolyl,
2-(N,N-Dimethylaminomethyl)-4-tolyl,
2-(N,N-Dimethylaminomethyl)-5-tolyl
und
2-(N,N-Dimethylaminomethyl)-6-tolyl jeweils an Wismut gebunden
ist.
-
Beispiele
der niederen Alkylgruppe, welche durch R1 dargestellt
wird, schließen
eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine Isopropylgruppe,
eine n-Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine sec-Butylgruppe, eine
tert-Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopentylgruppe, eine
Neopentylgruppe, eine tert-Pentylgruppe, eine 1--Methylbutylgruppe,
eine 2-Methylbutylgruppe, eine 1,2-Dimethylpropylgruppe, eine Hexylgruppe,
eine Isohexylgruppe, eine 1-Methylpentylgruppe, eine 1-Methylpentylgruppe,
eine 3-Methylpentylgruppe, eine 1,1-Dimethylbutylgruppe, eine 2,2-Dimethylbutylgruppe,
eine 1,3-Dimethylbutylgruppe, eine 2,3-Dimethylbutylgruppe, eine
3,3-Dimethylbutylgruppe, eine 1-Ethylbutylgruppe, eine 2-Ethylbutylgruppe, eine
1,1,2-Trimethylpropylgruppe, eine 1,2,2-Trimethylpropylgruppe, eine
1-Ethyl-1-methylpropylgruppe, eine 1-Ethyl-2-methylpropylgruppe,
eine Cyclopropylgruppe, eine Cyclobutylgruppe, eine Cyclopentylgruppe,
eine Cyclohexylgruppe, eine Cyclopropylmethylgruppe, eine Cyclopropylethylgruppe
und eine Cyclobutylmethylgruppe ein.
-
Beispiele
der niederen Alkylgruppe, welche durch R2 dargestellt
wird, schließen
eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine Isopropylgruppe,
eine n-Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine sec-Butylgruppe, eine
tert-Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Isopentylgruppe, eine
Neopentylgruppe, eine tert-Pentylgruppe, eine 1-Methylbutylgruppe,
eine 2-Methylbutylgruppe, eine 1,2-Dimethylpropylgruppe, eine Hexylgruppe,
eine Isohexylgruppe, eine 1-Methylpentylgruppe, eine 2-Methylpentylgruppe,
eine 3-Methylpentylgruppe, eine 1,1-Dimethylbutylgruppe, eine 2,2-Dimethylbutylgruppe,
eine 1,3-Dimethylbutylgruppe, eine 2,3-Dimethylbutylgruppe, eine
3,3-Dimethylbutylgruppe, eine 1-Ethylbutylgruppe, eine 2-Ethylbutylgruppe, eine
1,1,2-Trimethylpropylgruppe, eine 1,2,2-Trimethylpropylgruppe, eine
1-Ethyl-1-methylpropylgruppe, eine 1-Ethyl-2-methylpropylgruppe,
eine Cyclopropylgruppe, eine Cyclobutylgruppe, eine Cyclopentylgruppe,
eine Cyclohexylgruppe, eine Cyclopropylmethylgruppe, eine Cyclopropylethylgruppe
und eine Cyclobutylmethylgruppe ein.
-
Beispiele
der niederen Alkoxygruppe, welche durch R2 dargestellt
wird, schließen
eine Methoxygruppe, eine Ethoxygruppe, eine Propoxygruppe, eine
Isopropoxygruppe, eine Butoxygruppe, eine Isobutoxygruppe, eine
sec-Butoxygruppe, eine tert-Butoxygruppe, eine Pentyloxygruppe,
eine 1-Methylbutyloxygruppe, eine 2-Methylbutyloxygruppe, eine 3-Methylbutyloxygruppe,
eine 1,2-Dimethylpropyloxygruppe, eine Hexyloxygruppe, eine 1--Methylpentyloxygruppe,
eine 1-Ethylpropyloxygruppe, eine 2-Methylpentyloxygruppe, eine 3-Methylpentyloxygruppe,
eine 4-Methylpentyloxygruppe, eine 1,2--Dimethylbutyloxygruppe,
eine 1,3-Dimethylbutyloxygruppe, eine 2,3-Dimethylbutyloxygruppe,
eine 1,1-Dimethylbutyloxygruppe, eine 2,2-Dimethylbutyloxygruppe
und eine 3,3-Dimethylbutyloxygruppe ein.
