2019 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Molecular Assembly Technique Towards Molecular Lithography

Research Project

Project/Area Number	17K05851
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	吉川佳広国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30373294)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	則包恭央国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (50425740)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	分子リソグラフィー / 走査型トンネル顕微鏡 / 二次元構造
Outline of Annual Research Achievements	本研究における究極の目標は、有機分子を基板上の大面積に無欠陥で集積化する手法を開発し、その規則的な集積化構造を用いてシングルナノスケールの分子リソグラフィー技術を創製することである。フォトリソグラフィーに代表されるトップダウン手法は、微細加工サイズの縮小化が限界に到達しつつある。そのために、加工サイズの限界を突破できる新しい技術の開発が期待されている。そこで本研究では、ボトムアップ手法の自己組織化によって有機分子を規則的に基板上に配列させ、分子をマスクとするリソグラフィー、すなわち分子リソグラフィー手法の基盤技術を確立することを目的としている。具体的には、(1)有機分子の規則的配列を獲得するため、外部刺激応答性分子を合成する。そして、基板上に規則的な配列構造を形成する。その後、 (2)外部刺激によって有機分子の一部を脱離・除去して、特定部位を残存させる。(3)さらに、基板加工のマスクとすべく有機分子の積層、あるいは金属錯体形成部位を導入した分子についても分子配列制御を行い、そのナノレベルの解析を行う。最終年度は、金属錯体形成が可能な分子における分子配列構造の作製、および外部刺激応答性分子の光応答による化学構造と形態変化の解析に注力した。外部に金属錯体形成部位を有するポルフィリン誘導体について、走査型トンネル顕微鏡（STM）を用いて二次元構造を解析した。金属錯体が形成されることで、金属イオンが直線的かつ密にパッキングした二次元構造が形成されることを見出した。また、前年度に溶液中での光応答性を明らかにした外部刺激応答性分子の薄膜を作製した。紫外線を照射することにより、薄膜においても分子の一部脱離が可能であり、光照射の前後で薄膜表面の形態が変化することを見出した。すなわち、光照射によって表面構造を変化させることができる膜構造の形成が可能となった。