Fabrication of nanoholes in the ceramic substrates by reactive solid-state dewetting of metal thin films

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04895
• Research Institution: Konan University
• Principal Investigator: 内藤 宗幸 甲南大学, 理工学部, 教授 (10397721)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ナノポア

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの研究により、ナノポア長やナノポア径についてのサイズ制御が可能となった。本年度は、ナノポア形成過程についてより詳細な調査を行った。なお、昨年度と同様、熱酸化シリコン膜上に鉄、コバルト、ニッケルのナノ粒子を作製し、試料とした。熱処理により金属ナノ粒子は熱酸化シリコン膜内部へと沈降し、それに伴い金属ナノ粒子上部にはナノポアが形成されるが、熱処理時間の増大によってナノポア形成が停止することが明らかとなった。コバルトの場合、ナノ粒子が熱処理により蒸発し、消失することでナノポア形成が停止するのに対し、鉄ナノ粒子ではナノポア形成停止後もナノ粒子が熱酸化シリコン膜内に残存していることが確認された。鉄ナノ粒子ではナノ粒子分散過程において粒子表面に形成される酸化物層がナノポア形成停止に寄与することが示唆された。
また、本年度は熱酸化シリコン膜に加えて、基板として単結晶SiO2を用いた実験を行った。その結果、熱酸化シリコン膜の場合と同様、熱処理に伴い金属ナノ粒子は基板内部へと沈降していくことが明らかとなった。その際、金属ナノ粒子は単結晶基板の特定の結晶面と界面を形成しながら、基板内部へと沈降していくことが確認された。熱処理を継続することで金属ナノ粒子は消失し、基板表面には錐体状などのナノホールが形成されることが分かった。さらに、形成されるナノホールの形態についての基板方位依存性についても調査を行い、使用する基板表面の面方位によって形成されるナノホールの形状に差異が見られることを確認した。