2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on the origin of nanowire growth utilizing on-terrace graphoepitaxy method
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21K04144
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
廣芝 伸哉 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (40635190)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊代 良太郎 東北大学, 材料科学高等研究所, 特任准教授 (00396417)
良知 健 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 機械・材料技術部, 主任研究員 (70521037)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 有機グラフォエピタキシ / 有機半導体 / ナノワイヤ / リソグラフィ技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度はまず，真空蒸着装置を使用し，酸化膜付きシリコン（SiO2/Si）基板上にジナフトチエノチオフェン(DNTT)の分子薄膜を原子間力顕微鏡（AFM）観測，out-of-plane x-ray diffractin(XRD)およびIn-plane XRD解析により，各種蒸着条件での表面モルフォロジ，分子の配向，結晶構造を調査した．
室温でDNTTを成膜すると，蒸着速度の条件によって，edge-on配向だけでなく基板表面のFace-on配向に配列したDNTTが観測された．また，蒸着速度，温度にかかわらず7ML以下の膜厚が薄い条件では，out-of-plane XRDの解析結果から見積もられたC軸長が16.44nmとバルクのDNTT結晶構造と比べて大きい値が観測された．このような薄い膜厚でのDNTT薄膜の配向についてはいまだに解明されていない点も多いが，本研究で用いている蒸着手法で丁寧に蒸着条件を調査した結果，明らかとなった．膜厚がバルクの値と比べて大きく観測されることは，すでにShioyaらの報告で示唆されており，その結果と矛盾がない．その詳細な構造の解明については今後の課題となっている．
また，SiO2/Si基板上に電子線（EB）描画による500, 250および100nm幅のラインアンドスペース（L&S）パターンを描画し，反応性イオンエッチング（RIE）により凹凸形状L&Sパターンを形成した．このL&Sパターン上にDNTTの分子薄膜を成膜し，表面モルフォロジを観察した結果，期待していた異方的なナノワイヤ成長は観測できなかったが，有機グラフォエピタキシに特徴的な表面モルフォロジ形状がみられた．
これらの結果は，電気学会エマージングフレキシブルデバイス材料技術調査専門委員会 第4回研究会で概要を報告し，内容をまとめた論文は現在投稿準備中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
採択当初に研究代表者の所属の異動があり，昨今の半導体不足に伴う真空部品の納期延期などイレギュラーな要素はあったものの，導入予定であった蒸着チャンバーへのLLチャンバーなどは当初予定よりかなりずれ込んだが2021年度内に導入された．また，有機半導体の薄膜成膜実験と，ナノ凸凹基板上への実験などについては，当初より時間はかかるもののLLチャンバーがなしでも実験遂行は可能であり初年度の計画については，おおむね計画通りの実験を推進した．また，現所属の共通設備が充実しており，当初想定していたよりもスムーズに実験データの収集が可能であった．加えて，半導体不足等による影響はあったもののを年度内に導入されたLLチャンバーを用いることで，次年度以降の実験の加速が可能となったので，組織異動，昨今の情勢等にもかかわらず計画に支障はきたしていない．また，次年度以降実施を予定していた，分子動力学（MD）シミュレーション（LAMMPS）等を援用したモデル計算については，納期等の問題で実験が進まない状況を利用してPC等を整備し，解析できる体制を構築できたことは特筆に値する．このように，DNTT系の薄膜成長において，当初予想していたよりも多様なデータが得られ，MD計算環境の構築なども想定以上に進展した．以上により，当初の計画以上に研究が進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は，p-typeの有機半導体，DNTTの成膜条件を探索したうえで，EB描画，RIEにより作製された凹凸形状L&Sパターンを形成した表面上にDNTTの分子薄膜を成膜し，表面モルフォロジを観察した．その結果，期待していた異方的なナノワイヤ成長は観測できなかったが，有機グラフォエピタキシに特徴的な表面モルフォロジ形状がみられた．
2022年度は，DNTTのナノワイヤ成長を探索しつつ，有機グラフォエピタキシ膜をデバイス化し，電界効果が他トランジスタ（FET）特性を評価する．その物性を通常の薄膜と比較し，配向，結晶性などと系統的理解を深める．また，n-typeの有機半導体（PTCDI-C8,およびDFH-4T）の成膜条件を探索し，凹凸形状L&Sパターン表面上への成膜と表面モルフォロジの関係を明らかにする予定である．
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| Causes of Carryover |
当初執行予定であった，2021年度の学会参加等の旅費を計上していたが，国内学会が新型コロナウイルスの影響が長引いたため，オンライン開催となりほとんどの学会については旅費が必要なくなった．次年度の旅費として使用予定である．
また，独立基盤形成支援（試行）の採択を受けて，プレシジョン・ソース／メジャー・ユニット（アダプタ付） B2902Bの価格改定があり差額が生じた．これは，次年度，B2902の測定オプション部品等を消耗品として使用予定である．
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