微小領域での液体の濡れを利用した微細構造の創成に関する研究

Si基板上に作製した親水性のSiO2と疎水性のOTS-SAMから構成される親水/疎水パターンを対象として,以下の(1)および(2)について実施したので報告する.(1)濡れ広がりに対応した球状微粒子整列機構のモデル化ライン・アンド・スペース状の親水/疎水パターンが液体(懸濁液)から引き上げられたときの,親水部上での液体の濡れ広がり形状を簡単な近似を行うことによりパターン形状の関数として表現した.これにより,微粒子が自己整列するための必要条件として,接触線近傍での局所的接触角が一定値以下であることを定量的に示すことができた.一部の指数関数近似に問題があったため,実際の実験結果と整合していないケースも生じたが,局所接触角の計算値に一般性を欠いていた.しかし,このことは別の関数で置き換えることで,十分に修正できるモデルであることも検証できた.(2)ウエハースケールでのパターン作製マイクロコンタクトプリンティング(以下,MCP)法を用いることで,SiO_2表面上のPDMSモールドに倣ったOTSの分子膜を転写した.これにより,典型的には10mm×10mmの領域に親水/疎水パターニングが行え,従来の電子線照射法と比較してパターニング領域を数十倍に拡張でき,そのプロセス時間も飛躍的に短縮できることとなった.また,同広領域パターンに対してポリスチレン微粒子の選択自己整列を試みたところ,幅数10μmの六方最密充填の微粒子列をほぼ全域に渡って形成させることに成功した.したがって,実際のデバイスレベルの大きさまで微粒子整列構造を拡張でき,今後は光導波路などの機能評価が行える段階まで研究を進めることができたといえる.

Si基板上に作製した親水性のSiO2と疎水性のOTS-SAMから構成される親水/疎水パターンを対象として,以下の(1)および(2)について実施したので報告する.(1)濡れ広がりに対応した球状微粒子整列機構のモデル化ライン・アンド・スペース状の親水/疎水パターンが液体(懸濁液)から引き上げられたときの,親水部上での液体の濡れ広がり形状を簡単な近似を行うことによりパターン形状の関数として表現した.これにより,微粒子が自己整列するための必要条件として,接触線近傍での局所的接触角が一定値以下であることを定量的に示すことができた.一部の指数関数近似に問題があったため,実際の実験結果と整合していないケースも生じたが,局所接触角の計算値に一般性を欠いていた.しかし,このことは別の関数で置き換えることで,十分に修正できるモデルであることも検証できた.(2)ウエハースケールでのパターン作製マイクロコンタクトプリンティング(以下,MCP)法を用いることで,SiO_2表面上のPDMSモールドに倣ったOTSの分子膜を転写した.これにより,典型的には10mm×10mmの領域に親水/疎水パターニングが行え,従来の電子線照射法と比較してパターニング領域を数十倍に拡張でき,そのプロセス時間も飛躍的に短縮できることとなった.また,同広領域パターンに対してポリスチレン微粒子の選択自己整列を試みたところ,幅数10μmの六方最密充填の微粒子列をほぼ全域に渡って形成させることに成功した.したがって,実際のデバイスレベルの大きさまで微粒子整列構造を拡張でき,今後は光導波路などの機能評価が行える段階まで研究を進めることができたといえる.