成果報告書詳細
管理番号20120000000440
タイトル平成21年度~平成23年度成果報告書 「省エネルギー革新技術開発事業/挑戦研究/近接場光相互作用を用いた自己完結型超平坦物質形成技術の開発」
公開日2012/7/26
報告書年度2009 - 2011
委託先名国立大学法人東京大学 シグマ光機株式会社
プロジェクト番号P9015
部署名省エネルギー部
和文要約1.超平坦薄膜堆積技術の開発
 セラミックス基板として必要となるRa値0.2nm以下を実現するために、平面基板に対して下記に示す研究開発を行い、最終目標を達成する成果を得た。
ア)研磨傷の選択的修復のための最適条件の探索
 セラミックス基板における研磨傷を選択的に修復する最適条件を探索するために、構造が既知のサファイヤステップ基板を用いて、超平坦膜堆積実験を行った。その結果、サファイヤステップエッジでの選択的近接場光脱離を生じる堆積条件を見出す事に成功した。この条件を基に、セラミック基板の研磨傷が選択的に埋まることを確認した。
イ)平坦膜の堆積
 ア)で得られた条件を基に、セラミックス基板に対して透明アルミナの堆積を行い、最小表面粗さRa値0.07nmを得た。
ウ)平坦性の評価
 CNT型プローブを用いた表面粗さ測定を行い、Ra値評価の再現性を確認した。

2.近接場光エッチング技術の開発
 結晶(GaN)および樹脂(PMMA)基板として必要となるRa値(GaN:0.1nm、PMMA:0.2nm)を実現するために下記に示す研究開発を行い、最終目標を達成する成果を得た。
ア)近接場光エッチングによる超平坦化のための最適条件の探索
 GaN基板において、平坦化を阻害する原因が基板の極性にあることを突き止めた。そこで、無極性GaN基板を用いた近接場光エッチングを行うことで最小Ra値0.1nm以下を達成した。
 PMMA基板において、光照射による基板の加熱の効果を低減させるために、光照射系の最適化を行い、最小Ra値0.18nmを得た。
イ)平坦性の評価
 近接場光エッチング前後の基板のAFM像の解析において、相関長を導入する事によって平坦化途中での表面形状の時間変化を明らかにした。
英文要約Title: Development of self-organized deposition method of ultra-flat surface using optical near-field effect(FY2009-FY2011) Final Report

We accomplished all goals. The details in each section are described below.
(1) Development of a deposition method of a thin film with an ultra-flat surface
a) Final Goal: Realization of the selective repairing the scratched grooves.
To repair nanoscale scratched grooves on ceramics, we performed the laser assisted sputtering using a sapphire substrate. Since sapphire substrate has an atomic step structure in which the structure including the height, width, direction of the step structure, it was easy to find the optimum condition for the laser assisted sputtering to realize ultra-flat surface. As a results, we confirmed the sputtered nanoparticles of Al2O3 was selectively deposited on the grooves, and we could avoid the deposition the Al2O3 nanopartices at the step edge.
In summary, we accomplished the final goal.

b) Final Goal: Clarification of the criteria for the decrease in the value of Ra.
Based on the optimum condition which was determined through the experiment in (1) a), we repaired the sapphale substrate. As a results, we obtained ultra-flat surface with surface roughness Ra of 0.07 nm, which is below the value of final goal of 0.2nm.
In summary, we accomplished the final goal of this project.

c) Final Goal: Realizing the reproducibility of the evaluation of Ra value.
To evaluate the Ra value described in (1) b), we introduced CNT probe for an atomic force microscope (AFM). Since the CNT probe keeps the tip diameter, it is expected to result in the same spatial resolution during the scanning. Using the CNT for sapphire substrate with atomic step, we confirmed that the usage of CNT probe resulted in higher reproducibility of evaluation of Ra value than usage of the pyramidal Si probe
In summary, we accomplished the final goal.

(2) Development of an optical near-field etching method
a) Final Goal: Reduction of Ra value in gallium nitride (GaN) and polymethyl methacrylate (PMMA) to 0.1 and 0.2 nm, respectively.
The optical near-field etching of GaN and PMMA substrate was carried out. Etching condition, such as gas flow rate and etching time, was changed to improve surface flatness. As for the GaN substrate, we chose the substrate with non-polarity substrate, and obtained the Ra less than 1 nm. As for the PMM substrate, by reducing thermal effect using the scanning the beam spot, we finally obtained Ra as small as 0.18 nm.
In summary, we accomplished our final goal.

b) Final Goal: Development the evaluation method of the surface roughness.
To evaluate the surface topology, we introduced the correlation length. We found that the correlation length decreased as etching time increased. This result indicated that the width of the protrusions decrease in the process of the flattening.
In summary, we accomplished the final goal.
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