分子動力学法による自己組織化単分子膜表面上の液滴に対する濡れ特性の評価

摘要

近年，半導体を利用した電子機器のさらなる発展に伴い，半導体デバイスの小型化，性能向上を図る高集積化が要求され，発熱密度の増加が懸念されている．そのため，半導体の冷却の際に重要となるチップと電極などの固体間接合界面における熱輸送効率の向上は性能向上の観点から重要な課題である．しかしながら，固体表面には微小な粗さが存在するため，接触状態においてはこの固体間にはギャップが生じる．一般に，このギャップを埋め界面熱抵抗を低減する方法として，液体材料や高分子材料で構成されるTIM（Thermal Interface Material,熱界面材料）が用いられているが，ギャップに対する液浸入が不十分な場合，局所的に気泡が残存し（あるいは繰り返し動作によって気泡が侵入），固液の接触面積が減少して固体間の接触熱抵抗を増大させると考えられる．そこで，我々は有機分子修飾膜の一つであるSAMを適用することにより，SAMと溶媒の親和性を制御し，界面熱輸送を促進することに着目した．SAMとは，金属や酸化物などの固体基盤表面上に化学吸着し，有機分子鎖間の分子間力で規則的に配列することで形成される単分子膜であり，その基板の最表面の物理的，化学的性質を改質することが可能である．これまでに，SAMと溶媒の界面における界面熱輸送特性は，界面親和性と強い相関があるという報告があり，親和性と様々な表面特性との相関性に関する研究は重要であると考えられる．しかし，一般に固液親和性評価に用いられるYoungの方程式は固体表面が流体分子に及ぼす正味の横力が接触線の周りでゼロである系にのみ適用可能であり，官能基で終端された固体表面を持つシステムでは容易に破綻することが考えられる．そこで本研究では，ソフトな界面における濡れ特性を調査するために，平坦なAu基盤に付着したSAM表面上の液滴のMDシミュレーションを行い，ポテンシャルエネルギーおよび接触角の観点から評価を行った．