Self-ordering of polysilanes on metal and semiconductor surfaces

金属及び半導体表面におけるポリシランの自己組織化について

Mannan, M. A.*; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 下山 巖   ; 平尾 法恵; 成田 あゆみ; 永野 正光*; 野口 英行*

Mannan, M. A.*; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Shimoyama, Iwao; Hirao, Norie; Narita, Ayumi; Nagano, Masamitsu*; Noguchi, Hideyuki*

シリコン系ポリマーの薄膜は、炭素系のポリマーに比べて、高い電気伝導度や紫外線発光特性など優れた性質を持つうえに、熱的にも安定であるため、新しい有機デバイス材料として注目されている。このような一次元状のポリマー薄膜の電気的,光学的特性は、ポリマーの配向に大きく依存する。本研究では、最も簡単なシリコンポリマーであるポリジメチルシラン(PDMS)が、固体表面上で自己組織化的に配向し、しかも表面の状態や温度変化により、表面に平行,垂直など種々の向きに整然と配向することを見いだした。具体的には、金属の銅表面,酸化物のインジウムスズ酸化物(ITO),高配向性グラファイト(HOPG)表面にポリジメチルシランを、膜厚を制御しながら1層ずつ蒸着し、水平偏光した放射光を用いてシリコンK-吸収端のX線吸収スペクトルの入射角依存性を測定した。その結果、銅,ITO表面に蒸着した多層膜では、PDMSは表面に垂直に配向するのに対し、HOPG表面では表面に平行に配向することがわかった。このことから、表面第1層の平坦さが、1層目のPDMSの配向を決定し、2層目以降もその配向を維持しながら堆積していくことがわかった。

The electric and optical properties in thin films of one-dimensional polymers strongly depend on the molecular orientation, so the molecular orientations of polydimethylsilane (PDMS) on various metal and semiconductor surfaces have been investigated. The substrates investigated were copper, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), and indium tin oxide (ITO). The orientations were studied by Si K-edge near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS). Polarization dependences of the NEXAFS spectra showed that the PDMS molecules are self-ordered and the backbones of the polymers are perpendicularly oriented on copper and ITO surfaces. While, it was found that the molecular orientation of PDMSs on HOPG surface is reverse to those on copper and ITO surfaces, i.e., nearly parallel to the HOPG surface. It was concluded that the flatness of the surface determines the orientation of the first layer, and the orientation of the succeeding layers follow the first layer.