タイトル平成21年度-平成24年度成果報告書 ロボット・新機械イノベーションプログラム
報告書年度2009 - 2012
委託先名技術研究組合BEANS研究所 国立大学法人東京大学 国立大学法人九州大学

異分野融合型次世代デバイス製造におけるコア技術として以下の開発を行った。開発テーマ「バイオ・ナノ界面融合プロセス技術」に関しては、24時間の脂質二重膜形成とナノポアタンパク質αヘモリシン有無における蛍光退色の差異を蛍光計測にて確認した。開発テーマ「バイオ高次構造形成プロセス技術」に関しては、埋め込み型血糖値センサの実現に必要なグルコース検知蛍光ゲルファイバを開発し、ラットへの埋め込み140日後の機能性確認に成功した。また、胆汁酸を回収できる薬理評価デバイスの作製については、コラーゲンゲル表面に形成した直径約70μmの円柱形の大きさの微細な窪みに肝細胞を配列・培養することにより、3次元的な肝細胞組織形成に成功した。開発テーマ「有機・ナノ界面融合プロセス技術」に関しては、アクセプタ性材料であるC70に、ドナー性材料を混合させたブレンド層を活性層としたバルクへテロ型有機薄膜太陽電池を作製し光電変換効率が6.96 %と高い値が得られた。また、凹凸ピッチ720 nm、深さ70 nmの井形構造テンプレートを用いた鏡面微細凹凸基板上に有機ELデバイスを作製し、光取出し効率が31 %向上することを確認した。開発テーマ「有機高次構造形成プロセス技術」に関しては、基板に対して自発的に水平に配向し得る燐光発光性白金(II)錯体の合成を行い、PL量子効率85%を達成した。また、開発した有機半導体ナノピラー形成技術を活用し、赤外光の吸収機能を発現する「赤外共鳴アンテナ」を作製し、近-遠赤外線検知センサへの適用可能性が示された。開発テーマ「超低損傷・高密度3次元ナノ構造形成技術」に関しては、中性粒子ビームエッチングにて、エッチング速度0.1 μm/minで形成することに成功した。また、フェムト秒レーザを用いた高アスペクト比3次元構造形成では、埋め込み微細孔断面の短径90 nm、長径1 μmを達成、孔のアスペクト比は水平方向25000、垂直方向1000に達した。開発テーマ「異種機能集積3次元ナノ構造形成技術」に関しては、トレンチ等の3次元構造に直径100 nm-数-mの微粒子を自己組織化的に規則配列する技術を開発した。また、カーボンナノチューブ(CNT)の3次元構造への修飾については、精製したCNTの分散液の誘電泳動により、カンチレバー尖頭に直径100 nm程度のCNTバンドル形成に成功した。新規MEMS構造による高耐久ナノ接点形成については、電気接触部位が30 nmの耐摩耗マルチプローブを作製し、2 mの摺動後も100 nm以下の描画解像度を維持することに成功した。開発テーマ「非真空高品位ナノ機能膜大面積形成プロセス技術」に関しては、プラズマ化学輸送法によるSi成膜では、150 MHzへの電源高周波化によりプラズマの高密度化を図り、成膜速度1 nm/s以上を達成した。開発テーマ「繊維状基材連続微細加工・集積化プロセス技術」に関しては、メーター級のフレキシブルシートデバイスを実現する一連の汎用製造プロセスとして、繊維状基材の連続高品位機能膜被覆プロセス、3次元ナノ構造高速連続形成基本加工プロセス、異種繊維上基材の製織集積化プロセスの開発を行った。これらを統合して、5種類以上の素子実装型繊維状基材を横幅1.2 mでシート化するプロセスを開発した。開発テーマ「異分野融合型次世代デバイス製造技術知識データベースの整備」に関しては、システムの機能向上を図るとともに、累計1562件のBEANS知識データの登録を完了し公開した。
英文要約Title: Hetero-functional Integrated Device Technology Development Project (BEANS) (FY2009-FY2012) Final Report

We have developed the following basic technologies. Regarding the process technology for bio-nano interface formation, we confirmed that lipid bilayer on the glass device was stable for at least 24 hours, and that - hemolysin was functional as channel to connect both sides of the bilayer. Regarding the process technology for higher-order bio-structure formation, we developed an implantable glucose sensing gel fiber immobilizing glucose-detectable fluorescent dye, and implanted it into under skin of rat ears. The glucose-sensing gel fiber maintained its function even after 140 days from implantation. Regarding the process technology for organic-nano interface formation, OPVs based on a bulk hetero junction layer of C70 (acceptor) and donor were fabricated. An optimized thickness of blend layer for OPV is 50 nm and the highest PCE is 6.96%. Regarding the process technology for higher-order organic structure formation, a platinum(II) complex including the ligand having a biphenyl group can emit phosphorescence with quantum yield of c.a. 85% by UV irradiation. Regarding the 3-dimensional nanostructure formation with ultra-low-damage etching, using neutral-beam etching process, ultra-low-damage silicon structures have been fabricated with atomically-flat surfaces. The etching rate was accelerated up to 0.1 μm/min. A novel etching processes combining femto-second laser irradiation and selective wet etching allowed us to fabricate high-aspect ratio nano-channels embedded in transparent substrates. Regarding the bottom-up technology for heterogeneous integration of materials and functions on 3-D platform, particles, with the diameter ranging 100 nm - a couple of μm, have been arranged in a controlled self-assembly manner inside 3D structures. A gas sensor using the fractal structure led to a high sensitivity against methanol and other VOCs by a factor of more than 3 as compared with a conventional sensor. Modification of 3D surfaces with carbon nanotubes (CNTs) was successful using dielectrophoresis of a purified CNT suspension. The development of anti-ware nano-electrode resulted in a novel anti-ware multi-probe with the size of electric contact as small as 30 nm. Regarding the research on non-vacuum large-area deposition technology of high-quality nano/micro materials, in atmospheric pressure plasma process, the deposition rate of the silicon more than 1 nm/s was achieved using power supply of high frequency 150 MHz. Regarding the continuous micro/nano-manufacturing and integration process for fiber substrates, the present research is to develop a manufacturing process of flexible sheet devices, consisting of continuously high-speed coating for functional film materials, 3-D micro/nano-machining of the films on fibers, and weaving the functional fibers into large-area integration. Regarding the building up of knowledge database, we improved functionality of the database and completed 1562 data registration.