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Micro-orientation control of silicon polymer thin films on graphite surfaces modified by heteroatom doping

ヘテロ原子ドーピングによる表面改質を行ったグラファイト上におけるシリコンポリマー薄膜の微細配向制御

下山 巖; 馬場 祐治; 平尾 法恵*

Shimoyama, Iwao; Baba, Yuji; Hirao, Norie*

イオンビームによりヘテロ原子ドーピングを行ったグラファイト基板上に蒸着したポリジメチルシラン(PDMS)薄膜の配向構造を調べるため、吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法を用いた。Si ${it K}$端NEXAFSスペクトルは非照射基板上とN$$_{2}$$$$^{+}$$照射基板上で互いに逆の傾向を示す偏光依存性を示し、Ar$$^{+}$$イオン照射基板上では偏光依存性を示さなかった。第一原理計算によるNEXAFSスペクトルの理論的解釈に基づき、PDMSは非照射基板で水平配向、N$$_{2}$$$$^{+}$$照射基板上で垂直配向、Ar+イオン照射基板上でランダム配向をとることがわかった。我々はさらに光電子顕微鏡を用いた分析を行い、同一基板上で照射・非照射領域が分離した表面でPDMS薄膜が$$mu$$mオーダーで異なる配向を持ちうることを見いだした。これらの結果は集光イオンビームを用いたグラファイトの表面改質が有機薄膜のための新たな微細配向制御法となる可能性を示唆している。

NEXAFS spectroscopy is applied to study orientation structures of polydimethylsilane (PDMS) films deposited on heteroatom-doped graphite substrates prepared by ion beam doping. The Si ${it K}$-edge NEXAFS spectra of PDMS show opposite trends of polarization dependence for non irradiated and N$$_{2}$$$$^{+}$$-irradiated substrates, and show no polarization dependence for an Ar$$^{+}$$-irradiated substrate. Based on a theoretical interpretation of the NEXAFS spectra via first-principles calculations, we clarify that PDMS films have lying, standing, and random orientations on the non irradiated, N$$_{2}$$$$^{+}$$-irradiated, and Ar$$^{+}$$-irradiated substrates, respectively. Furthermore, photoemission electron microscopy indicates that the orientation of a PDMS film can be controlled with microstructures on the order of $$mu$$m by separating irradiated and non irradiated areas on the graphite surface. These results suggest that surface modification of graphite using ion beam doping is useful for micro-orientation control of organic thin films.

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分野:Chemistry, Physical

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