-
Beispiele
der niederen Acylgruppe, welche durch R2 dargestellt
wird, schließen
eine Formylgruppe, eine Acetylgruppe, eine Propionylgruppe, eine Butyrylgruppe,
eine Isobutyrylgruppe, eine Valerylgruppe, eine 1-Methylpropylcarbonylgruppe,
eine Isovalerylgruppe, eine Pentylcarbonylgruppe, eine 1-Methylbutylcarbonylgruppe,
eine 2-Methylbutylcarbonylgruppe, eine 3-Methylbutylcarbonylgruppe, eine
1-Ethylpropylcarbonylgruppe und eine 2-Ethylpropylcarbonylgruppe
ein. Beispiele der niederen Alkoxycarbonylgruppe, welche durch R2 dargestellt wird schließen ein Methoxycarbonylgruppe,
eine Ethoxycarbonylgruppe, eine Propoxycarbonylgruppe, eine Isopropoxycarbonylgruppe,
eine Cyclopropoxycarbonylgruppe, eine Butoxycarbonylgruppe, eine
Isobutoxycarbonylgruppe, eine sec-Butoxycarbonylgruppe und eine
tert-Butoxycarbonylgruppe ein Beispiele der niederen halogenierten
Alkylgruppe, welche durch R2 dargestellt
wird, schließen
eine Fluormethylgruppe, eine Difluormethylgruppe und eine Trifluormethylgruppe
ein. Beispiele des Halogens, welches durch R2 dargestellt
wird, schließen
Fluor ein.
-
Als
R3 bis R6 werden
Wasserstoff; eine niedere Alkylgruppe (zum Beispiel eine Methylgruppe, eine
Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine n-Butylgruppe,
eine Isobutylgruppe, eine sec-Butylgruppe, eine tert-Butylgruppe,
eine Pentylgruppe, eine Isopentylgruppe, eine Neopentylgruppe, eine
tert-Pentylgruppe, eine 1-Methylbutylgruppe, eine 2-Methylbutylgruppe,
eine 1,2-Dimethylpropylgruppe, eine Hexylgruppe, eine Isohexylgruppe,
eine 1-Methylpentylgruppe, eine 2-Methylpentylgruppe, eine 3-Methylpentylgruppe,
eine 1,1-Dimethylbutylgruppe, eine 2,2-Dimethylbutylgruppe, eine
1,3-Dimethylbutylgruppe, eine 2,3-Dimethylbutylgruppe, eine 3,3-Dimethylbutylgruppe, eine
1-Ethylbutylgruppe, eine 2-Ethylbutylgruppe, eine 1,1,2-Trimethylpropylgruppe,
eine 1,2,2-Trimethylpropylgruppe, eine 1-Ethyl-1-methylpropylgruppe,
eine 1-Ethyl-2-methylpropylgruppe, eine Cyclopropylgruppe, eine
Cyclobutylgruppe, eine Cyclopentylgruppe, eine Cyclohexylgruppe,
eine Cyclopropylmethylgruppe, eine Cyclopropylethylgruppe und eine Cyclobutylmethylgruppe)
und eine niedere halogenierte Alkylgruppe (zum Beispiel eine Fluormethylgruppe,
eine Difluormethylgruppe und eine Trifluormethylgruppe) aufgezählt.
-
Obwohl
die Wismutverbindung der vorliegenden Erfindung, die eine Kombination
von R1 bis R6 umfasst,
nicht besonders begrenzt ist, schließen spezifische Beispiele davon
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)-4-propylphenyl)-Wismut,
Diisopropyl(2-(N,N-diethylaminomethyl)-4-propylphenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)-4-methoxyphenyl)-Wismut und Diisopropyl(2-(N,N-diethylaminomethyl)-4-methoxyphenyl)-Wismut
ein.
-
Es
ist vom Standpunkt der Verringerung der Verdampfungstemperatur der
Wismutverbindung bevorzugt, dass R1 eine
Methylgruppe darstellt, R2 eine Alkylgruppe
mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen darstellt, R3 und
R4 jeweils ein Wasserstoff oder eine Alkylgruppe
mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen darstellen und R5 und
R6 jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 2
Kohlenstoffatomen darstellent. Es ist ferner bevorzugt, dass R1 eine Methylgruppe darstellt, R2 eine
Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen darstellt, R3 und
R4 jeweils ein Wasserstoff oder eine Alkylgruppe
mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen darstellen, R5 und
R6 jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 2
Kohlenstoffatomen darstellen und n1 0 bis
2 ist.
