プラズマによる表面水素反応の制御を利用した機能性有機分子薄膜の半導体表面での形成

利用等离子体控制表面氢反应在半导体表面形成功能性有机分子薄膜

基本信息

批准号：
15760023
负责人：
篠原正典
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Nagasaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760023/
关键词：
プラズマ表面水素半導体表面赤外分光アモルファス状炭素膜成長反応過程反応制御有機半導体酸素プラズマ多重内部反射赤外分光法ラジカルサブサーフェスマイグレ-ション表面水素の引き抜き機能性有機分子薄膜

项目摘要

柔軟性に富む有機分子デバイスは、固体物理を原理とする硬いデバイスでは手の届かなかったところにも光を当てることができる。柔らかいデバイスを硬いデバイスと同等に使いこなすためには、集積化が必要である。本研究は、ダイアモンドカーボン(DLC)を土台として、有機物質を集積化することを目指すものである。DLCは炭素・水素で構成される有機分子膜という側面を持つため、有機高分子薄膜との融合性が高い。また、DLCはプラズマ化学気相堆積法により容易に形成できるなどの利点がある。しかし、これまで、DLC形成の反応は複雑であるため、的確で効果的な制御方法が見出せていない。そこで、本研究では、膜が形成される際に大きな役割を果たす表面水素の反応に着目した。この表面水素の反応をプラズマにより制御することで膜形成の制御法を確立し、有機高分子との融合性のよいDLC薄膜を形成することが目的である。プラズマ中での化学種について四重極質量分析器を用いて調べた結果、メタンプラズマでは気相中でも容易に重合が起こりC_2Hx系の重合した化学種が形成される。これらが基板表面に到達し表面でどのように吸着していくのかを多重内部反射型赤外分光法を用いてその場観察を行った。はじめは気相中で生成されたCH_3種が吸着し、表面に、CH_3種を形成する。その後、この吸着種上に気相から新たな-CH_3種が吸着するため、CH_3種がCH_2種に変換し、C-Cの結合が増加していく様子が観察できた。また基板バイアスを加えることにより表面のCH_3種が分解し炭素同士の結合が増強される様子が観察できた。DLCへのDNA等の有機分子の固定化を試みた結果、基板と剥離しないDLCの形成が重要であることがわかり、今後ともDLCの成長過程の制御がますます必要であることがわかった。

柔性有机分子器件可以将光线照射到基于固态物理学的刚性器件无法到达的区域。为了像使用硬设备一样使用软设备，集成是必要的。这项研究旨在整合基于金刚石碳（DLC）的有机材料。由于DLC是由碳和氢组成的有机分子薄膜，因此与有机聚合物薄膜具有高度的兼容性。此外，DLC具有可以通过等离子体化学气相沉积容易地形成的优点。然而，由于DLC形成反应复杂，目前尚未找到精确有效的控制方法。因此，在这项研究中，我们重点关注表面氢的反应，它在薄膜形成中起着重要作用。目的是建立一种通过等离子体控制表面氢反应来控制成膜的方法，并形成与有机聚合物具有良好相容性的DLC薄膜。使用四极杆质谱仪研究等离子体中的化学物质，结果发现即使在甲烷等离子体的气相中也容易发生聚合，形成C_2Hx类聚合化学物质。我们使用多重内反射红外光谱原位观察这些颗粒如何到达基材表面以及它们如何吸附在表面上。最初，气相中产生的CH_3物质被吸附并在表面上形成CH_3物质。此后，新的-CH_3物质从气相吸附到该吸附物质上，因此CH_3物质转化为CH_2物质，并且观察到C-C键的数量增加。此外，通过施加基底偏压，我们观察到表面上的CH_3物质被分解，碳之间的键被加强。通过尝试将 DNA 等有机分子固定到 DLC 上，我们发现形成不会从基材上剥离的 DLC 非常重要，并且我们发现越来越有必要控制 DLC 的生长过程。未来。