走査型プローブ顕微鏡を用いた架橋性高分子LB膜のナノパターニング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750756
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 青木 純 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (50250709)
• Keywords: ラングミュア-ブロジェット膜 / 電子線描画 / 走査型プローブ顕微鏡

Research Abstract

本研究では種々の架橋法(光、電子線、走査型トンネル電流)を用いて架橋性高分子LB膜のナノパターニングおよびその反応機構の解明を試みた.架橋性高分子LB膜の作製は良好なLB膜形成能を持つN-ドデシルアクリルアミド(DDA)と側鎖末端に架橋基としてアクリロイル基を持ったN-アルキル-4-ビニルピリジニウムとの共重合体を水面上に展開後、累積して行った.
1.光照射法では、LB法を利用した架橋基の高配列のため2分子層の膜厚(4nm)でのパターニングに成功したことを走査型プローブ顕微鏡で観測した。また、その光架橋反応機構を検討するため架橋性高分子LB膜と非架橋性高分子LB膜との2層ずつの交互へテロ積層LB膜が作製された。その結果、LB膜の疎水界面での膜間架橋及び膜面内架橋であり、LB膜の不溶化のためには膜面内架橋より膜間架橋が重要であることを明らかにした.
2.電子線描画法では、従来の電子線用レジスト膜の感度(50μC/cm^2)に比べて極めて高感度な値0.18μC/cm^2が得られた。これはアクリロイル基が低エネルギーで励起され、架橋反応が高効率で起こるためと思われる.しかしながら、本架橋性LB膜は極めて高感度なため膜内や基板で起こる電子散乱に基づく二次的電子線でも架橋反応が起こり、厚膜では電子線の幅に比べパターン幅が太くなることが分かった。この問題はLB膜では分子レベルの超薄膜が可能であることから、薄膜化で電子散乱効果を解決でき、10層のLB膜で200nm幅のライン&スペースが作製できた.
3.インピーダンス法によりLB膜の等価回路をモデル化し、誘電特性を明らかにした。その結果、膜容量は累積層数に逆比例していることから膜容量は直列回路で表せることが分かった。また、ポリDDALB膜では膜抵抗が無限大となり、イオンが通過できるほどの膜欠陥は存在しないことが分かった。

Research Products

• [Publications] Atsushi Aoki: "Impedance Analysis of Redox Polymer Langmuir-Blodgett Films"Colloids and Surfaces A. (in press).
• [Publications] Atsushi Aoki: "Impedance Analysis of the Electron Transfer Process in the Redox Polymer Langmuir-Blodgett Films"Colloids and Surfaces A. (in press).
• [Publications] 青木純: "両親媒性レドックス高分子を用いた高秩序組織体の光・電気化学機能"油化学. 49. 1217-1223 (2000)
• [Publications] Tokuji Miyashita: "Photoinduced Electron Transfer Processes in Polymer Langmuir-Blodgett Films"Colloids and Surfaces A. (in press).