-
Obwohl
solche Wismutverbindungen nicht speziell begrenzt sind, schließen Beispiele
davon
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(N-ethyl-N-methylaminomethyl)phenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(N,N-diethylaminomethyl)phenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(1-(N,N-dimethylamino)ethyl)phenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(1-(N,N-diethylamino)ethyl)phenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(1-(N,N-dimethylamino)-1-methylethyl)phenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(1-(N,N-diethylamino)-1-methylethyl)phenyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)-3-tolyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)-4-tolyl)-Wismut,
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)-5-tolyl)-Wismut,
und
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)-6-tolyl)-Wismut ein.
-
Von
diesen ist Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut am
meisten bevorzugt.
-
Die
Wismutverbindung, welche durch die Formel 1 dargestellt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung
kann durch Mischen und Reagieren eines monoaryl-dihalogenierten Wismut, welches durch
die Formel 2 dargestellt wird, mit einem R1 konvertierenden
Reagenz in einem Lösungsmittel
oder durch Mischen und Reagieren eines dialkyl-monohalogenierten
Wismut, welches durch die Formel 3 dargestellt wird, mit einem Arylierungsreagenz, das
durch die Formel 4 dargestellt wird, in einem Lösungsmittel hergestellt werden.
-
Das
monoaryl-dihalogenierte Wismut, welches durch die Formel 2 dargestellt
wird, kann zum Beispiel durch Mischen eines Triaryl-Wismut und eines
trihalogenierten Wismut in einem Verhältnis von 1/2 (in Mol) in einem
Lösungsmittel
synthetisiert werden (Inorg. Chem., 107, 2770 (1997)). In dem monoaryl-dihalogenierten
Wismut, das durch die Formel 2 dargestellt wird, stellt Z1 ein Halogen dar, von welchem Beispiele
Chlor, Brom und Jod einschließen.
-
In
dem Arylierungsreagenz, das durch die Formel 4 dargestellt wird,
stellt Q1 ein Alkalymetall wie Lithium,
Natrium und Kalium oder MgBr, MgCl oder MgI dar.
-
R2 bis R6 und n1 sind die gleichen wie vorstehend definiert.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass R2 eine
Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen darstellt, R3 und
R4 jeweils Wasserstoff oder eine Alkylgruppe
mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen darstellen und R5 und
R6 jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen
darstellen. Darüber
hinaus ist es ferner bevorzugt, dass R3 und
R4 jeweils ein Wasserstoffatom darstellen,
R5 und R6 jeweils
eine Methylgruppe darstellen, Z1 Chlor darstellt
und n1 0 ist.
-
In
Bezug auf das zu verwendende R1 konvertierende
Reagenz (wobei R1 eine niedere Alkylgruppe
darstellt), solange eine Verbindung das monoaryl-dihalogenierte
Wismut, welches durch die Formel 2 dargestellt wird, einer R1 Konvertierung unterziehen kann, das heißt, einer
niederen Alkylierung, ist es nicht besonders begrenzt. Beispiele
hiervon schließen
ein niederes Alkyl-Lithium, ein niederes Alkyl-Natrium, ein niederes
Alkyl-Kalium, ein niederes Alkyl-Magnesiumchlorid, ein niederes
Alkyl-Magnesiumbromid
und ein niederes Alkyl-Magnesiumiodid ein. Im Besonderen ist R1 bevorzugt eine Methylgruppe, und das R1 konvertierende Reagenz ist insbesondere
bevorzugt Methyl-Magnesiumbromid.
-
Bei
der Synthese, welche das monoaryl-dihalogenierte Wismut, das durch
die Formel 2 dargestellt wird, und das R1 konvertierende
Reagenz verwendet, wenn die Menge des R1 konvertierenden
Reagenz im Überfluss
vorliegt, wird Trialkyl-Wismut wahrscheinlich gebildet, wodurch
sich die Ausbeute verringert. Folglich ist es bevorzugt, das R1 konvertierende Reagenz in einer Menge von
1,8 bis 2,2 mal in Mol in Bezug auf das monoaryl-dihalogenierte
Wismut zu verwenden. Beim Mischen dieser Verbindungen kann das R1 konvertierende Reagenz in eine Lösung oder
Suspension des monoaryl-dihalogenierten Wismut getropft werden,
oder eine Lösung
oder Suspension des monoaryl-dihalogenierten Wismut kann in das
R1 konvertierende Reagenz getropft werden.
