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Electron beam-induced reaction of polymer films containing chromic dye molecules

酸クロミック分子を含む薄膜の電子線反応とナノ発色パターン形成

榎本 一之; 湯浅 加奈子*; 加藤 順*; 松下 晴美*; 山下 俊*; 伊藤 和男*; 吉田 勝; 前川 康成

Enomoto, Kazuyuki; Yuasa, Kanako*; Kato, Jun*; Matsushita, Harumi*; Yamashita, Takashi*; Ito, Kazuo*; Yoshida, Masaru; Maekawa, Yasunari

電子線記録システムに適用できる、電子ナノビームによりクロミック挙動を示す有機薄膜の創製を目的に、電子線で酸を発生する分子(酸発生剤)と酸性で発色又は蛍光を呈する環境クロミック分子を含む高分子薄膜について、電子線によるクロミック分子の反応挙動と、電子線描画装置によるナノ発色パターン形成性を検討した。酸発生剤(phenyl-p-toluenesulfonate)存在下、環境クロミック分子であるrhodamine B base(RB)及び4,4'-bis(dimethylamino)benzhydrol(BH)のpolymethylmethacrylate(PMMA)薄膜は、それぞれ、照射線量の増加に伴い560nm及び610nmの吸収が単調増加し赤色及び青色を呈した。このことは、クロミック分子が電子線により発生した酸(H$$^{+}$$)でプロトン化し、選択的にRB-H$$^{+}$$体及びBH-H$$^{+}$$体を与えることで発色したことを意味する。次いで、酸発生効率が高く可視領域の吸収変化が大きく変化したBH/PMMA薄膜の電子線描画装置(50nm径)によるナノ発色パターン形成性を評価した。照射線量10$$mu$$C/cm$$^{2}$$での電子線描画後、露光部と未露光部とで色調が変化し、ドットパターンで200nm、L/Sパターンでは100nmの分解能を示す発色パターンが観察された。

A color forming performance for fabricating nanoscale patterned polymer films has been examined using electron beam direct writing (EBDW) techniques. Upon EB irradiation the poly(methyl methacrylate) film consisting of 3 wt% bis(dimethylamino)benzhydrol and the equimolar sulfonium salt has an absorption band at 560 nm, which is assigned to protonated benzhydrol. The appearance of the new band at 560 nm with an isosbestic point in the spectral changes of indicates the quantitative transformation from colorless benzhydrol to the protonated form. The film is then exposed with a raster scanning by EBDW. Upon EB irradiation they also undergo chemical changes to provide optical differentiation between the exposed and unexposed regions. The blue-colored line/space patterns of 100 - 200 nm with a dose of 10 $$mu$$C/cm$$^{2}$$ are achieved.

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