セラミック機能素子のバイオミメティック合成・形態制御

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450350
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 河本 邦仁 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30133094)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 増田 佳丈 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20324460) ; 米澤 徹 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90284538)
• Keywords: 自己組織膜 / サイト選択析出 / 薄膜 / マイクロパターニング / 二酸化チタン / 酸化亜鉛 / ハイドロキシアパタイト / 酸化ジルコニウム

Research Abstract

メチル基/シラノール基にパターン化した自己組織膜(OTS-SAM)をN2雰囲気下でTDD溶液に浸漬することにより、シラノール基上にのみ選択的にアモルファスTiO2薄膜を析出させることに成功した。このパターン解像度はおよそ2.1%であり、液相析出法における値(約28.0%)およびデバイス作製の基準値(5%)を下回るものであった。また、大気中での加熱により400℃でアナターゼ相に、1000℃でルチル相に相転移し、この際パターン精度に大きな変化はなく、高い解像度を持ったアナターゼ型TiO2のマイクロパターンが作製できた。析出したアモルファス膜の誘電特性を評価したところ、誘電体薄膜に典型なC-V特性を示した。また、I-V特性から見積もられたリーク電流は1.3×10-7 A/cm2(at 1V)と低い値であった。これらの特性は、この薄膜のMOS-FETゲート酸化膜への適用の可能性を示している。一方、TDD溶液とパターン化OTS-SAMを窒素雰囲気下、90℃で2時間保持することにより、TDD分子を気相を介して基板上へと運び、シラノール基上へのアモルファスTiO2薄膜の選択析出を実現した。この薄膜もまた、加熱処理により400℃でアナターゼ相に、1000℃でルチル相に、相転移し、その際の解像度の劣化は見られなかった。さらに、フェニル基/シラノール基にパターン化したSAM上のフェニル基上に酸化亜鉛の析出を促進する触媒金属粒子を吸着させ、これをテンプレートとして酸化亜鉛のサイト選択析出を水溶液中で実現した。また、この酸化亜鉛の発光特性も確認している。また、アミノ基/シラノール基にパターン化したSAMを用いて、水溶液中で均一核生成により作製したハイドロキシアパタイト粒子を、静電相互作用によりアミノ基上に選択吸着させることにも成功した。その後、過飽和度の低い溶液中で結晶成長させることによりハイドロキシアパタイト薄膜のパターンを作製した。

Research Products

• [Publications] Y.Masuda, T.Sugiyama, H.Lin, W.S.Seo, K.Koumoto: "Selective deposition and micropatterning of titanium dioxide thin film on self-assembled monolayers"Thin Solid Films. 382. 153-157 (2001)
• [Publications] Y.Masuda, W.S.Seo, K.Koumoto: "Selective Deposition and Micropatterning of Titanium Dioxide on Self-Assembled Monolayers from Gas Phase"Langmuir. 17・16. 4876-4880 (2001)
• [Publications] Y.Masuda, Y.Jinbo, T.Yonezawa, K.Koumoto: "Templated site-selective deposition of titanium dioxide on self-assembled monolayers"Chemistry of Materials. (印刷中).
• [Publications] Y.Masuda, D.J.Wang, W.S.Seo, K.Koumoto: "Fabrication of Micropatterned Dielectric Thin Films on Self-Assembled Monolayers"Key Engineering Materials. 214. 157-162 (2002)
• [Publications] D.J.Wang, Y.Masuda, W.S.Seo, K.Koumoto: "Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) Devices Composed of Biomimetically Synthesized TiO2 Dielectric Thin Films"Key Engineering Materials. 214. 163-170 (2002)
• [Publications] 増田佳丈, 河本邦仁: "生物に学ぶセラミックスの低温合成法"化学と教育. 48・9. 556-559 (2000)
• [Publications] 増田佳丈, 河本邦仁: "自己組織膜テンプレート型パターニング"セラミックデータブック. 28・82. 47-49 (2000)
• [Publications] N.Saito, H.Haneda, W.S.Seo, K.Koumoto: "Selective Deposition of ZnF(OH)on Self-Assembled Monolayers in Zn-NH4F Aqueous Solutions for Micropatterning of Zinc Oxide"Langmuir. 17・5. 1461-1469 (2001)
• [Publications] N.Saito, H.Haneda, W.S.Seo, K.Koumoto: "Selective Deposition of ZnO through Electroless Deposition Process on Self-Assembled Monolayers"Key Engineering Materials. 214. 203-208 (2002)
• [Publications] N.Saito, H.Haneda, T.Sekiguchi, N.Ohashi, I.Sakaguchi, K.Koumoto: "Low temperature Fabrication of Light-Emitting Zinc Oxide Micropatterns Using Self-Assembled Monolayers"Advanced Materials. 14・6. 418-421 (2002)
• [Publications] P.X.Zhu, M.Ishikawa, W.S.Seo, A.Hozumi, Y.Yokogawa, K.Koumoto: "Nucleation and Growth of Hydroxyapatite on Amino Organosilane Overlayer"Journal of Biomedical Materials Research. 59・2. 294-304 (2002)
• [Publications] P.X.Zhu, Y.Masuda, K.Koumoto: "Site-Selective Adhesion of Hydroxyapatite microparticles on the charged surfaces"Journal of Colloid and Interface Science. 342・1. 31-36 (2001)
• [Publications] P.X.Zhu, Y.Masuda, K.Koumoto: "A novel Approach to Fabricate Hydroxyapatite Coating on Ti substrates in an aqueous solution"Journal of the Ceramic Society of Japan. 109・8. 676-680 (2001)
• [Publications] 諸培新, 河本邦仁: "表面修飾法によるアパタイトの人工誘導合成技術-バイオミネラリゼーションからの啓示と挑戦"無機マテリアル学会. 7. 540-544 (2000)
• [Publications] Y.Gao, Y.Masuda, T.Yonezawa, K.Koumoto: "Site-Selective Deposition and Micropatterning of Zirconia Thin Films on Templates of Self-assembled Monolayers"Journal of the Ceramic Society of Japan. 110(印刷中). (2002)