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論文

Pulse radiolysis study on a highly sensitive chlorinated resist ZEP520A

保坂 勇志*; 大山 智子; 大島 明博*; 榎本 智至*; 鷲尾 方一*; 田川 精一*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 26(6), p.745 - 750, 2013/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:63.88(Polymer Science)

ポジ型塩素系電子線レジストZEP520Aは高感度・高分解能・高エッチング耐性を持つレジストとして知られている。本研究では大阪大学Lバンドライナックのパルス電子ビーム(エネルギー28MeV)を用い、ジクロロメタンおよびテトラヒドロフラン(THF)溶液中のナノ秒パルスラジオリシス法によって反応機構を調査した。その結果、解離性電子付着による塩素の脱離と電荷移動錯体の生成による複数の主鎖切断経路が存在することが確認され、主鎖切断のG値が約8と高い理由が明らかになった。また、THFに溶かした高濃度溶液を用いた実験ではZEP520Aの直接イオン化による生成物が確認された。このことから、固体レジスト中(微細加工時の状態)での放射線化学反応の初期過程が、溶液を用いた実験でシミュレートできることが分かった。

論文

$$gamma$$-ray irradiated organic thin film transistors based on perfluoropentacene with polyimide gate insulator

高柳 佑太郎*; 大内 啓邦*; Duan, Z.*; 奥川 孝紀*; 柳 雄一郎*; 吉田 哲*; 田口 光正; 平尾 敏雄; 西岡 泰城*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 25(4), p.493 - 496, 2012/08

 パーセンタイル:100(Polymer Science)

有機薄膜トランジスタは軽量でフレキシブルなため、宇宙船や人工衛星への利用が期待されている。そこで、シリコン/ポリイミド/パーフルオロペンタセン/金構造を有するN型トランジスタを作製し、その耐放射線性を評価した。宇宙船に4年間積載した線量に相当する1200Gyの$$gamma$$線を照射したところ、ドレイン電流値は徐々に増加した。スレショルド電圧は400Gyの照射で33V程度から25V程度まで減少するものの、600Gy以上の照射で一時的に回復する傾向が見られた。一方、キャリアのモビリティは1200Gyまでほぼ一定であった。以上のことは、ポリイミド界面に蓄積した正孔の影響を考慮することにより説明できた。

論文

Microprocessing of arched bridge structures with epoxy resin by proton beam writing

高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; et al.

Journal of Photopolymer Science and Technology, 25(1), p.43 - 46, 2012/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:89.56(Polymer Science)

The proton beam writing (PBW) with energy of several MeV ranges is a unique tool of three-dimensional microprocessing for a polymer material. Three-dimensional structures like a bridge structure can be fabricated by the double exposures of PBW with two deferent energies followed by the one-time development using etching solution. In this study, the fabrication of an arched bridge was attempted by means of the supercritical drying with liquid carbon dioxide to a SU-8 photoresist film, as the polymer material, coated on a substrate of epoxy sheet, after the PBW process. In the exposures, two patterns of bridge girders and piers were written with 0.5 and 3 MeV proton beams to the SU-8 photoresist films, respectively. After these writings, the photoresist films were developed with the solution of diacetone alcohol and rinsed with the solution of isopropyl alcohol. Then the supercritical drying with liquid carbon dioxide was used at 12 MPa, 40$$^{circ}$$C. As the results, the bridge structures with curved girders to the vertical direction were formed due to the swelling effect of the photoresist film on the drying. In the conference, the microprocessing method of the bridge structure and the swelling effect of the photoresist film will be represented in detail.

