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光触媒ナノリソグラフィの開発

光催化纳米光刻技术的发展

基本信息

批准号：
17029027
负责人：
小林健吉郎
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は原子像を直接観察できる原子間力顕微鏡を用いて、局所的に電場を印加して光触媒反応を加速させ、有機薄膜にナノスケールのパターニングを形成させることを検討した。また、得られたナノパターンを、光触媒反応で高速かつ高精度で転写する手法についても検討した。AFMで作成されたナノパターンを転写する光触媒薄膜の作成を検討した。数nm以下の表面粗さを持つ薄膜として、非晶質のTiO2,SnO2,In2O3,NiOを原子層堆積法(ALD)法ならびにスパッタリング法により作成した。ALDで作成した非晶質TiO2は残念ながら光触媒能を持たなかった。非晶質In2O3,NiOも高い光触媒能を示さず、非晶質SnO2が比較的良好な光触媒能を示した。更に光触媒能を高めるため、キャリア濃度の異なるSnO2薄膜を3層構造にし、フェルミー準位の違いによる内部電場の生成を試みた。その結果、3層構造SnO2は非晶質で表面荒さが1nm以下でありながら、結晶性アナターゼTiO2と同等の光触媒機能を示すことが明らかになった。この3層構造SnO2を用いてパターン形成を行い、OTS/Siに転写することを試みた。30minの紫外線照射により、OTSの表面に変化は現れたが、不十分なパターン形成となった。こうしたOTSの分解速度に関する実験から、非晶質SnO_2の光触媒能は余りにも低く、実用には適しないことが明らかになった。そこで、新たにスパッタリング法により非晶質TiO_2,Nb_2O_5,Ga_2O_3薄膜の作成を行い、光触媒能とOTSの分解反応を評価した。これ等の薄膜のXRDパターンには、何らの回折ピークも見られず、非晶質あるいはナノクリスタルであることが分かる。また、AFMによる表面形態観察からも全く粒子成長は起こっておらす、平坦な表面であることが確認された。OTSとSiは最初96及び55°の接触角を持っている。SnO_2ではほとんど接触角は変化していないが、Ga_2O_3,TiO_2,Nb_2O_5では、大きな接触角変化が認められる。特に、TiO_2では高い酸素分圧と低真空3x10-2Torrで作成した試料では、紫外線照射5分以内でOTSの完全分解が実現している。これは、高真空状態ならびに大きな高周波出力では、ターゲットから放出された酸素負イオンが薄膜に打ち込まれ、欠陥準位を形成するためである。注目すべき点は、非晶質でありながら高い光触媒を有することであり、酸化チタンナノクリスタルの存在が示唆される。この非晶質TiO2を用いてパターンの転写を検討したところ、30秒の紫外線照射でOTSの部分分解が起こり始め、パターンの転写が進むことを確認された。しかし、パターンの空間分解能は充分でなく、その原因として生成したH2O2が光照射によりOHラジカルを生じためと考えられる。

In this study, the atomic image was observed directly by atomic force microscope, and the electric field of organic film was accelerated. In order to achieve high speed and high precision, photocatalyst reaction is required. AFM is a method for preparing photocatalyst films. Surface roughness of several nm or less is obtained by atomic layer deposition (ALD) and amorphous TiO2, SnO2, In2O3,NiO. ALD is made of amorphous TiO2, which remains as a photocatalyst. Amorphous In2O3,NiO and SnO2 exhibit high photocatalytic activity, while amorphous SnO2 exhibits relatively good photocatalytic activity. In addition, the photocatalyst energy is high, the concentration is different, the SnO2 thin film is three-layer structure, and the internal electric field is generated. As a result, the three-layer structure SnO2 is amorphous and has a surface area of less than 1nm. The crystalline SnO2 has an equivalent photocatalytic function. The three-layer structure SnO2 is used in the formation of OTS/Si. 30min of UV irradiation, OTS surface changes, not very much. The decomposition rate of OTS is very low, and the photocatalytic energy of amorphous SnO_2 is very low. The preparation of amorphous TiO_2, Nb_2O_5, Ga_2O_3 thin films, photocatalytic properties and decomposition reaction of OTS were evaluated. Such thin film XRD patterns are different from those of amorphous and non-crystalline films. The AFM surface morphology was observed and all particle growth was confirmed. The contact angle between OTS and Si is initially 96 ° and 55°. SnO_2, Ga_2O_3, TiO_2, Nb_2O_5 contact angles change. In particular, TiO_2 can be prepared under high acid pressure and low vacuum of 3 x 10-2Torr, and the complete decomposition of OTS can be achieved within 5 minutes of ultraviolet irradiation. High frequency output, high vacuum state, high voltage discharge, low voltage discharge Note that the presence of amorphous and amorphous photocatalysts is a problem. This amorphous TiO2 film was prepared by UV irradiation for 30 seconds, and the partial decomposition of OTS was confirmed. The spatial decomposition energy of the light source is sufficient to generate H2O2.