2018 Fiscal Year Annual Research Report
レーザー誘起転写法による二次元ナノ構造の形態・組織制御と高密度ナノデバイス応用
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17H03423
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 貴宏 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (50400429)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レーザー誘起前方転写法 / パルスレーザー / レーザープロセス / 金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，レーザー誘起転写法 (Laser-Induced Foward Transfer，LIFT) を用いて二次元ナノ構造の形態および組織制御と高密度ナノデバイスへの応用を目的としている．通常のLIFTはガウスビームを薄膜物質に照射することでレーザー照射部を転写することが一般的であるが，LIFTにより二次元構造体の形状を維持したままを対向する基板上に転写形成するためには，対象とする構造体のサイズに寄らない横断面強度分布が均一なフラットトップビームの形成と，パルスレーザー光のエネルギーを吸収し，構造体転写のための駆動力を生じる光吸収層の導入が重要である．
これまでの研究ではレーザービームホモジナイザを導入することでフェムト秒パルスレーザーのガウスビームを四角形状のフラットトップビームに変換することに成功した．ガウスビームとフラットトップビームを100 nm以下の金属クロム薄膜に対して照射した場合，ガウスビームを用いた場合には，そのビーム強度分布を反映して中心の厚さが薄い転写構造体が形成されたが，フラットトップビームを用いることで，膜厚が均一な転写構造体の形成に成功した．
また，光吸収層はレーザー光の波長領域に吸収を示す色素を含有した光硬化性樹脂薄膜を用いた．光吸収層を導入することで，転写のためのレーザーエネルギー閾値の低減に効果的であることを示した．また，照射レーザービームの形状を反映した転写物の形成に成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
LIFTによる二次元構造体の形成のための要素技術については確立しつつある．転写物の形態が，レーザービームの横断面強度分布を反映するため，横断面強度分布が均一であればあるほどよく，構造体転写のためのエネルギー閾値と横断面強度分布の揺らぎについてより詳細に検討する必要がある．色素含有光硬化性樹脂薄膜を光吸収層とすることで，二事件構造体の転写に効果があることが示されたが，転写構造上に樹脂が残渣として堆積することが明らかとなり，転写後の除去プロセスが必要であることが明らかとなった．光吸収層については残渣の生じない膜厚などの条件を検討する必要があると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
レーザービームの横断面強度分布の均一化のためには，レーザービームホモジナイザに入射するレーザービームを理想的なガウスビームとすることで改善できることが示されている．ミラーやレンズなどの光学系の選定や，精緻な光学アライメントを行うことで改善を目指す．また，光吸収層については現在用いている光硬化性樹脂薄膜の無機化処理を行うことで，光吸収層の特徴を損なうことなく転写の際の残渣の発生を低減することを試みる．
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