論文

Micro-fabrication of biodegradable polymers using focused ion beam

大久保 聡*; 高橋 朋宏*; 高澤 侑也*; 五輪 智子*; 佐々木 隆*; 長澤 尚胤; 玉田 正男; 大島 明博*; 田川 精一*; 鷲尾 方一*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 23(3), p.393 - 397, 2010/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:85.36(Polymer Science)

ポリカプロラクトン,ポリブチレンサクシネート・アジペート共重合体などの生分解性プラスチック材料に集束イオンビーム(FIB)を照射して直接エッチング処理を施すことで、ナノメートル分解能で微細加工が可能となった。フィルムあるいはスピンコートにより作製したシート状生分解性プラスチックにGaイオンのFIBを照射して、250ナノメートルの線幅を有する微孔膜や歯車などをナノメートル分解能で微細加工することに成功した。これらのことから、FIBを製造手段として生分解性プラスチックの医用・電子デバイス及びマイクロマシン分野への応用利用が期待される。

論文

Ion beam irradiation effects on resist materials

五輪 智子*; 高橋 朋宏*; 岡 壽崇; 村上 健*; 大島 明博*; 田川 精一*; 鷲尾 方一*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 23(3), p.399 - 404, 2010/08

6 MeV/u ion beams (Si$$^{14+}$$, Ar$$^{18+}$$, etc.) and 30 kV Ga$$^{+}$$ focused ion beam (FIB) were irradiated to a chemical amplified deep-UV resist and electron beam resist. The resist sensitivities were correlated with the energy deposition of ion beams, we obtained clear patterns of the resists. In contrast, crosslinking reaction of resist polymer was induced by the FIB irradiation, positive-negative inversion took place.

論文

Electron-beam-induced chromism combined with photo- or thermal reverse reaction for color imaging

榎本 一之; 前川 康成; 高野 幸子*; 岩崎 政和*; 成田 正*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 23(2), p.217 - 224, 2010/06

 パーセンタイル:100(Polymer Science)

光メモリーに比べ超高密度化が期待できる電子線を用いた記録素子材料への応用を目的に、スピロピラン及びジアリルアレーンを含むポリマー膜を用いて、電子線/熱、及び、電子線/光と異なる応答を示す可逆的ナノカラーイメージング方法を検討した。電子線による着色イメージを、スピロピランを用いた場合は熱により、ジアリルアレーンを用いたときは光により元の無色形に戻すことができた。そこで、スピロピラン及びジアリルアレーンを含むポリマー膜に電子線描画装置を用いてナノスケールのカラーイメージングを行ったところ、それぞれ200nm, 100nmの解像度でカラーによるパターン形成ができた。このカラーイメージは加熱及び露光処理により初期状態に戻せることが確認できた。これは、熱又は露光による逆反応と組合せた可逆的電子線カラーイメージングの初めての例である。

論文

Control of radial size of crosslinked polymer nanowire by ion beam and $$gamma$$ ray irradiation

佃 諭志*; 麻野 敦資*; 杉本 雅樹; 出崎 亮; 関 修平*; 田中 俊一郎*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 23(2), p.231 - 234, 2010/06

 パーセンタイル:100(Polymer Science)

高分子薄膜に入射するイオンビームの飛跡に沿って生じる高濃度活性種により直径ナノオーダーの高分子架橋体を形成し、これを溶媒抽出してナノワイヤー化する単一粒子ナノ加工法では、その太さをイオンビームの線エネルギー付与(LET)により制御できる。このナノワイヤーを触媒材料へ応用するには、金属を内包させ直立構造に形成する必要があるが、現在イオン加速器で利用可能なLETの上限は約15,000ev/nmであり、直立構造を形成するために必要な太さのナノワイヤーが得られていない。そこで、ナノワイヤー径の制御範囲を拡張する方法として、イオン照射後に$$gamma$$線照射を行う新たな方法を開発した。ポリスチレン薄膜にXe 450MeVを照射した後、不活性ガス雰囲気で1Gy/sの$$gamma$$線を照射し、溶媒で未架橋部分を除去してナノワイヤーを作製したところ、$$gamma$$線の吸収線量に伴ってナノワイヤーの半径が増大し、170kGyで$$gamma$$線未照射試料に比べ約2倍に増大することが明らかになった。これは、架橋が不十分で溶媒で除去されていた外周部の分子鎖が、$$gamma$$線照射による架橋で溶媒除去の際に溶け残るようになったためである。今後この方法を、金属元素を内包したセラミックス前駆体高分子材料へ適用し、ナノワイヤー触媒材料の作製を試みる予定である。

