| 研究課題/領域番号 |
23656446
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
小泉 雄一郎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10322174)
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| 研究分担者 |
西山 宏昭 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (80403153)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| キーワード | リソグラフィー / 相分離 / 選択溶解 / 核生成・成長 / 微細加工 |
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| 研究概要 |
フォトリソグラフィーと相分離現象の組合せによる新規な超高アスペクト比微細加工法の基礎を構築した。プロトタイプ材料として、hcp基D019型規則構造を有すα2-Ti3Al母相の(0001)面上にfcc基L10型規則構造を有すγ-TiAlが整合析出するTi-Al合金単結晶を選択した。単結晶は、アーク溶解法と浮遊帯域溶融法により製造した。α2単相となる1200°Cにて溶体化後、板面が(0001)面に垂直な、10×10×1 mm程度の板状溶体化材を得た。γ相の核生成サイトとしての微小圧痕を一定間隔で導入するためのモールドを、SiC基板から、WSi-CVD膜とSU-8レジスト膜からなるマスクをフォトリソグラフィーにより作製した後に、プラズマエッチングを施して製造した。二相化熱処理後に選択溶解を施し構造を観察した。 二相化熱処理のみで形成された層状組織をにはα2-Ti3Al母相の(0001)面に平行にγ相が整合析出しており、界面はnmオーダーで平滑であることが確認された。熱処理のみで形成されたγ相の間隔及び厚さは10nm～10μm程度の範囲で分布している。溶体化材にマイクロインデンテーションで局所的に塑性ひずみを導入後に二相化熱処理で形成された層状組織の断面像、表面像及び層状組織の選択溶解により形成された超高アスペクト微細構造の断面像から、γ相が圧痕の近傍でのみ形成されていることが確認された。選択溶解により幅が1μｍ以下（光波長程度）深さ20μｍ以上の超高アスペクト比微細スリットが形成された。これらにより、(i) 溶体化後の局ひずみの導入によりγ相形成サイトを制御でき、(ii) その後選択溶解により分布が制御されたスリット構造が作製できる事が確認され、局所ひずみを一定間隔で導入して同様のプロセスを行えば、間隔を制御したスリット構造の形成が可能なことが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
東日本大震災の影響で、研究室の安全対策改装工事が未だ完了しておらず、初年度に予定していたクリーンブースの設置ができておらず、ナノインプリント実験は北海道大学でのみ行っていたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
耐震改装工事が５月中には完了する予定であるので、その後当初予定していたクリーンブースの設置を行い、東北大学でもナノインプリントの実験を行うことで、遅れを取り戻すべく研究を推進していく。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
(a)ナノインプリント:(A)で得た結晶表面に、リソグラフィーで作製したＳｉＣ製ナノピラーアレイを用いて、一定間隔で圧痕を形成する。； (b)二相化焼鈍:圧痕を核生成サイトとしてγ相を析出させる。；(c)透過電子顕微鏡（TEM）:集束イオンビーム（FIB）装置により圧痕断面観察用TEM試料を作製し、焼鈍前の転位組織と焼鈍後の層状組織を観察する。；(d)選択溶解と)構造の観察:電解腐食によりγ相を選択的に溶解し形成されるフィン構造を観察する。リソグラフィーによるAl高過飽和領域配列の形成：(e)リソグラフィー装置によるAlナノワイヤーアレイの形成:溶体化したTi-Al板状単結晶表面に、リソグラフィーによりレジストパターンを形成しスパッタすることで一定間隔でAlナノワイヤーを形成する。；(f)パルスレーザー加熱(現有)による局所拡散処理:パルスレーザーにより、Alワイヤーとその極近傍のを加熱し、ワイヤーからTi-Al基板にAlを拡散させ、（0001)面に沿って、Al過飽和度の高い線状の領域を形成させる。二相化熱処理による層状組織の形成：(g)二相化熱処理:γ相が析出する種々の温度で焼鈍し、層状組織を発達させる。；(h)層状組織の観察:FIB装置を用いて、層状組織の垂直断面の薄膜試料を作製し、STEM－EDSとEELSを用いて濃度分布と組織との対応を調べる。(i)選択溶解と構造の観察:選択溶解によりγ相を除去し、形成される構造をSEMにて観察する。上記の実験をの実施に必要な計算機等に約500,000円、リソグラフィー用消耗品に約500,000、成果発表論文投稿ならびに旅費に200,000円を使用する。尚、次年度使用額は震災後の耐震改装のためクリーンブース導入ができなかったことによる未使用額であり、当該の繰り越し金を用いて、今年度クリーンブースの設置を行う。
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