2019 Fiscal Year Research-status Report
原子ステップ型超平坦ポリマー基板上でのナノ構造構築とフレキシブル量子機能素子創製
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18K18995
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉本 護 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (20174998)
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2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノインプリント加工 / 原子ステップ / 超平坦ポリマー表面 / 量子機能性 / 酸化物薄膜 / ポリイミド / ナノ構造 / フレキシブル電子素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、独自開発の原子レベル熱ナノインプリントプロセスにより、高耐熱ポリイミド樹脂などのフレキシブル基板表面を、原子レベル（約0.3nm高）周期的ステップ構造を有する超平坦にした後に、原子ステップエッジでの選択的結晶成長などを利用して、ZnO、Ga2O3などの半導性酸化物や金などのナノワイヤー・ナノドット構造を直接ポリマー上に構築することで量子機能性を評価し,フレキシブル量子機能素子の創製をめざすものである。
本年度の研究において、鋳型として0.2～0.3nm高さの直線状原子ステップサファイア（単結晶アルミナ）基板や原子ステップ型CaF2単結晶基板を用いて、熱ナノインプリント装置により、真空下、ポリイミド樹脂や熱収縮性非晶質ポリマーの軟化温度付近（100℃～300℃）で、数MPa程度の加圧で、（加熱→型押し→離型）を経て原子レベルナノパターン転写を行った。その後、波長172nmの紫外光エキシマランプをポリマー表面に照射してオゾン表面活性化処理を行ってから、パルスレーザーアブレーション成膜（PLD）により、原子ステップポリマー基板上に、ZnO薄膜を堆積したところ、未処理のポリマー基板に比べて、ｃ軸配向結晶性の向上と電気伝導率の増加を見出した。これは、オゾン処理により超平坦原子ステップポリマー基板上にOH官能基が形成され、c軸配向性ZnOの結晶核がポリマー上OH基と特定方向にのみ結合することで均一なテラス面内結晶核形成が促進されたことにより、結晶性向上に伴う粒界散乱の低減と電子移動度向上が起因していると思われた。また、種々の熱収縮性ポリマーを使った原子レベルナノインプリント加工を施した後、面内ナノパターンがポスト熱処理によりナノスケールで収縮することを確認することができた。これらの結果から、膜厚数nmレベルの高結晶性ZnO超薄膜の作製とその量子機能発現の可能性が期待される。
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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
研究途中で、ナノインプリント加工装置の故障があり、当初の見込みよりも研究成果が出ないのではと危惧されたが、実験遂行の工夫を重ね、効率的な研究遂行を実施した結果、種々の興味ある研究結果とおおむね期待通りの成果を挙げることができている。従って、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
*2019年度に得られた成果をベースにして、ポリマー基板上での紫外エキシマランプ照射による物理化学表面修飾を行い、さらに成膜パラメーターや結晶化条件の最適化を図り、原子ステップポリマー基板上でのZnOなどの高結晶性半導性酸化物薄膜のナノ構造（超薄膜、ナノ細線、ナノドットなど）の構築を系統的に行って、それらの光や電気特性における量子機能の評価を精力的に遂行する。
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| Causes of Carryover |
（理由）研究自体はほぼ順調に進展しているが、実験に使用する消耗品等の購入が、想定以下に推移したために、次年度使用額が生じた。
（使用計画）2020年度では、想定以上のより多くの成果を達成すべく、実験遂行をより加速して研究を進めることで、研究費目毎の使用を適切に実行するとともに、研究成果を国際的によりアピールすべく、種々の国際会議に精力的に参加する予定である。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Tuning of structural, optical band gap, and electrical properties of room-temperature-grown epitaxial thin films through the Fe2O3:NiO ratio2019
Author(s)
Okkyun Seo, Akhil Tayal, Jaemyung Kim, Chulho Song, Yanna Chen, Satoshi Hiroi, Yoshio Katsuya, Toshiaki Ina, Osami Sakata, Yuki Ikeya, Shiori Takano, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9
Pages: 4309-1,4309-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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