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2012 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)
キーワードナノインプリント / ダイヤモンドライクカーボン / ナノ加工 / ポリシロキサン / 酸素イオンビーム / ガラス状炭素モールド
研究概要

新たなダイヤモンドのナノ加工法として,室温硬化インプリント‐リフトオフ(RTCIL)法を提案した。マスクとして用いるAlは酸素イオンに対するエッチング耐性が大きく,極めて高い選択比 (ダイヤモンドライクカーボン(DLC)とAlの加工速度の比) 35を得ることができた。そこで,本研究ではRTCIL法によるAlマスクパターンの形成を行い,DLCナノドットアレイの形成について検討した。
ガラス状炭素モールドの作製・・ポリシロキサンを用いた電子ビーム(EB)リソグラフィによりガラス状炭素(GC)モールドの作製プロセスを開発した。まず,ポリシロキサンをGC上にスピンコートし,EB描画装置で5μm角のドットアレイパターンをCADで設計し,描画した。そして,現像液で現像することで,ポリシロキサンのマスクパターンが形成され,最適加工条件でECR酸素イオンシャワー加工を行うことで,5μm角ドットアレイパターンのGCモールドを作製した。
卓上型インプリントシステムのプログラムの改良・・Microsoft Visual C#を用いることで,マルチスレッドをシステムで実装した。その結果,タイマーと圧力値を同期させることが可能となり,圧力値によるインプリントシステムの制御が可能となった。
RTCIL法によるDLCドットアレイの作製・・まず,DLC基板上にポリシロキサンをスピンコート後,0.5 MPaでインプリントを行った。その後,DLCに対するAlの選択比が35であることから,高さ400 nmを得るため,膜厚が20 nmとなるようにポリシロキサン膜上にAlを蒸着した。その後,アセトンでポリシロキサンを取り除き,Alのマスクパターンを形成した。この基板に最適加工条件でECR酸素イオンシャワー加工することより,高精度な5 μm角,高さ400 nm のDLCドットアレイを作製した。

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

GCモールド作製において,所望のパターンが得られており,目標通りに成果が得られている。
卓上型インプリントシステムにおいては,問題点であったタイムラグを修正し,目標としていた圧力で制御するシステムを作成できたが,目標圧力と実際のインプリント圧力に誤差が生じるため,サンプリング時間を短くし,高性能化するため,通信方法を検討する必要がある。
DLCドットアレイの作製においては,RTCIL法により高精度なDLCドットアレイを作製できることを見出したが,形成した3万個あるAlマスクパターンのうち約3割がアセトンによってリフトオフできず,側面にAlが残ってしまった。高精度なAlマスクパターンを形成する条件を検討する必要がある。

今後の研究の推進方策

本研究で開発したダイヤモンドのナノ加工プロセスである,室温硬化インプリント‐リフトオフ(Room-temperature curing imprint liftoff:RTCIL)法は, Alは酸素イオン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RTCIL法によるAlマスクパターンの形成を行い,DLCナノエミッタの開発を目的とする。
高精度なAlマスクパターンの作製方法として,リフトオフに用いる溶剤,インプリント条件の検討を行う。リフトオフに用いる溶剤には,アセトン,キシレン, MIBK:IPA=1:1, 1:2,1:3を用いて,アルミニウム薄膜の表面粗さの検討および,転写材料をすべて除去可能か検討を行う。インプリント条件については,新たな転写材料において,インプリントまでの時間,インプリント保持時間,インプリント圧力について検討し,残膜が残らず基板までインプリント可能な最適条件の検討を行う。また,先鋭化した形状のDLCパターンを作製するために,DLC,Alのイオンビーム角度依存性について測定し,Alマスクの膜厚,加工時間の条件を変化させ,シミュレーションを行うことで最適な加工条件を見出し,実際にECR酸素イオンシャワー装置で加工を行い,DLCナノエミッタを作製する。

次年度の研究費の使用計画

新たな転写材料であるHSQをベークするための小型電気炉の購入
ストレインゲージ式圧力インジケータの購入

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Fabrication of Micro-OLEDs by Room-temperature Curing Contact-imprint Using DLC Molds2013

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

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      巻: Vol.1511 ページ: mrsf12-1511-ee05-03

    • DOI

      10.1557/opl.2012.1711

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanofabrication of DLC-dot Arrays by Room-temperature Curing Imprint-liftoff Method2013