-
Als
Lösungsmittel
sind jene bevorzugt, welche bei –80°C flüssig sind, sind aber nicht
besonders begrenzt. Bevorzugte Beispiele davon schließen Diethylether,
THF, Toluen und Hexan ein. Das Lösungsmittel
kann alleine oder als Mischungen verwendet werden. Von dem in der
Lösung
oder Suspension des monoaryl-dihalogenierten Wismut zu verwendenden Lösungsmittel
und dem Lösungsmittel,
das für
das R1 konvertierende Reagenz verwendet
wird, wird nicht notwendiger Weise gefordert, identisch miteinander zu
sein, sondern können
voneinander unterschiedlich sein. In Bezug auf die Reaktionstemperatur
ist die Reaktionsrate bei niedrigen Temperaturen langsam, und Trialkyl-Wismut
kann möglicherweise
bei hohen Temperaturen gebildet werden. Demzufolge ist es bevorzugt,
dass das Tropfen und Mischen von –80°C bis 30°C ausgeführt werden, und dass die Temperatur
graduell auf 0°C
auf die Rückflusstemperatur
des Lösungsmittels
in einer solchen Art und Weise angehoben wird, dass die Reaktionstemperatur
die Tropftemperatur oder höher
wird.
-
Nach
der Reaktion wird die Reaktionsmischung mit Wasser oder dergleichen
abgeschreckt, und die gewünschte
Wismutverbindung der vorliegenden Verbindung kann aus einer öligen Schicht wiedergewonnen
werden. Da die ölige
Schicht Nebenprodukte, welche durch die Reaktion oder das Abschrecken
gebildet wurden, zusätzlich
zu der gewünschten
Wismutverbindung enthält,
wird die ölige Schicht
durch Chromatographie, Destillation oder dergleichen gereinigt,
wodurch die gewünschte
Wismutverbindung der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
-
Es
ist möglich,
einen Wismut enthaltenen Film unter Verwendung der Wismutverbindung
der vorliegenden Erfindung als Präkursor herzustellen. In dem
Fall, in dem ein Wismut enthaltender Film auf einem Trägermaterial
durch das CVD-Verfahren unter Verwendung der Wismutverbindung der
vorliegenden Erfindung als Präkursor
hergestellt wird, wird die Wismutverbindung der vorliegenden Erfindung
vergast und dann auf das Trägermaterial
zugeführt.
Beispiele des Verfahrens des Vergasens der Wismutverbindung schließen ein
Verfahren, in welchem ein inertes Trägergas in die erhitzte Wismutverbindung
zugeführt
und die Wismutverbindung, die in dem Trägergas mitgerissen wird, in
die Reaktionskammer eingeführt
wird, in welcher das Trägermaterial
platziert ist; und ein Verfahren, in welchem die Wismutverbindung
direkt in einen Verdampfer geschickt oder als ihre Lösung in
einem organischen Lösungsmittel gelöst, mit
dem Verdampfer vergast und dann in eine Reaktionskammer eingeführt wird,
in welcher das Trägermaterial
platziert ist, ein.
-
Beispiele
des organischen Lösungsmittels, welches
zum Lösen
der Wismutverbindung darin fähig
ist, schließen
Alkohole (zum Beispiel Methanol, Ethanol und Isopropanol), Ester
(zum Beispiel Ethylacetat, Butylacetat und Isoamylacetat), Glycolether (zum
Beispiel Ethylenglycolmonomethylether, Ethylglycolmonoethylether
und Ethylenglycolmonobutylether), Ether (zum Beispiel Glyme (Glycolether),
Diglyme (Diglycolether), Triglyme (Trilycolether) und Tetrahydrofuran),
Ketone (zum Beispiel Methylbutylketon, Methylisobutylketon, Ethylbutylketon,
Dipropylketon, Diisobutylketon, Methylamylketon und Cyclohexanon)
und Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel Hexan, Cyclohexan, Methylcyclohexan,
Ethylcyclohexan, Heptan, Octan, Toluen und Xylen) ein. Diese Aufzählung sollte
jedoch nicht dazu herangezogen werden, dass die vorliegende Erfindung
darauf begrenzt ist.
