2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノインプリント加工 / ワイドギャップ半導体 / 超平坦ポリマー表面 / 単結晶薄膜 / 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 |
本科研費研究では、ポリマー材料を対象とする独自に開発した原子スケール熱ナノインプリント加工法により、高透明シクロオレフィン（COP）ポリマー樹脂や高耐熱ポリイミド樹脂などのフレキシブルポリマー基板表面を、原子レベル周期的構造を有する超平坦にした後に、原子ステップエッジなど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ハイドロキシアパタイト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は、長引くコロナ災禍のために実験不能期間も多少あったが、ほぼ全期間、実験遂行できた。成形鋳型として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、熱収縮性非晶質ポリマーの軟化温度付近で、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、真空紫外光照射後にパルスレーザーアブレーション（PLD)低温成膜により、ポリマー基板上に、非晶質Al2O3極薄膜を耐熱バッファー層として堆積し、さらにZnOーC軸配向膜及び非晶質Ga2O3薄膜を堆積した後、室温で紫外エキシマレーザー光照射アニーリングを行って固相結晶化を試みたところ、ワイドギャップ結晶性Ga2O3薄膜を得ることができた。この室温レーザーアニーリング固相結晶化現象は科学的にも工学的にも有益であることがわかった。これらの結果から、今後の研究展開により、ポリマー基板上でのワイドギャップ酸化物薄膜の量子機能発現が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年春からの新型コロナウイルス感染症の拡大による研究停止期間が半年以上にわたり、2020年秋頃からようやく研究再開になった。2021年度はほぼ全期間にわたり研究実施できたが、国際学会での研究発表や研究仲間との情報交換が制約されたり、膜厚測定などの実験遂行に必須の装置の故障修理が、世界的な半導体部品の逼迫により半年以上延期されたりとして、なかなかスムーズな研究遂行が難しかったので、研究進捗は当初計画よりはやや遅れていると思われる。ただその中でも、興味ある研究成果をいくつか挙げることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に得られた研究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や、種々の酸化物緩衝層を使った高性能半導体酸化物薄膜の合成実験を行い、さらに成膜パラメーターや結晶化条件の最適化を図り、原子レベルパターン化ポリマー基板上でのZnO、Ga2O3などの高結晶性半導性酸化膜構造（超薄膜、ナノ細線、ナノドットなど）の構築を行って、光・電気特性における量子機能の発現評価を精力的に遂行する。
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| Causes of Carryover |
（理由）2020年春からの新型コロナ感染拡大による出校停止等処置のため、研究停止期間が半年近くにわたり続いたが、2021年はほぼ実験遂行することができた。ただ、世界的な半導体部品不足により、測定装置等の修理が大幅に遅延したり、実験に使用する消耗品等の購入量が想定以下に推移したことで、次年度使用額が生じた。
（使用計画）2022年度では、想定以上の多くの研究成果を達成すべく、実験遂行をより加速して、研究費使用を適切に実行するとともに、研究成果を、オンラインではなく、対面発表でアピールすべく、海外開催の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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[Presentation] Nano-Scale Growth Study of Calcium Phosphate Thin Films on the Nanopatterned and Chemically-Modified Polymer Sheets for Flexible Apatite-Based Biodevices2021
Author(s)
Naho Kaneko, Yuto Maeda, Tomoaki Oga, Kazuki Watanabe, Kenta Kaneko, Tomohiro Hayashi, Evan Angelo Mondarte, Satoru Kaneko, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
Organizer
2021 MRS Spring/Fall Meeting (USA, online)
Int'l Joint Research
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