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2011 年度 実施状況報告書

アルミニウムナノインプリント法によるダイヤモンドエミッタの開発

研究課題

研究課題/領域番号 23560144
研究機関舞鶴工業高等専門学校

研究代表者

清原 修二  舞鶴工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (40299326)

研究分担者 石川 一平  舞鶴工業高等専門学校, 電子制御工学科, 講師 (10511735)
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワードナノインプリント / ダイヤモンド / モールド / 酸素イオン / 電子ビームリソグラフィ
研究概要

アルミニウムの最適蒸着条件の検討・・・酸素イオンシャワー加工のマスクとなるAlをSi基板上に50~500 nmの膜厚で真空蒸着し, AFMで表面粗さを測定した。膜厚100 nmまでは平均表面粗さ4 nm以下であり蒸着前のSi基板と同程度の粗さであるが膜厚300 nm付近になると粗さが目立ち,逆に膜厚400 nm付近からは平滑化した。Alのエッチング耐性と作製するダイヤモンドエミッタの高さを考慮すれば,最適な膜厚は表面粗れの少ない100 nm以下の範囲と考えられる。アルミニウム膜の酸素イオンシャワーエッチング耐性・・・Si基板にアルミニウム膜を100 nm蒸着し,その試料の半分をマスクして,イオンエネルギー100,200,300,400,500 eVで加工を行った。その結果,ダイヤモンドライクカーボン(DLC)に対して,ポリシロキサンの約6倍の30倍の選択比を得ることができ,高いエッチング耐性があることがわかった。卓上型ステッピングモータ駆動インプリントシステムの開発・・・軟金属のアルミニウムにもインプリントが可能と思われる,ステッピングモータを駆動力としたコンパクトインプリントシステムの開発を行った。また,圧力インジケータの出力値からインプリント圧力を制御することにより,インプリント圧力を一定に保持することが可能である全自動インプリントシステムを開発した。アルミニウムの最適インプリント条件の検討・・・ダイレクトナノインプリント法を用いてアルミニウム膜上に最大圧力(1.3 MPa)で直径3 µmの円柱モールドのパターンをインプリントしたが,転写できなかった。そこで,アルミニウム膜を蒸着した基板を160℃に加熱し,軟化させてからインプリントを行った。熱プロセスを加えた場合,パターンの転写が確認され,約60 nmのインプリント深さが得られた。

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

アルミニウムの最適蒸着条件の検討およびアルミニウム膜の酸素イオンシャワーエッチング耐性については,目標通りに成果が得られている。 卓上型ステッピングモータ駆動インプリントシステムの試作において,インプリント圧力をインジケータからパソコンに取り込むことで信号をコントローラに信号を送り圧力を一定にするプログラムをMicrosoft Visual C++ により作成した。圧力値をタイマーと同期させ,0.01秒間隔で取り込むようにしているが,情報量,処理量が増えるため,タイマーが遅れてしまい,同期している圧力値は、インジケータに表示されている値と操作画面上に表示されている値にタイムラグが生じている。そのため,目標とする圧力での制御が困難となっており,プログラムの改良が必要となっている。 アルミニウムの最適インプリント条件の検討において,ダイレクトナノインプリント法を試みたが,室温でAlにインプリントすることができないことがわかった。そこで,加熱せずに室温で行える新たなプロセスを開発し,これを用いてフラットパネルディスプレイ用ダイヤモンドエミッタの作製を目指す。

今後の研究の推進方策

新たなダイヤモンドのナノ加工プロセスとして,室温硬化 (Room-temperature Curing:RTC) -NIL-リフトオフ法を提案した。Alは酸素イオンシャワーに対するエッチング耐性が大きく,極めて高い選択比 (ダイヤモンドとAlの加工速度の比) を得ることができた。そこで,本研究ではRTC-NIL-リフトオフ法によるAlマスクパターンの形成を行い,ダイヤモンドナノエミッタの開発を行う。 RTC-NIL-リフトオフ法によるダイヤモンドナノエミッタの作製プロセスを以下に示す。室温で徐々に硬化するポリシロキサン [HSG-R7-13,日立化成工業 (株)] を基板上に滴下しスピンコートを行い,インプリントを行う。ダイヤモンドモールドには,本研究で開発した高さ500 nmで直径が5 µmの円柱ドットパターンを用いる。その後Alを真空蒸着し,アセトンでポリシロキサンを取り除いた後,Alマスクパターンを金属顕微鏡 [DM2500M,(株) ライカマイクロシステムズ] で観察する。高さ100 nmの直径5 μmの円柱Alドットマスクパターンが得られ,この試料をECR酸素イオンシャワー装置 [EIS-200ER,(株) エリオニクス] で加工を行い,ダイヤモンドナノエミッタを作製する。

