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本研究では、熱交換効率を飛躍的に向上させDNAの反応・分離の高効率・高能率化を実現するために、物質中で最も熱伝導率の高いダイヤモンドを材料とした(1)PCR用マイクロリアクターおよび(2)マイクロCEチップの開発のための基礎的研究として、上記デバイスを作製するために必要となるダイヤモンド薄膜のマイクロマシニング技術を開発した。得られた成果は以下のとおりである。
(1)ダイヤモンド薄膜の微細パターン形成技術
基板の欠陥密度を制御する選択成長法によって、ダイヤモンド薄膜のパターニング技術を確立した。本方法によって、5〜10μmのライン&スペースをもつダイヤモンドの微細パターニングを実現した。また、O_2ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)による微細パターニング技術を確立した。SiO_2薄膜をマスクとして用いることで選択比25程度、エッチング速度25nm/minが得られた。
(2)ダイヤモンド薄膜の表面マイクロマシニング
上記(1)のパターニング技術と犠牲層エッチングを用いることによって、基板から分離した構造体を作製する技術を確立した。犠牲層としては、SiO_2、Ta薄膜が利用できることを明らかにした。
(3)3次元微細構造体形成技術
異方性エッチングによって形成したSi基板のモールド上にダイヤモンド薄膜を成膜し、最終的にモールドをエッチング除去することによって、ダイヤモンド製マイクロリアクターの形成技術を確立した。
(4)ダイヤモンド薄膜の接合技術
Al薄膜を中間層に用いることによってダイヤモンド薄膜とガラス(Pyrex7740)との陽極接合技術を確立した。Ti薄膜をダイヤモンド薄膜とAl薄膜の密着層として用いることによって1〜2MPaの接合強度が得られることを明らかにした。
(5)半導体ダイヤモンド薄膜
マイクロヒーターおよびマイクロ温度センサとして利用するための半導体ダイヤモンド薄膜の合成条件(熱フィラメントCVD法)を確立した。得られた薄膜の低効率は1.0×10^3Ωcmであった。
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