-
In
Bezug auf den Wismut enthaltenden Film wird zum Beispiel in dem
Fall, in dem die Wismutverbindung der vorliegenden Erfindung einzeln
verwendet wird, metallische Wismutfilme oder Wismutoxidfilme erhalten;
und in dem Fall, in dem die Wismutverbindungen in Kombination mit
anderen Metallverbindungen verwendet wird, werden Wismut enthaltende Verbundfilme
erhalten. Wenn zum Beispiel die Wismutverbindung in Kombination
mit einer Ti-Verbindung verwendet wird, wird ein BIT-Film erhalten; wenn
die Wismutverbindung in Kombination mit einer Ti-Verbindung und
einer La-Verbindung verwendet wird, wird ein BLT-Film erhalten,
wenn die Wismutverbindung in Kombination mit einer Ti-Verbindung
in einer Nd-Verbindung verwendet wird, wird ein BNT-Film erhalten;
und wenn die Wismutverbindung in Verwendung mit einer Sr-Verbindung
und einer Ta-Verbindung verwendet wird, wird ein SBT-Film erhalten.
Es sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass die vorliegende
Erfindung darauf begrenzt ist. Beispiele der Ti-Verbindung, der
La-Verbindung, der Nd-Verbindung,
der Sr-Verbindung und der Ta-Verbindung schließen Ti(O-iso-C3H7)4, Ti(O-iso-C3H7)2(DPM)2, La(DPM)3, Nd(DPM)3, Sr[Ta(OEt)6]2' Sr[Ta(OEt)5(OC2H4OCH3)]2, Sr(DPM)2, Ta(O-Et)5 und
Ta(O-iso-C3H7)5 ein.
Es sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass die vorliegende
Erfindung darauf begrenzt ist. Übrigens
bedeutet der Ausdruck „DPM" Dipivaloylmethanato.
Ebenso können
beim Kombinieren der Wismutverbindungen mit anderen Metallverbindungen
die entsprechenden Verbindungen separat zugeführt oder gemischt und dann
zugeführt
werden. Ebenso können
in Bezug auf das bei der Herstellung des Wismut enthaltenden Films
der vorliegenden Erfindung anzuwendenden CVD-Verfahren allgemein
angewendete CVD-Verfahren wie thermische CVD, Plasma-CVD und Photo-CVD
ohne besondere Begrenzungen angewendet werden.
-
Da
die Wismutverbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung dieser Anmeldung zu einem Grad von 100 verdampft werden
kann, und die Zersetzungstemperatur ausreichend höher als
die Verdampfungstemperatur ist, ist sie als Wismutpräkursor in
dem CVD-Verfahren geeignet. Insbesondere hat, bei der Filmbildung
durch das CVD-Verfahren,
die Wismutverbindung der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile
verglichen mit dem bekannten Triphenyl-Wismut zur Folge.
- (1) Die Verdampfungscharakteristik ist exzellent.
- (2) Da ein Unterschied zwischen der Verdampfungstemperatur und
der Zersetzungstemperatur groß ist,
ist es möglich,
einen Präkursor
in dem Fall, in dem die Wismutverbindung der vorliegenden Erfindung
in dem CVD-Verfahren verwendet wird, stabil zuzuführen.
- (2) Die Wismutverbindung der vorliegenden Erfindung ist flüssig bei
Raumtemperatur, so dass es möglich
ist, diese leicht zuzuführen.
-
Die
vorliegende Erfindung wird im größeren Detail
unter Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben, aber es sollte
verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht so ausgelegt
wird, als dass sie darauf begrenzt ist.
-
Beispiel 1
-
Ein
50 ml Dreihalskolben wurde mit 3,30 g (8,0 mMol) Dichlor(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut
befüllt,
welcher mit einem Tropftrichter und einem Thermometer ausgerüstet war, und
dann mir Argon gespült.
