2019 Fiscal Year Research-status Report

自己ガイド法によるナノ構造の巨視的配列化と15Tbit/inch2記録媒体の作製

Research Project

Project/Area Number	18K05248
Research Institution	Numazu National College of Technology
Principal Investigator	小村元憲沼津工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (90401512)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ミクロ相分離 / 巨視的配列化 / 液晶 / ラビング / 配向転移 / 偏光照射
Outline of Annual Research Achievements	ボトムアップ式のナノ加工法の代表であるブロックコポリマー(BC)が形成するミクロ相分離ナノ構造の応用研究の中で，トップダウン式ナノ加工法によるガイドパターンを用いずに巨視的配列に成功した例はない．本研究では，液晶性BCの液晶性を2段階で利用することにより，巨視的に同一方向に配列した垂直配向ナノシリンダー(NC)配列体を作製し，構造微細化を施すことにより，安価で大量生産性に優れる超高密度の磁気記録媒体の作製へつなげる．具体的には，液晶性BCの特徴であるNCの垂直配向性を，表面封止法により一度消し，ラビング法による液晶配向に誘起された巨視的配列平行NC構造を得る．表面封止層を除去し再熱処理を施すことにより，液晶性BCの特徴を再発現させ，巨視的配列平行NC構造を自己ガイドとした巨視的配列垂直NC構造を得る．令和元年度では①ラビング条件の検討，②表面封止除去法の検討，③偏光照射による平行シリンダー構造作製の検討をおこなった． ①のラビング条件については，ポリイミド前駆体のポリアミック酸の合成と塗布条件の検討を行い，ラビング効果を再現良く発現させる条件を見出した．②の表面封止除去法の検討では，攪拌熱ヘキサン法の条件検討，BC膜へのダメージ低減の検討を行い，表面封止層の全面除去に成功し，全面における垂直配向転移が確認された．③の偏光照射法による平行シリンダー作成条件の検討では，偏光照射強度，照射温度と配向性の関係を調べ，低エネルギー消費下での高配向平行シリンダーの作製に成功した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ①ラビング条件の検討について：令和元年度は，よりフレキシブルな構造を有するポリイミド膜を作成するための，前駆体であるポリアミック酸を合成した．合成体ポリアミック酸膜のスピンコート条件と膜厚の関係を調べ，基板との濡れ性を調査した．配向膜(ポリイミド膜)を変更したことから，ラビング装置でのラビング条件の最適化をおこなった．平成30年度同様，それ以前より，1/10程度短い時間でのラビングが可能であった．液晶配向評価には，令和元年度は偏光吸収スペクトルを用いることにより，秩序パラメータで評価する方法を取り入れた．ポリアミック酸製膜条件，ラビング条件の最適化の結果として，側鎖型液晶高分子としては十分に高い秩序パラメータの値を得ることができた． ②表面封止除去法について：平成30年度までの検討では，攪拌熱ヘキサン(熱し，攪拌しているヘキサン中にBC膜試料を含侵)の条件が弱いと基板のエッジ側に平行シリンダーが残存してしまい，強すぎるとBC膜が局所的(数百nm範囲)に破壊される現象が見られた．令和元年度ではBC膜厚の最適化と攪拌熱ヘキサンの条件検討により，膜欠損なく，試料全面に平行から垂直シリンダーへの転移が確認された． ③偏光照射法は平成30年度から令和元年度にかけて，当初は予期していなかった手法による一軸平行シリンダー構造作製法である．表面封止法と合わせることにより，偏光面に垂直，基板に平行の一軸平行シリンダー構造が得られる．本液晶性BCは120℃付近に液晶化相転移温度をもつ．その転移温度付近のみで光照射しても平行構造が得られず，垂直シリンダー構造となる．令和元年度では，本液晶の各相転移温度と光照射条件の検討をおこない，より短い時間の光照射条件を見つけることに成功した．
Strategy for Future Research Activity	●令和2年度　２.巨視的配列垂直シリンダーの高配列化とパターン化．これまでに要素的に得られている高配向化法を合わせ，巨視的配列垂直シリンダー構造の完成を目指す．垂直シリンダー構造を巨視的に評価するには，偏光顕微鏡や偏光UV-visスペクトル装置は使えないため，斜入射小角X線散乱法(GISAXS)を用いることにより，単結晶化したシリンダー構造の巨視的解析をおこなう．また，新たに偏光照射法が利用できることが分かったため，パターン照射を用いて，シリンダー配向を場所によって変える試みをおこなう．３.磁性体への六方配列構造パターン転写：①親水性NCとそれを囲む疎水性の液晶マトリックスの化学的コントラストにより，親水性物質をNCドメインに選択的に導入または表面堆積できる(BCテンプレート法)．気相もしくは液相での導入・堆積を試みる．数nmサイズでも強磁性を示すCoPt，FePtへの転写をおこなう． ●令和3年度以降　②選択的導入・堆積法で十分な磁気記録性が得られない場合は，RIEによる磁性体層含有基板加工法を用いる．４.巨視的同一配列垂直シリンダーの高密度化：現在用いている液晶性BCでは記録密度は3Tbit/inch2(HDD容量:50TB)と算出される．液晶性BCの重合度(N)を小さくすることにより，ナノ構造サイズ及び間隔を小さくできる．しかし，Nが小さすぎると相分離が起こらず，ナノ構造が得られない．両ブロック間の反発力を上げ，相分離を起こすために，金属イオンなどを親水性ドメインに含有させ，見かけの反発力を向上させることにより構造微細化をはかる．
Causes of Carryover	偏光照射実験において，ダイオードレーザーなどの安価な実験系で十分な配向挙動が示されたため，助成金の使用が抑えられた．また，実験消耗品についても，別予算で賄うことができた．本研究の目的の10Tbit/cm^2を目指すために，今後，小さな分子量のBCを合成するための実験系の構築を行い，研究を加速する予定である．