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垂直配向メソポーラスシリカ膜の新形成技術


概要:約3nmの細孔チャンネルが膜厚方向に規則的に配列したメソポーラスシリカ膜の合成方法を見出すとともに、その形成機構を明らかにした。

 メソポーラスシリカは薄膜化することによって材料としての真価が発揮されると考えられ、その発見以来多くの研究機関で薄膜化の研究が進められている。メソポーラスシリカの薄膜応用においては、細孔チャンネルが膜面に垂直配向した「垂直配向メソポーラスシリカ膜」が有利であると考えられている。しかし、これまでの研究で得られた膜は、細孔チャンネルが膜面に平行に配列したメソポーラスシリカ膜のみであり、垂直配向膜の作製は困難とされてきた。我々は、新規ポリシリケートを中間体とすることによって、垂直配向膜の作製に成功した。本材料は、低誘電率層間絶縁膜やテラビットクラスの記録メディアなど、IT分野の基盤材料として期待される。



図1

図1 垂直配向メソポーラスシリカ膜

本研究で得られた垂直配向メソポーラスシリカ膜のTEM像を示す。非晶質シリカの壁に隔てられた約3nmの細孔がハニカム状に並んでいる。



図2 図2
図2

図2 層状ポリシリケート膜

メソポーラスシリカ膜合成の中間生成物である層状ポリシリケートのTEM像を示す。電子線回折図形から、α-Na2Si2O5に類似した結晶構造を持ち、シリケートシートが紙面に平行に積層していることが分かる。



図3

図3 細孔形成過程

細孔形過程を捉えたTEM像を示す。黒い縞模様が屈曲して、細孔が形成される様子が直接観察されている。黒い縞模様は、非晶質酸化珪素層を示している。メソ細孔が、紙面に対して垂直に形成されている。

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