Effect of Precursor Solution Concentration at Spincasting on Physical Properties of Polystyrene Ultra-Thin Films

Abstract

スピンキャストにより作製した膜厚が慣性直径(～55 nm)以下のポリスチレン超薄膜について密度(ρ)，ガラス転移温度(Tg)，膜厚緩和時間(τ)といった諸物性に対する前駆体溶液の高分子濃度依存性を，エリプソメトリーおよび X 線反射率法により評価した．膜厚 22 nm の薄膜試料では，前駆体溶液が高分子鎖重なり濃度(C*)以下へ減少すると，バルク体に比べ，室温での ρ が増大したにもかかわらず，Tg は減少した．そこで，室温で乾燥した未緩和試料の τ を評価したところ，前駆体溶液濃度の減少とともに τ は減少することがわかった．体積構造緩和における τ の減少は高分子主鎖の絡み合い点間分子量の増大を示しており，これに伴う分子鎖内の局所運動性の増大が Tg の減少に寄与していることが示唆された．C* は溶液中の高分子鎖の分子間相互作用のしきい点であることから，超薄化に伴うガラス転移温度の変化において，前駆体溶液中の分子間相互作用が重要な役割を持つことが示唆された．