論文

Long-lived intermediates in radiation-induced reactions of alicyclic polyimides films

Park, J.*; 榎本 一之; 山下 俊*; 高木 康行*; 戸高 勝則*; 前川 康成

Journal of Photopolymer Science and Technology, 22(3), p.285 - 287, 2009/08

 パーセンタイル:100(Polymer Science)

カプトンなどの全芳香族ポリイミド膜に匹敵する優れた膜特性を示す脂環式ポリイミド膜(A-PI膜)を用い、放射線グラフト重合法による燃料電池用電解質膜の合成に成功した。得られた電解質膜はナフィオンより高いイオン伝導度と機械・熱的安定性を示したため、A-PI膜はグラフト型電解質膜の高分子基材膜としての応用が可能であることが確かめられた。さらに、照射A-PI膜の紫外・可視光分光(UV-VIS)スペクトルより、可視光領域に吸収を持つ長寿命中間体の存在が確認できた。この中間体のUV-VISスペクトルの減衰と電子スピン共鳴によるラジカルの減衰の比較から、600, 420nmに吸収極大を持つ中間体が放射線グラフト重合を引き起こすアルキルラジカルであることから、A-PI膜の放射線グラフト重合における開始部位が確定できた。

論文

Synthesis and optical properties of EB induced refractive index lithography materials based on aliphatic polyimides

山下 俊*; 小川 睦樹*; 越川 博; 前川 康成

Journal of Photopolymer Science and Technology, 20(5), p.739 - 742, 2007/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:73.96(Polymer Science)

電子線を利用した導波路等の光学デバイス作製を目的として、耐熱性高分子であるポリイミド膜の電子線による屈折率変化を検討した。ポリイミド骨格に脂肪族アミンを導入することで、電荷移動が抑制でき、膜が透明無色化するとともに、その電子線感受性も向上した。特に、シクロヘキサン四カルボン酸二無水物とビス(4-アミノシクロへキシル)メタンからなるポリイミドはEB照射により、TM,TE両モードで屈折率が10$$^{-3}$$以上変化した。さらに、電子線による芳香族化反応が屈折率変化の要因であることも明らかとした。

論文

Refractive index change and color imaging of acid-chromic polymer films using EB-induced acid generation

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

Journal of Photopolymer Science and Technology, 19(1), p.105 - 110, 2006/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:91.4(Polymer Science)

高密度メモリなどの電子材料への適用を目的に、電子線で酸を発生する分子(酸発生剤)と酸性で発色する化合物(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挙動と電子線描画装置(50nm径)によるナノカラーイメージング形成性を検討した。このクロミック薄膜の電子線照射により、酸が発生し、プロトン化したクロミック分子が発色することを利用している。電子線描画装置により、ナノスケールのカラーイメージングを試みた。50$$mu$$Ccm$$^{-2}$$の照射量で、解像度100nmでライン/スペースのカラーイメージングが実現できた。さらに、電子線照射により、大きく屈折率が変化することを、m-line法によるTM及びTEの両モードで確認できた。

論文

Electron-beam-induced fries rearrangement and oxidation reactions of sulfonic acid esters in crystalline state

湯浅 加奈子; 榎本 一之*; 前川 康成; 加藤 順*; 山下 俊*; 吉田 勝

Journal of Photopolymer Science and Technology, 17(1), p.21 - 28, 2004/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:67.26(Polymer Science)

