| 研究課題/領域番号 |
16K17494
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
鹿又 健作 山形大学, 有機材料システム研究推進本部, 助教 (60771243)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 室温原子原子層堆積 / 多重内部反射型赤外吸収分光 / 加湿アルゴンプラズマ / X線光電子分光法 / タンパク質 / 生体模擬材料 |
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| 研究実績の概要 |
生体模擬材料としてポリエステル、脂質二分子膜、フェリチンを検討し、生体模擬材料表面での有機金属プリカーサーの吸着と酸化反応過程のその観察を行うために、評価システムを整備した。はじめに本研究において実績のある酸化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機材料を多重内部反射型赤外吸収分光用のSiプリズム基板上に本研究の室温原子層堆積法を用いて堆積させ、無機酸化物の表面を形成した。この無機酸化物の違いによる、表面への有機金属プリカーサーの吸着と酸化過程の差違を精密にその場観察を行った。有機金属プリカーサーとして酸化シリコンはトリスジメチルアミノシラン(TDMAS)、酸化アルミニウムはトリメチルアルミニウム(TMA)を用いた。この結果、酸化シリコン上でのTDMASの吸着と酸化アルミニウム上でのTDMASの吸着、酸化アルミニウム上でのTMAの吸着と酸化シリコン上でのTMAの吸着にそれぞれ違いが観察された。また、その際に2種類の酸化物表面と2種類の有機金属プリカーサーにおける計4つの表面被覆率と有機金属プリカーサーの照射量の関係式が得られた。この関係式は被覆率を制御し、複合酸化物を製膜する際に重要となる。この結果より、整備を行ったその場観察装置は生体材料表面でのALD反応を観察するために、十分な性能を有していると考えられる。今後プリズムとして加工されたSi基板に上記の生体模擬材料を担持させ生体模擬材料表面上での有機金属ガスの吸着と酸化機構を評価したいと考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前述の生体模擬材料塗布Si基板上の酸化膜原子層堆積のその場観察装置の整備と並行して、ポリエステル、脂質二分子膜、フェリチン以外の生体模擬材料の検討を行った。ここではメタクリル酸メチル、スチレン、ポリヒドロキシスチレン、トリメチルシロキシシリルスチレンをアルミニウムの基板上にスピンコートを用いて塗布し、アニールを行い、膜を形成した。この生体模擬材料の膜上に本研究の室温原子層堆積を用いて酸化シリコンを堆積し、上記にあげる生体模擬材料の違いによって、酸化シリコンの製膜に差違が見られるか検討を行った。このとき原料ガスにトリスジメチルアミノシラン、酸化ガスに加湿アルゴンプラズマを用いた。室温原子層堆積のサイクル数を5、10、30、50と変化させ、Ｘ線光電子分光法を用いて生体模擬材料の膜上に製膜した酸化シリコンのSi2pのピーク強度を測定した。この結果より、上記の生体模擬材料の違いによってSiピークの強度が異なっていることを見出した。このことから生体模擬材料の表面状態の違いによって有機金属プリカーサーであるトリスジメチルアミノシランの吸着と酸化の状態が異なることが推測された。今後、前述のその場観察装置を用いて、生体模擬材料表面上での有機金属プリカーサーの吸着と酸化過程を精密に調査したいと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
（1）生体模擬材料表面上での有機金属ガスの吸着・酸化機構の評価
生体模擬材料表面にTiO2のプリカーサーであるテトラキスジメチルアミノチタニウムとFe2O3のプリカーサーであるアイロンブトキシドを表面吸着させ、多重内部反射型赤外吸収分光を活用し、表面被覆率を計測する。有機金属プリカーサーは、酸化物上ではラングミュア吸着機構をとるが、生体模擬材料表面上での過程がよくわかっていないのが現状である。ここでは、被覆率と照射量の関係から、飽和吸着かどうかを判断し、反応速度定数を抽出し、これをもとにALDのプロセス条件を抽出する。
（2）微粒子ALD用大気圧プラズマの基礎試験
微粒子用のALD装置において、製膜雰囲気が大気圧であることから、使用するプラズマ源も大気圧とする必要がある。このため、誘電体バリア放電型の大気圧プラズマ源を活用し、本研究において要となる加湿アルゴンプラズマガスを大気圧下において発生させ、微粒子の表面の酸化特性を上述のその場観察装置で評価する。
（3）微粒子原子層堆積装置の試作
微粒子型ALD装置を構築し、タンパク質微粒子上においえてTiO2とFe2O3の膜厚を原子層レベルで制御した微粒子の自在粒径制御に挑戦する。また、粒径とサイクル数の関係から表皮膜厚が制御できるかを明らかにする。さらに、残留N、Cの濃度を評価し、不純物低減のためのプロセス調整を行う。
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