分子エレクトロニクスに資する電極作製技術と機能分子接合

• Project Area: Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
• Project/Area Number: 22108502
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 中川 勝 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10293052)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2010: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 微細加工 / 高分子構造・物性 / ナノ材料

Research Abstract

昨年の研究成果で、電子線リソグラフィで作製した微細パターンを有するマスターモールドを使用し、光反応性単分子膜の使用を特徴とする独自に開発した界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィと金の電解金析出を組み合させるプロセスが電極作製に利用できることを原理的に確認した。さらに、ポリスチレンが電解金析出のレジスト材料として形状忠実性に優れること、蛍光色素を添加した蛍光レジストが蛍光像観察から非破壊でかつ広領域でレジスト成型形状管理に利用できることを示した。本年度は、異なるレジストパターン開口部での金の電解析出挙動を中心に研究を進めた。100nmから1μmまでの異なる線幅を有する1:1のライン&スペースパターンを作製し、レジスト膜の成型と金の電解析出を行った。電流密度が高い場合、200nm以下の線幅で金の析出が抑制させる現象が認められた。電流密度を低下させることで、金のラインパターンの高さがレジストパターン開口部の線幅に依存しなくなったことから、200nm以下では電極活性種の拡散律速が起こることが示唆された。電解析出条件の最適化により、異なるパターン構造を有する電極基板が作製できることがわかった。数十回程度のシリコンマスターモールドの使用で、モールドの微細パターンに一部損壊した欠陥ができることがわかり、ナノギャップ電極作製プロセスに適したレプリカモールドの必要性が生じた。表面修飾シリカナノ粒子とアクリレートからなる光硬化性有機無機複合組成物を調製し、光ナノインプリント法で成型した結果、寸法転写性、離型層形成性に優れたレプリカモールドの開発に成功した。レプリカモールドを用いたポリスチレンレジスト薄膜の加工で20nmギャップまで成型でき、金の電解析出後も20nmギャップをほぼ維持できることがわかった。マスターモールドを転写したレプリカモールドでレジスト加工と金の電解析出を行う、ナノギャップ電極の量産スキームを確立できた。

Research Products

• [Journal Article] Silica/Ultraviolet-Cured Resin Nanocomposites for Replica Molds in Ultraviolet Nanoimprinting (2012)
  • Author(s): C.M.Yun, S.Kudo, K.Nagase, S.Kubo, M.Nakagawa
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 51(採択済)
  • NAID: 210000140802
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resist Pattern Inspection Using Fluorescent Dye-Doped Polystyrene Thin Films in Reactive-Monolayer-Assisted Thermal Nanoimprint Lithography (2011)
  • Author(s): S.Kubo, Y.Sato, Y.Hirai, M.Nakagawa
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 50 Issue: 6S Pages: 06GK10-06GK10
  • DOI: 10.1143/jjap.50.06gk10
  • NAID: 210000070747
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optically Transparent and Refractive Index-tunable ZrO_2/Photopolymer Composites Designed for Ultraviolet Nanoimprinting (2011)
  • Author(s): S.Kudo, K.Nagase, S.Kubo, M.Nakagawa
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 50 Issue: 6S Pages: 06GK12-06GK12
  • DOI: 10.1143/jjap.50.06gk12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ナノインプリントリソグラフィにおける光機能材料化学 (2011)
  • Author(s): 中川勝、久保祥一
  • Journal Title: マテリアルインテグレーション Volume: 24 Pages: 248-253
• [Journal Article] Resist Properties of Thin Poly (methyl methacrylate) and Polystyrene Films Patterned by Thermal Nanoimprint Lithography for Au Electrodeposition (2010)
  • Author(s): Koichi Nagase, Shoichi Kubo, Masaru Nakagawa
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 49
  • NAID: 210000068708
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Silica/UV-Cured Resin Nanocomposites for Replica Molds in UV Nanoimprinting (2011)
  • Author(s): S.Kudo, C.M.Yun, K.Nagase, S.Kubo, M.Nakagawa
  • Organizer: 24th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2011)
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-10-27
• [Presentation] 界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィによる貴金属格子パターンの作製と透明導電膜への応用 (2011)
  • Author(s): 久保祥一, 永瀬康一, 大嶽知之, 姜義哲, 片岡浩, 山田正, 中川勝
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] Transparent Conductive Polymer Substrates Covered with a Silver Fish-Net Structure Prepared by Reactive-Monolayer-Assisted Thermal Nanoimprint Lithography (2011)
  • Author(s): K.Nagase, M.Kawashima, T.Ohtake, E.C.Kang, S.Kubo, M.Nakagawa
  • Organizer: 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference (EU PVSEC 2011)
  • Place of Presentation: ハンブルグ(ドイツ)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] 界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィにより作製される網目状透明導電樹脂基板 (2011)
  • Author(s): 久保祥一, 中川勝
  • Organizer: NGLワークショップ2011
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] 界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィにより得られる透明導電銀樹脂シート (2011)
  • Author(s): 永瀬康一, 久保祥一, 中川勝
  • Organizer: 東北大学多元物質科学研究所高分子・ハイブリッド材料研究センターシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-06-17
• [Presentation] Resolution Limit to Observe Nanoimprinted Patterns Using Fluorescent Molecules (2011)
  • Author(s): T.Tamioka, K.Kobayashi, S.Kubo, M.Nakagawa
  • Organizer: International Symposium on Integrated Molecular/Materials Engineering 2011
  • Place of Presentation: 北京(中国)
  • Year and Date: 2011-06-07
• [Presentation] Resist Pattern Inspection Using Fluorescent Dye-Doped Poly (styrene) Thin Films in Reactive-Monolayer-Assisted Thermal Nanoimprint Lithography (2010)
  • Author(s): S.Kubo, Y.Sato, M.Nakagawa
  • Organizer: The 23rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2010)
  • Place of Presentation: 福岡県小倉
  • Year and Date: 2010-11-11
• [Presentation] Reactive-Monolayer-Assisted Thermal Nanoimprint Lithography for Fine Metal Patterning (2010)
  • Author(s): S.Kubo, K.Nagase, M.Nakagawa
  • Organizer: The 9th International Conference on Nanoimprint and Nanoprint Technology (NNT2010)
  • Place of Presentation: デンマーク(コペンハーゲン)
  • Year and Date: 2010-10-14
• [Book] ナノインプリントの開発とデバイス応用第10章第1節「ナノインプリントパターン評価」 (2011)
  • Author(s): 久保祥一, 中川勝
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/nakagawa/results.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/nakagawa/results.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 金属膜パターン付き基体の製造方法,及びモールドの製造方法 (2011)
  • Inventor(s): 中川勝, 永瀬康一, 久保祥一
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東北大学
  • Industrial Property Number: 2011-207444
  • Filing Date: 2011-09-22
• [Patent(Industrial Property Rights)] ナノインプリント用複製モールド (2011)
  • Inventor(s): 中川勝, 工藤進平, 尹哲民, 永瀬康一, 久保祥一
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東北大学
  • Industrial Property Number: 2011-226695
  • Filing Date: 2011-10-14