一軸圧縮下での非晶質酸化物薄膜の特異な固相成長による新機能創発

通过单轴压缩下非晶氧化物薄膜的独特固相生长出现新功能

• 批准号: 15J11705
• 负责人: 譚 ゴオン
• 金额: $ 1.39万
• 依托单位: Osaka University (2016)Tokyo Institute of Technology (2015)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J11705/
• 关键词: ナノインプリント; 自己組織化; 機能性酸化物薄膜; ナノパターニング; ポリマー基板; 酸化物薄膜; 固相結晶成長

本研究は、ナノインプリント法を用いた微細加工と機能性酸化物とを組み合わせることにより、新規な微細構造、またそれに伴う機能性の向上を目指してきた。昨年度までの研究成果により、ポリマーのナノインプリントにおいて、自己組織化により原子ステップパターンが形成される酸化物単結晶サファイア(α-Al2O3)ウエハーを鋳型にすることで、約0.3 nmの原子レベルでの段差を持つ直線的ステップ形状を市販のPMMA（アクリル樹脂）や高耐熱性を有するポリイミドなどの樹脂表面に大面積で転写する技術を開発した。今年度は、原子ステップ形状が転写された透明なポリイミドシートを基板として応用し、パルスレーザー堆積（PLD）法とポストアニールにより、基板表面の平坦性および原子レベルのパターンを維持した良質な結晶化ITO酸化物薄膜の作製にも成功した。また、今年度は酸化物薄膜として薄膜合成中に自己組織的にナノピラー・マトリックス構造を形成するZnO-NiO複合酸化物に取り組んだ。このような自己組織化を利用した酸化物の構造体の作製は、従来のリソグラフィ法では難しいナノメートルオーダの径を有するピラー構造を高密度、大面積で作製することができ、加えて新規な物性、機能性の向上が報告されてきている。本研究対象であるZnO-NiO複合酸化物薄膜に関しては、高密度で微細なNiOナノピラー構造をReRAMといった次世代不揮発性メモリデバイスに応用できることが期待される。しかしながら、ナノ構造体の位置・サイズなどを制御することは難しく、記録素子などのデバイス化やナノスケールでの材料設計において大きな障壁となっていた。　そこで、ナノインプリント法により単結晶基板に人工的なテンプレート溝パターンを作成することによって、薄膜前駆体の核形成・結晶成長を制御し、ライン溝の中央部にNiOナノピラーを配列させることに成功した。

这项研究旨在通过结合纳米压印和功能性氧化物的微加工来创建新的微观结构并改善其功能。截至去年的研究结果表明，在聚合物纳米压印中，以氧化物单晶蓝宝石（α-Al2O3）晶圆为模板，通过自组装形成原子台阶图案，在原子水平上形成约0.3 nm的台阶我们开发了一种技术，可以将大面积的线性台阶形状转移到树脂表面，例如市售的PMMA（丙烯酸树脂）和高耐热聚酰亚胺。今年，我们将采用具有原子台阶形状的透明聚酰亚胺片材作为基板，并利用脉冲激光沉积（PLD）和后退火来实现高质量结晶，同时保持基板表面的平整度和原子级图案。我们还成功生产了ITO氧化物薄膜。此外，今年我们还研究了ZnO-NiO复合氧化物，它在薄膜合成过程中自组织形成纳米柱基体结构。使用这种自组装制造氧化物结构使得制造具有高密度和大面积的纳米级直径的柱结构成为可能，这在物理性能和功能方面是难以通过传统光刻方法实现的。本次研究的ZnO-NiO复合氧化物薄膜，有望将高密度、精细的NiO纳米柱结构应用于ReRAM等下一代非易失性存储器件。然而，纳米结构的位置和尺寸难以控制，这一直是记录元件等器件开发和纳米材料设计的主要障碍。因此，通过使用纳米压印方法在单晶基板上创建人工模板凹槽图案，我们控制了薄膜前驱体的成核和晶体生长，并成功地将NiO纳米柱排列在线条凹槽的中心。

项目成果

ポリマー表面への単原子ステップナノインプリント転写に与える加熱・加圧条件およびモールドの原子ステップ形状の影響

加热/压力条件和模具原子台阶形状对单原子台阶纳米压印转移到聚合物表面的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: 譚 ゴオン;嶋田 航大;野沢 靖久;小山 浩司;金子 智;松田 晃史;吉本 護
• 通讯作者: 吉本 護

Nanoimprint fabrication of atomic step-and-terrace structured polymer sheets towards developing the novel flexible substrates

原子阶梯和平台结构聚合物片的纳米压印制造，用于开发新型柔性基板

• 发表时间: 2015
• 作者: Goon Tan;Yasuhisa Nozawa;Tomoyuki Funabasama;Satoru Kaneko;Akifumi Matsuda and Mamoru Yoshimoto
• 通讯作者: Akifumi Matsuda and Mamoru Yoshimoto

Nanocontact printing of Au nanoarray onto atomically stepped ultrasmooth polymer sheets

将金纳米阵列纳米接触印刷到原子级超光滑聚合物片上

• DOI: 10.7567/jjap.55.098002
• 发表时间: 2016
• 期刊: Jpn. J. Appl. Phys.
• 作者: Kodai Shimada;Goon Tan;Yasuhisa Nozawa;Tatsuhiro Urakami;Koji Koyama;Satoru Kaneko;Akifumi Matsuda;and Mamoru Yoshimoto
• 通讯作者: and Mamoru Yoshimoto

Atomic-scale Thermal Behavior of Nanoimprinted 0.3-nm-High Step Patterns on PMMA Polymer Sheets

PMMA 聚合物片材上纳米压印 0.3 nm 高阶梯图案的原子级热行为

• DOI: 10.1038/pj.2015.99
• 发表时间: 2016
• 期刊: Polymer Journal
• 影响因子: 2.8
• 作者: G. Tan;Y. Nozawa;T. Funabasama;K. Koyama;M. Mita;S. Kaneko;M. Komura;A. Matsuda and M. Yoshimoto
• 通讯作者: A. Matsuda and M. Yoshimoto

酸化物DSAに向けた酸化物薄膜の自己組織化ナノ構造に与えるテンプレートパターンの影響

模板图案对氧化物薄膜自组装纳米结构对氧化物 DSA 的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: 譚 ゴオン;李 明宇;中川原 修;服部 梓;田中 秀和
• 通讯作者: 田中 秀和