次年度の研究費の使用計画

新たなインプリント材料であるPDMSの硬度を測定するためのスタンドおよびダイヤモンド薄膜とガラス状炭素を購入する。また、旅費の大半は2012 MRS Fall Meetingで発表するために使用することを計画している。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Fabrication of Diamond Nanopit arrays by Room-temperature Curing Nanoimprint Lithography Using Glass-like Carbon Molds2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kiyohara, C. Ito, I. Ishikawa, H. Takikawa, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata and Y. Kurashima
    • 雑誌名

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      巻: Vol.1395 ページ: 27-32

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro-Organic Light-Emitting Devices Fabricated by Room-Temperature Curing Nanoimprint Lithography Using Diamond Molds2012

    • 著者名/発表者名
      I. Ishikawa, T. Okuno, S. Kiyohara, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata and Y. Kurashima
    • 雑誌名

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      巻: 1395 ページ: pp.33-38.

    • DOI

      10.1557/opl.2012.10

    • 査読あり
  • [学会発表] Patterning of Tetrahedral Amorphous-Carbon Film by Electron Beam Lithography and Pick Up from Si-Wafer in Focused Ion Beam System2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tanoue, T. Kashiwagi, H. Okuda, Y. Suda, H. Takikawa, M. Kamiya, S. Kiyohara, T. Kawashima, T. Shibata, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata, M. Taki, Y. Hasegawa, N. Tsuji and T. Ishikawa
    • 学会等名
      4th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 発表場所
      Chubu University
    • 年月日
      2012.03.4-8
  • [学会発表] Fabrication of Diamond Nanopit Arrays by Room-temperature Curing Nanoimprint Lithography Using Glass-like Carbon Molds2011

    • 著者名/発表者名
      S. Kiyohara, C. Ito, I. Ishikawa, H. Takikawa, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata and Y. Kurashima
    • 学会等名
      2011 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Covention Center and Sheraton Boston Hotel
    • 年月日
      30 Novemver 2011
  • [学会発表] Micro-Organic Light-Emitting Devices Fabricated by Room-Temperature Curing Nanoimprint Lithography Using Diamond Molds2011

    • 著者名/発表者名
      I. Ishikawa, T. Okuno, S. Kiyohara, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata and Y. Kurashima
    • 学会等名
      2011 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Covention Center and Sheraton Boston Hotel
    • 年月日
      30 Novemver 2011
  • [学会発表] Patterning of Tetrahedral Amorphous Carbon Film by Electron Beam Lithography2011

    • 著者名/発表者名
      T. Kashiwagi, H. Okuda, H. Tanoue, Y. Suda, H. Takikawa, M. Kamiya, S.
    • 学会等名
      The Asia-Pacific Interdisciplinary Research Conference 2011
    • 発表場所
      Toyohashi University of Technology
    • 年月日
      18 Novemver 2011
  • [学会発表] 水素フリー高密度DLC膜のパターニング,単離およびハンドリング

    • 著者名/発表者名
      田上英人,柏木大幸,奥田浩史,須田善行,滝川浩史,川島貴弘,柴田隆行,清原修二,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,神谷雅男,瀧真,長谷川祐史,辻信広,石川剛史
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      平成24年3月
  • [学会発表] フィルタードアーク蒸着で形成したDLC膜の酸素イオンエッチング

    • 著者名/発表者名
      柏木大幸,奥田浩史,角口公章,田上英人,須田善行,滝川浩史,神谷雅男,瀧真,長谷川祐史,辻信広,石川剛史,清原修二
    • 学会等名
      平成23年度電気関係学会東海支部連合大会
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      平成23年9月26日
  • [学会発表] 超微細有機ELデバイス開発における基礎的検討

    • 著者名/発表者名
      能勢公貴,石川一平,清原修二,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子:超微細有機ELデバイス開発における基礎的検討
    • 学会等名
      日本高専学会第17回年会講演会
    • 発表場所
      鈴鹿工業高等専門学校
    • 年月日
      平成23年8月27日
  • [学会発表] ガラス状炭素モールド室温硬化インプリントによるダイヤモンドナノピットパターン形成

    • 著者名/発表者名
      伊藤茅,石川一平,清原修二,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,倉島優一,滝川浩史
    • 学会等名
      2011年度精密工学会関西地方定期学術講演会
    • 発表場所
      兵庫県立大学 姫路書写キャンパス
    • 年月日
      平成23年6月30日

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公開日: 2013-07-10  

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