40 ml Diethylether wurden zugegeben und gerührt, um das Dichlor(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut zu
dispergieren. 25 ml (15,0 mMol) einer Lösung von 0,6 Mol/Liter Methyl-Magnesiumbromid
in Diethylether wurden über
30 Minuten aus dem Tropftrichter zugetropft, während die Temperatur bei –80°C oder niedriger
gehalten wurde. Nach dem Abschluss des Zutropfens wurde die Mischung
bei –80°C für 2 Stunden
gerührt
und dann bei Raumtemperatur für
22 Stunden gerührt.
Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung mit einer gesättigten
wässrigen
Ammoniumchloridlösung
abgeschreckt und dann in eine wässrige
Schicht und eine organische Schicht getrennt. Die wässrige Schicht
wurde dreimal mit 10 ml Diethylether extrahiert. Die organische
Schicht und die Extrakte wurden gesammelt und die Mischung dreimal
mit 20 ml einer gesättigten
wässrigen
Salzlösung
gewaschen. Die sich ergebende Mischung wurde über wasserfreiem Magnesiumsulfat
getrocknet und dann filtriert. Das Lösungsmittel wurde von dem Filtrat
entfernt, um 2,53 g eine trüben Öls zu erhalten. 0,96
g des trüben Öls wurden
unter verringertem Druck destilliert, um 0,54 g (Ausbeute: 48 %)
-
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut
als farblose transparente Flüssigkeit
zu erhalten.
1H-NMR CDCl3) δ7.95 (d,
1H, J = 7.0 Hz), 7.22 (M, 2H), 7.15 (d, 1H, J = 7.0 Hz), 3.45 (s,
2H), 2.17 (s, 6H), 1.06 (s, 6H)
13C-NMR
(CDCl3) δ177.53
(C), 144.53 (C), 137.07 (CH), 128.60(CH), 128.57 (CH), 126.90 (CH),
67.66 (CH2), 44.80 (CH3),
3.08 (CH3)
MS: m/z = 374 (M+ +H), 358 (M-CH3),
343 (M-2CH3), 239 (M-C9H12N), 224 (M-C9H12N-CH3)
Elementaranalyse:
C (35,6 %), H (5,0 %), N (3,7 %), Bi (53,5 %); Berechnet: C (35,4
%), H(4,9 %), N(3,8 %), Bi (56,0 %).
-
Beispiel 2
-
22,1
mg (0,059 mMol) Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut,
das in Beispiel 1 erhalten wurde, wurden in einen Aluminiumtiegel gefüllt. Die
Probe wurde auf eine Veränderung
des Gewichts beim Aufheizen durch ein Gerät für Thermogravimetrie (TG) bei
einer Programmierrate von 10°C
pro Minute unter Verwendung von 6,7 mg Aluminiumoxid als Referenz
analysiert. Die Ergebnisse werden in 1 gezeigt.
Wie aus dieser Abbildung deutlich wird, wurde bei Dimethyl(2-(N,N-dimethylaqminomethyl)phenyl)-Wismut
der vorliegenden Erfindung eine Gewichtsverringerung von etwa 130 °C an beobachtet,
und es wurde bestätigt,
dass diese Verbindung zu einem Grad von im Wesentlichen 100 % verdampft
wurde.
-
Beispiel 3
-
3,5
mg Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut, das in Beispiel 1 erhalten wurde,
wurden in einen rostfreie Stahltiegel gegeben, welche dann durch
einen rostfreien Stahldeckel verschlossen wurde. Diese Probe wurde
auf eine Veränderung
der Quantität
der Wärme
beim Aufheizen durch ein Differenzialrasterkalorimeter (DSC) bei
einer Programmierrate von 10°C
pro Minute unter Verwendung von 2,0 mg Aluminiumoxid als Referenz analysiert.
Die Ergebnisse werden in 2 gezeigt. Wie aus dieser Abbildung
deutlich wird, wurde eine exotherme Reaktion von etwa 230°C anbeobachtet, und
die Zersetzung von Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut
wurde bestätigt.
Es ist zu bemerken, dass die exotherme Reaktion sanft ablief, und
dass eine sanfte Zersetzung vorging.