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

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      巻: Vol.1511 ページ: mrsf12-1511-ee05-02

    • DOI

      10.1557/opl.2013.15

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of DLC-based Micro-gear patterns by Room-temperature Curing Nanoimprint Lithography Using Glass-like Carbon Molds2013

    • 著者名/発表者名
      S. Kiyohara, T. Ikegaki,I. Ishikawa,H. Tanoue, H. Takikawa,Y. Taguchi,Y. Sugiyama,Y. Omata,Y. Kurashima
    • 雑誌名

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      巻: Vol.1511 ページ: mrsf12-1511-ee05-01

    • DOI

      10.1557/opl.2013.21

    • 査読あり
  • [学会発表] Fabrication of DLC-based Micro-gears by Room-temperature Curing Nanoimprint Lithography Using Glass-like Carbon Molds

    • 著者名/発表者名
      S. Kiyohara, T. Ikegaki, I. Ishikawa, H. Tanoue, H. Takikawa, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata, Y. Kurashima
    • 学会等名
      2012 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Covention Center and Sheraton Boston Hotel
  • [学会発表] Nanofabrication of DLC-dot Arrays by Room-temperature Curing Imprint-liftoff Method

    • 著者名/発表者名
      S. Kiyohara, S. Matta, I. Ishikawa, H. Tanoue, H. Takikawa, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata, Y. Kurashima
    • 学会等名
      2012 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Covention Center and Sheraton Boston Hotel
  • [学会発表] Fabrication of Micro-OLEDs by Room-temperature Curing Contact-imprint Using DLC Molds

    • 著者名/発表者名
      I. Ishikawa, K. Sakurai, S. Kiyohara, C. Ito, H. Tanoue, Y. Suda, H. Takikawa, Y. Taguchi, Y. Sugiyama, Y. Omata, Y. Kurashima
    • 学会等名
      2012 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Covention Center and Sheraton Boston Hotel
  • [学会発表] 室温硬化ナノインプリント-リフトオフ法によるアルミニウムマスクパターンの形成

    • 著者名/発表者名
      池垣斗夢,清原修二,石川一平,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,滝川浩史,倉島優一
    • 学会等名
      ナノ学会第10回大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
  • [学会発表] 室温硬化ナノインプリントリソグラフィによるPDMS酸化マスクパターンの形成

    • 著者名/発表者名
      松田将平,清原修二,石川一平,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,倉島優一
    • 学会等名
      ナノ学会第10回大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
  • [学会発表] 室温硬化ナノインプリントリソグラフィ法による微細OLEDの作製

    • 著者名/発表者名
      奥野泰佑,石川一平,清原修二,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,須田善行,倉島優一
    • 学会等名
      ナノ学会第10回大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
  • [学会発表] 室温硬化ナノインプリントによる医療マイクロマシン用ダイヤモンドキアの作製

    • 著者名/発表者名
      伊藤茅,清原修二,石川一平,滝川浩史,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,倉島優一
    • 学会等名
      ナノ学会第10回大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
  • [学会発表] 室温硬化インプリントによる医療MEMS用DLCマイクロギアの作製

    • 著者名/発表者名
      伊藤茅,石川一平,清原修二,滝川浩史,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,倉島優一
    • 学会等名
      2012年度精密工学会関西地方定期学術講演会
    • 発表場所
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
  • [学会発表] 室温硬化ナノインプリント-リフトオフ法によるDLCナノエミッタの開発

    • 著者名/発表者名
      松田将平,清原修二,石川一平,滝川浩史,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,倉島優一
    • 学会等名
      2012年度精密工学会関西地方定期学術講演会
    • 発表場所
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
  • [学会発表] 室温硬化ナノインプリントによるポリジメチルシロキサン酸化マスクパターンの形成

    • 著者名/発表者名
      池垣斗夢,清原修二,石川一平,滝川浩史,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,倉島優一
    • 学会等名
      2012年度精密工学会関西地方定期学術講演会
    • 発表場所
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
  • [学会発表] グラフェンデバイス作製を目指したインプリントリソグラフィ法による超微細構造薄膜の形成

    • 著者名/発表者名
      辻賢介,石川一平,清原修二,須田善行,田口佳男,杉山嘉也,小俣有紀子,倉島優一
    • 学会等名
      日本高専学会第18回年会
    • 発表場所
      近畿大学工業高等専門学校

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公開日: 2014-07-24  

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