ブロックコポリマーテンプレート法によるスマート量子電極の開発

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ブロック共重合体リソグラフィ(BCL)は、トップダウン・ボトムアップ融合型のナノパターニング手法として注目されている。本手法は、ブロック共重合体のミクロ相分離したナノドメインをリソグラフィのテンプレートとして用いることを特徴としている。本研究では、ブロックコポリマー(BCP)テンプレートプロセスによる電界放射、半導体光機能、圧電特性などを有する超高密度ナノワイヤーアレイ(ZnO、ZnO-Au、ZnO-ZnS)薄膜の作製とその構造特異的機能探索を目的とする。また、ナノワイヤーアレイのロッドの直径、長さおよび密度と電流効率の相対関係の評価、ナノセンサーアレイ、光電子デバイスとしての光電特性の評価を目指す。電子線・レーザーを使う加工技術やナノインプリントリソグラフィーは、プロセスが複雑で莫大なコストがかかり、作製効率が低いため、50nm以下のナノ配列体材料の作製は困難である。この点に関して、ブロックコポリマー(BCP)は溶融体、固体、溶液状態においても、組成などの要素パラメータを制御することにより、様々な形態を自己組織的に形成するため、強い注目を集めている。我々は、c軸が基板に垂直に配向した結晶系を有する純度の高いZnOナノ粒子のパターン化配列体を、BCPテンプレートを用いた簡便な合成法で作製した。また、PEOシリンダーと同サイズの純粋な結晶性単一ナノ粒子を、BCP膜中のそれぞれのシリンダーと完全に同じ場所に得られることを明らかにした。さらに、六方に配列したPEOドメインの周期構造(直径と中心間距離)がBCPの構成成分の体積分離を変化させることで制御できることを示した。結晶性のZnOナノロッドのパターン化配列体は、密度制御されたZnOナノワイヤの垂直生長の触媒となり、ナノ発電体、ナノ圧電体、ナノセンサー、太陽電池など幅広い応用が期待される。