-
Beispiel 4
-
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut,
das in Beispiel 1 erhalten wurde, wurde als Präkursor verwendet und einer
Filmbildung auf einem SiO2/Si-Trägermaterial
für eine
Stunde durch das CVD-Verfahren unter Verwendung eines Gerätes, das
in 5 gezeigt wird, unter den folgenden Bedingungen
unterzogen. Präkursortemperatur: 55°C, Flussrate
des Trägergases
(Ar): 50 sccm, Gefäßdruck:
100 Torr, Flussrate des Verdünnungsgases (Ar):
100 sccm, Flussrate des Reaktionsgases (O2): 300
sccm, Trägermaterialtemperatur:
500°C, Zersetzungsdruck:
10 Torr. Die Röntgenbeugungsanalyse machte
deutlich, dass der Film Bi2O3 war,
und die SEM-Analyse machte deutlich, dass die Filmdicke 200 nm betrug.
-
Beispiel 5
-
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut,
das in Beispiel 1 erhalten wurde, und Ti(O-iso-C3H7)4 wurden als Präkursoren
verwendet und einer Filmbildung auf einem Pt/TiOx/SiO2/Si-Trägermaterial
für eine
Stunde durch das CVD-Verfahren unter Verwendung eines Gerätes, das
in 6 gezeigt wird, unter den folgenden Bedingungen
unterzogen. Wismutpräkursor-Temperatur: 67°C, Flussrate
des Trägergases
(Ar) für
den Wismutpräkursor: 20
sccm, Gefäßdruck für den Wismutpräkursor:
300 Torr, Titanpräkursor-Temperatur:
31°C, Flussrate
für das
Trägergas
(Ar) für
den Titanpräkursor:
30 sccm, Gefäßdruck für den Titanpräkursor:
300 Torr, Flussrate des Verdünnungsgases
(Ar): 150 sccm, Flussrate des Reaktionsgases (O2):
200 sccm, Trägermaterialtemperatur:
500°C, Zersetzungsdruck:
4 Torr. Die Röntgenbeugungsanalyse
machte deutlich, dass der Film BIT war, und die SEM-Analyse machte deutlich, dass
die Filmdicke 300 nm betrug.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
25,7
mg (0,058 mMol) Triphenyl-Wismut wurden auf eine Veränderung
des Gewichts beim Aufheizen unter Verwendung von 17,7 mg Aluminiumoxid
als Referenz in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 2 analysiert.
Die Ergebnisse werden in 3 gezeigt. Wie aus dieser Abbildung
deutlich wird, wurde eine Gewichtsverringerung von etwa 230°C an beobachtet,
und es ist zu beachten, dass die Verdampfungstemperatur von Triphenyl-Wismut etwa
100°C höher als
die von Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut ist.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
2,6
mg Triphenyl-Wismut wurden auf eine Veränderung der Menge an Wärme beim
Aufheizen unter Verwendung von 7,2 mg Aluminiumoxid als Referenz
in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 3 analysiert. Die
Ergebnisse werden in 4 gezeigt. Wie aus dieser Abbildung
deutlich wird, wurde eine exotherme Reaktion von etwa 270°C an beobachtet, und
die thermische Zersetzungstemperatur von Triphenyl-Wismut war etwa
40°C höher als
die von Dimehtyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut.
-
Das
folgende kann aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispiel
verstanden werden.
- 1. In Bezug auf die Verdampfungstemperatur
wird aus dem Vergleich zwischen Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel
1 bemerkt, dass Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Verdampfungstemperatur von etwa 100°C niedriger als
die von bekanntem Triphenyl-Wismut zeigt und exzellent in der Verdampfungscharakteristik ist.
- 2. In Bezug auf einen Unterschied zwischen der Verdampfungstemperatur
und der Zersetzungstemperatur, wie vorstehend in (1) beschrieben wurde,
weist Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Verdampfungstemperatur von etwa 100°C niedriger
als die des bekannten Triphenyl-Wismut auf. Andererseits ist aus
dem Vergleich zwischen Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2 zu bemerken,
dass Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Zersetzungstemperatur von etwa 40°C niedriger als die des bekannten Triphenyl-Wismut
aufweist. Wenn ein Unterschied zwischen der Verdampfungstemperatur
und der Zersetzungstemperatur in Bezug auf die beiden Verbindungen
aus den vorhergehenden Ergebnissen berechnet wird, ist zu bemerken,
dass für das
Dimethyl(2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl)-Wismut gemäß der vorliegenden
Erfindung der Unterschied zwischen der Verdampfungstemperatur und
der Zersetzungstemperatur sehr groß ist und um etwa 60°C verglichen
mit dem bekannten Triphenyl-Wismut erhöht wird.