電子線感受性や反応選択性の高い有機分子の設計を目的に、スルホン酸誘導体を合成し、その結晶状態でのFries転位及び酸化反応挙動を詳細に検討した。phenyl p-toluenesulfonate(1a)結晶は、電子線照射によりFries転位が進行し、o, p-Fries転位体,分解生成物であるフェノールに加え、光反応では報告例のないFries転位体の酸化体を与えた。反応初期、結晶格子支配により1aのFries転位体はo-体のみを選択的に生成した。室温で液体のphenyl benzenesulfonate(1b)は、1aと同様、o, p-Fries転位体,フェノール及び酸化体を与えた。1bは、電子線に対して高反応性を示したが、Fries転位体の位置選択性は低かった。一方、phenyl 1-naphthalenesulfonate結晶は、酸化体の生成なしにo, p-Fries転位体及びフェノールを与えた。上記スルホン酸誘導体の反応は、電子線照射によりS-O結合が選択的に開裂し、Fries転位体を与えること,電子線固有である酸化体の生成は、空気酸化やo-Fries転位体同士の酸化還元反応により生成するのではなく、系中に存在する分解物による酸化反応より生成することがわかった。

論文

Electron-beam induced reactions of sulfonium salts in a crystalline state

榎本 一之*; 前川 康成; Moon, S.; 下山 純治*; 後藤 一幸*; 成田 正*; 吉田 勝

Journal of Photopolymer Science and Technology, 17(1), p.41 - 44, 2004/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:89.03(Polymer Science)

酸発生剤であるトリフェニルスルホニウム塩(1)結晶に電子線照射すると、光反応とは異なり、1にフェニル基が置換したビフェニル置換スルホニウム塩(2)を中間体として与える。ビフェニル体2の反応率は1の3.7倍と、電子線レジスト薄膜としての高感度化が示唆された。本論文では、スルホニウム塩結晶の電子線反応性や選択性に及ぼすカチオン部位と対アニオンの効果を調べ、電子線に対して感受性の高い酸発生剤の設計指針を得ることを目的とする。スルホニウム塩のカチオン部位にビフェニル及びジフェニルスルフィドを導入した2p, phSを別途合成し、電子線反応を行った。その結果、2p及びphSの分解速度は一次速度式で最適化でき、速度定数($$times$$10$$^{4}$$s$$^{-1}$$)は1で3.7、2pで14、phSで21であった。放射線感度の指標となるイオン化ポテンシャル(Ip)は、ベンゼンで9.24、ビフェニルで8.16、ジフェニルスルフィドで7.85である。このことから、より低いIpを有する置換基をカチオン部位に導入することで、スルホニウム塩の分解速度が増加することがわかった。また、芳香族系対アニオンを有するスルホニウム塩は、非晶化前後で速度定数が2倍増加し、脂肪族系よりも高感度を示した。

論文

Electron beam-induced reactions of a sulfonium salt in the solid state for chemically amplified electron beam resists; Comparison with photolytic reactions

Moon, S.; 前川 康成; 吉田 勝

Journal of Photopolymer Science and Technology, 15(3), p.423 - 426, 2002/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.93(Polymer Science)

ナノレベルの高い解像力が期待される化学増幅型電子線レジストは次世代半導体デバイスのナノ加工のためのもっとも有力な候補の一つである。化学増幅型レジストはオニウム塩から発生した酸の触媒連鎖反応を利用している。しかし、現在、オニウム塩の電子線反応性に関する報告は少なく、オニウム塩の電子線反応の理解及び構造の最適化が電子線レジストの高性能化に必要である。そこで、われわれはメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム塩1を合成し固相でのスルホニウム塩1の電子線及び光反応性を生成物分析の観点から比較した。スルホニウム塩1の電子線照射によりベンゼン置換スルホニウム塩2の生成を見いだした。この新規スルホニウム塩2は、照射初期段階で反応中間生成物として蓄積し、線量の増加と伴って分解し最終生成物を与えた。2の生成量は、照射量806$$mu$$C/cm$$^{2}$$で最大値に達し、全生成物の25%を示した。一方、スルホニウム塩1の光照射(254nm)でも、新規塩2の生成は僅かに認められたが、最大生成量を示した150J/cm$$^{2}$$で全生成物の3%以下だった。これらの結果は、新規スルホニウム塩2が電子線反応の特有のメカニズムにより生成していることを示している。現在、電子線照射による新規スルホニウム塩2の生成は、スルホニウム塩1の分解により生じたフェニルカチオン中間体を経る光反応と異なり、フェニルラジカル中間体によるラジカル機構に起因すると考えている。

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