【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5255
利用課題名 / Title
２次元ナノ相分離材料の相分析
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/Electronic microscope,センサ/Sensor,スパッタリング/ Sputtering
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
阿部 英樹
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
庄司 州作
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
池田 直樹,藤井 美智子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-647：FE-SEM+EDX [S-4800]
NM-648：FE-SEM+EDX [SU8000]
NM-642：電子銃型蒸着装置 [MB-501010]
NM-649：FE-SEM+EDX [SU8230]
NM-203：誘導結合プラズマ発光分析装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
新しいパターニング手法により、白金–セリウム合金膜をシリコンウェハー上に成膜し、酸素–一酸化炭素雰囲気下で相分離を誘導することで、金属ナノファイバーの二次元ナノパターンが実現されました。得られたナノパターン薄膜（Pt#CeO₂/Si）は、白金と酸化セリウムから構成され、平均パターン幅は50 nmであり、水素の吸脱着に対して高感度な電気応答を示す水素センサーとしての可能性を有しています。この新たなパターニング技術は、従来の光リソグラフィーにおける波長制限という課題を克服し、先端的なセンサーや電子デバイス応用において重要な50 nm以下のパターン形成をスケーラブルに実現する手法を提供します。
実験 / Experimental
Pt₂Ce合金のスパッタリングターゲットは、白金（Pt）およびセリウム（Ce）の金属インゴットを原子比Pt:Ce = 2:1で混合し、純アルゴン（Ar）雰囲気中でアークトーチを用いて溶融することにより作製されました。このPt₂Ceターゲットを用いて、厚さ約50±1 nmのPt–Ce合金薄膜をシリコン基板（Siウェハー：厚さ380 μm）上に室温でスパッタリングにより成膜しました。その後、このPt–Ce薄膜は、600 °Cにおいて、体積比でCO 2 ml min⁻¹、O₂ 1 ml min⁻¹、Ar 47 ml min⁻¹の混合ガス流中で1時間の雰囲気処理を施されました。
結果と考察 / Results and Discussion
走査型電子顕微鏡（SEM）観察により、成膜直後のPt–Ce薄膜の均一性が確認されました（図a）。エネルギー分散型X線分光法（EDX）マッピングにより、成膜直後の薄膜中において白金（Pt）およびセリウム（Ce）が均一に分布していることが明らかになりました。PtとCeの原子比はPt/Ce = 1.95 ± 0.05であり、他の元素の混入は認められませんでした。一方で、雰囲気処理を施したPt–Ce薄膜では、ナノ相分離が顕著に観察されました（図bおよびc）。Ptの繊維状相が相互に接続したネットワーク構造を形成しており、その幅は40 nm未満でした。この構造により、Pt金属の二次元ナノネットワークが形成され、隣接するPt相の間からSi基板が可視化される“ネガ画像”のようなPt分布が得られました（図c）。CeおよびOは主にPt相上に集中して存在していました。EDXによって定量されたPtとCeの平均原子比はPt/Ce = 1.86 ± 0.05でした。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
SEM images of the as-deposited Pt-Ce film (a) and the atmosphere-treated Pt-Ce film (b). EDX mapping images of the atmosphere-treated Pt-Ce film (c), where the red, cyan, green, and blue-colored images represent elemental mapping of Pt, Si, Ce, and O, respectively.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は、文部科学省の「マテリアル先端リサーチインフラ（ARIM）」の支援を受けて実施されました。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Sherjeel Mahmood Baig, Sub-50 nm patterning of alloy thin films via nanophase separation for hydrogen gas sensing, Nanoscale Advances, 6, 2582-2585(2024).
DOI: 10.1039/D4NA00071D
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Sherjeel Mahmood Baig, Electrically Interconnected Platinum Nanonetworks for Flexible Electronics, ACS Omega, 10, 11562-11566(2025).
DOI: 10.1021/acsomega.5c00237
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件