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Electron-beam-induced color imaging of acid-chromic polymer films

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

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

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

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。

Polymer films with acid-responsive chromic dyes and acid generators have been designed for an electron beam (EB)-induced color imaging system. Arylsulfonic acid esters and triphenylsulfonium salts were used as an EB-sensitive acid generator; the acid (H$$^{+}$$) allows a chromic reaction with rhodamine B base (RB) and 4,4'-bis(dimethylamino)benzhydrol (BH) to be triggered. Upon EB irradiation, poly(methyl methacrylate) (PMMA) films consisting of RB or BH and acid generators exhibited a characteristic absorption band with $$lambda$$max at 560 and at 612 nm, respectively, and an isosbestic point. These spectral changes clearly indicate that colorless chromic dyes in PMMA are transformed selectively to the colored form. The color imaging of these films was performed by electron beam direct writing (EBDW) with a 50 nm diameter beam to form 100 - 1000 nm line and space patterns and was evaluated by optical and confocal laser microscopy. EBDW on the acid chromic polymer films, especially for BH, yielded clear color imaging of 100 - 200 nm line and space patterns with a dose of only 10 $$mu$$C/cm$$^{2}$$. The confocal laser microscopy gave thinner lines than the laser wavelength (632.8 nm), probably because of the large change in refractive index of the patterned film induced by EB irradiation even with a low energy dose.

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分野:Chemistry, Physical

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