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2014 年度 実績報告書

シリカ薄膜創成と超短パルスレーザ照射を複合したガラス表面への微細構造創成法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25289010
研究機関東北大学

研究代表者

厨川 常元  東北大学, 医工学研究科, 教授 (90170092)

研究分担者 嶋田 慶太  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30633383)
水谷 正義  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50398640)
今野 豊彦  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90260447)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード成膜 / レーザ / 機能性インターフェース / 微細構造 / ガラス
研究実績の概要

本年度は主として、パーヒドロポリシラザンPHPSの塗布装置の試作を行うとともに、成膜実験を行った。そこにレーザ照射を行い、微細構造創成実験と生成条件に関して検討を行った。また加工現象解明のため電磁界シミュレーションを行い、表面に発生するプラズモンに関しての検討を行った。
(1)機上ガラス薄膜創成実験:昨年度に引き続き、種々のパーヒドロポリシラザンPHPSを用いてガラス表面への成膜実験を行った。塗布法に関しては、バーコート法が他のディップ法、スピンコーター法と比較し、成膜厚さの均一性、成膜面積の大面積化に有利であることからバーコート法に決定した。装置を設計、製作した。またプラズモン生成が容易になることを期待して、金や銀、パラジウム等のナノ粒子を混合、あるいは官能基を付与したPHPSを作製し、微細周期構造ができるかどうかを確認した。その結果、Au添加の場合、加工速度が約3倍に向上していることを確認した。
(2)超短パスルレーザ照射による微細構造生成メカニズムの解明:昨年度検討した3次元電磁界シミュレーション FDTD法(時間領域差分法)による電磁場解析を引き続き行った。その結果、レーザの偏光状態を円偏光にすることにより、微細構造がライン状からドット状に変化し、反射光の入射光依存性の解消に成功した。
(3)加工断面の超高分解能TEM観察:SEM並びに超高分解能TEMにより、ガラス薄膜断面、並びにレーザ照射界面の観察を行った。この観察に関しては,引き続き継続予定である。

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

大面積塗布法としてバーコート法を選定し、それに基づき装置の設計試作を行った。次年度はこれを用いて、さらに温度や、湿度といった塗布環境を制御しながら、成膜実験を行う予定である。

今後の研究の推進方策

(1)ガラス薄膜創成に及ぼす環境の影響:前年度に試作したバーコート装置を用いて、引き続きパーヒドロポリシラザンPHPSの成膜、並びにレーザ照射実験を行う。PHPSの反応は加水分解であるため、温度、湿度に大きな影響を受ける。そこで装置全体を温度、湿度が可変できるチャンバー内に設置し、雰囲気の温度、湿度等を変化させ、シリカガラス薄膜の機械的特性、密着性などを評価する。さらに表面応力ひずみの分布(ムラ)は、光学性能に大きく影響するため、その均一性が求められている。そこで加工前後の表面応力ひずみ分布を、複屈折分布を計測することにより評価する。
(2)超短パスルレーザ照射による微細構造生成メカニズムの解明:前年度に引き続き、レーザの波長、偏光状態が表面プラズモン生成へ与える効果を3次元電磁界シミュレーションにより確認しながら、実験結果と比較し、最適照射条件の選定指針を得る。
(3)加工断面の超高分解能TEM観察:前年度に引き続き、超高分解能TEMにより、ガラス薄膜断面、レーザ照射界面の観察を行う。
(4)反射防止膜の機械的性質並びに光学的性質の評価:反射率0.5%以下の無反射効果を発現する微細構造を作成し、形状、物性,並びに光学特性を評価する。
(5)得られた成果をとりまとめ、その成果を国内外の会議、論文投稿等を通じて公表するとともに、企業への技術移転を行う事により実際の製品応用展、実用化に関して検討する。

次年度使用額が生じた理由

雰囲気制御加熱型試験塗布装置の納品が遅延し、年度末になったため、その消耗品分である。

次年度使用額の使用計画

実験開始とともに早急に対応予定である。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2014

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] 短パルスレーザによる表面微細周期構造創成2014

    • 著者名/発表者名
      小玉脩平,柴田章広,嶋田慶太,水谷正義,厨川常元
    • 学会等名
      2014年度精密工学会東北支部学術講演会
    • 発表場所
      弘前大学(青森県弘前市)
    • 年月日
      2014-11-29 – 2014-11-29
  • [学会発表] Femtosecond-laser-induced Nanofabrication on Glass2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Shibata、 Naoto Kaneko、 Shinya Suzuki、 Ken Oguri、 Keita Shimada、 Masayoshi Mizutani、 Tsunemoto Kuriyagawa
    • 学会等名
      15th International Conference on Precision Engineering
    • 発表場所
      Kanazawa, Japan
    • 年月日
      2014-07-23 – 2014-07-25

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公開日: 2016-06-01  

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