| 研究課題/領域番号 |
18K05248
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| 研究機関 | 沼津工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
小村 元憲 沼津工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (90401512)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ブロックコポリマー / 自己組織化 / 液晶 / 自己ガイド法 / ラビング法 / 配向転移 / 高密度磁気記録媒体 |
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| 研究実績の概要 |
ボトムアップ式のナノ加工法の代表であるブロックコポリマー(BC)が形成するミクロ相分離ナノ構造の応用研究の中で，トップダウン式ナノ加工法によるガイドパターンを用いずに巨視的配列に成功した例はない．本研究では，液晶性BCの液晶性を2段階で利用することにより，巨視的に同一方向に配列した垂直配向ナノシリンダー(NC)配列体を作製し，構造微細化を施すことにより，安価で大量生産性に優れる超高密度の磁気記録媒体の作製へつなげる．具体的には，液晶性BCの特徴であるNCの垂直配向性を，表面封止法により一度消し，ラビング法による液晶配向に誘起された巨視的配列平行NC構造を得る．表面封止層を除去し再熱処理を施すことにより，液晶性BCの特徴を再発現させ，巨視的配列平行NC構造を自己ガイドとした巨視的配列垂直NC構造を得る．
平成30年度では「巨視的配列平行NCから巨視的配列垂直NCへの転移」として，①表面封止物質の探索，②BC膜の製膜条件の検討，③表面封止除去方法の検討，④ラビング条件の検討，⑤偏光照射による平行シリンダー構造の作成を行った．
①では分子量の異なる3種類のポリジメチルシロキサン(PDMS)において検討を行ったところ，全ての試料において表面封止効果が確認された．③の表面封止除去方法の検討とともに中程度の分子量のPDMSが最適であったとことがわかった．分子量の低い試料では末端の密度が相対的に増加するため，BC膜への入り込みが高くなり，除去性能が低いと考えられる．また，分子量の高い試料ではヘキサンへの溶解性が他よりも劣ると考えられる．④の検討ではラビング時間を従来の1/10まで低減させ，更に配向性が高い条件を見つけることができた．⑤では偏光照射によっても変更シリンダー構造を作製することに成功した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
交付申請書に記載した当初の研究実施計画では上記の①表面封止物質の探索，②BC膜の製膜条件の検討，③表面封止除去方法の検討までの内容を計画していた．当初計画については十分な検討がおこなえたと考える．それに加えて，平成31年度に計画していた④ラビング条件の検討を一部進めることができ，ラビング時間を低減させることができたことは，今後の研究を更に迅速に進めることに繋がり，本研究課題の進捗状況が進んでいると言える．更に，⑤偏光照射による平行シリンダー構造の作成については，本来想定していなかった内容である．波長420nmの半導体レーザーを用い，液晶当方相からスメクチックA相に降温させる過程で，偏光照射を施した．その際BC膜にラビング法時と同様に表面封止をおこなうことにより，平行シリンダー構造を得ることに成功した．偏光照射によりアゾベンゼンのWeigert効果が発揮され，偏光方向と垂直に液晶が並び，同方向に並ぶ性質のあるシリンダー構造も配向したと考えられる．また，偏光方向と垂直方向には2次元の自由度があるが，表面封止を施すことより，膜面外方向への配向を阻害し，面内方向に配向した平行配向シリンダー構造が得られたと考えられる．これまで考えていたラビング方法とは異なり，非接触での配向が可能という利点がある．ラビング法は液晶パネル作製にも用いられる方法で，大量生産性に富む．一方偏光照射法は，パターン露光が可能であり，任意の場所に，任意の面内方向への配向が可能となり，それぞれ相補的な役割を果たす．この結果からも研究の司直は良好であると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
●平成31年度 ２.巨視的配列垂直シリンダーの高配列化：垂直シリンダーの高配列化には自己ガイドとなる巨視的配列平行シリンダーの高配列化が必要である．①ラビング条件：ラビングローラーの回転速度と配向膜(ポリイミド膜)接触強度，ラビング回数．②ポリイミド膜条件：現状容易製膜の100nm膜厚を用いているが，ガラス基板表面処理により，10nm程度への薄膜化を施し，ラビング後のラフネスを減少させる．その際，柔軟性の高い(製膜性の良い)ポリイミド前駆体の合成を検討する．③偏光照射による平行配向シリンダーの高配列化：BC膜製膜条件及び，偏光照射条件の検討をおこなう．
●平成32年度以降 ３.磁性体への六方配列構造パターン転写：①親水性NCとそれを囲む疎水性の液晶マトリックスの化学的コントラストにより，親水性物質をNCドメインに選択的に導入または表面堆積できる(BCテンプレート法)．気相もしくは液相での導入・堆積を試みる．数nmサイズでも強磁性を示すCoPt，FePtへの転写をおこなう．②選択的導入・堆積法で十分な磁気記録性が得られない場合は，RIEによる磁性体層含有基板加工法を用いる．４.巨視的同一配列垂直シリンダーの高密度化：現在用いている液晶性BCでは記録密度は3Tbit/inch2(HDD容量:50TB)と算出される．液晶性BCの重合度(N)を小さくすることにより，ナノ構造サイズ及び間隔を小さくできる．しかし，Nが小さすぎると相分離が起こらず，ナノ構造が得られない．両ブロック間の反発力を上げ，相分離を起こすために，金属イオンなどを親水性ドメインに含有させ，見かけの反発力を向上させることにより構造微細化をはかる．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初予定していたラビング装置を本助成金で購入する必要がなくなり，平成30年度の成果から，平成31年度に偏光照射による平行シリンダー配向の検討の体制を整える予定としたため．
偏光照射用半導体レーザー及び光学素子一式・Collimated Laser Diode Module等(ソーラボジャパン社製)の購入を予定している．また，ブロックコポリマー合成用の試薬と原子間力顕微鏡用のタッピングカンチレバーが主な使用用途である．
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