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プラズマエッチングによるナノ構造発現メカニズムの解析と応用

Research Project

Project/Area Number 12J09423
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Plasma science
Research InstitutionKochi University of Technology

Principal Investigator

針谷 達  高知工科大学, 工学部, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsプラズマエッチング / プラズマCVD / ダイヤモンドライクカーボン / アモルファスカーボン / ナノ構造体 / X線反射率測定 / ダイヤモンド
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、原料ガスとしてCOガスを用いることで、プラズマCVD法による水素を含まないDLC薄膜の作製と評価を行った。COガスを原料とし、RF(13.56MHz)プラズマCVD法により、Si基板上にDLC薄膜を成膜することに成功した。膜特性は、硬さ15GPa、屈折率2.06、水素含有量4atm%、酸素含有量20atm%であった。COガスから作製したDLC薄膜は、C2H2から作製したDLC薄膜に比べ、低抵抗であることを確認した。合成圧力を40Paとしたとき、COガスから作製したDLC薄膜のシート抵抗は、約2×10^4Ω/□であり、膜硬度は14GPaを示した。
本研究では、プラズマと基材とのナノ界面に焦点をあて、DLCの酸素プラズマエッチングによるナノ構造体形成過程を明らかにした。ナノ構造体形成過程において重要なナノ構造体の発現要因が金属堆積であることを明らかにし、スパッタによる金属堆積とエッチングによるDLC加工の2段階プロセスによってナノ構造体を作製することに成功した。この2段階プロセスにより、堆積金属元素の違いが与えるナノ構造体形状の変化を明らかにした。酸素プラズマエッチングによるDLCナノ構造体の作製では、カーボンと反応性の高い金属元素を用いることで、ナノ構造体の長尺化・高密度化を実現した。さらに、XRR分析などから基材DLC薄膜の膜特性を明らかにした。また、COガスを原料としたプラズマCVD法により、DLC膜としての硬度を有した低抵抗カーボン膜の作製に成功した。
本研究の成果は、酸素プラズマエッチングによるDLC薄膜のナノ構造化プロセスを明確にした点と、プラズマCVD法による低抵抗DLC薄膜の実現にある。プラズマCVD法により成膜した低抵抗DLC膜は、新たなハードコーティング材料として期待されるだけでなく、プラズマエッチングによるナノ構造化により、従来のDLCナノ構造体に比べ低閾値電圧かつ高い耐電流特性を有する電界電子放出ナノ材料になると期待される。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2015 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (24 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Diamond-like carbon films from CO source gas by RF plasma CVD method2015

    • Author(s)
      Yuki Yasuoka, Toru Harigai, Jun-Seok Oh, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 54 Issue: 1S Pages: 01AD04-01AD04

    • DOI

      10.7567/jjap.54.01ad04

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Hydrophilic DLC Surface Induced by Nanostructures Formed by RF O2 Plasma Etching With Metal Micromasks2014

    • Author(s)
      Toru Harigai, Koyo Iwasa, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • Journal Title

      IEEE Trans. Plasma Sci.

      Volume: 42 Issue: 12 Pages: 3858-3861

    • DOI

      10.1109/tps.2014.2338352

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Analysis on Self-Organized Formation of Nanofibers on Diamond-Like Carbon Film Surface during RF O<sub>2</sub> Plasma Etching2013

    • Author(s)
      Toru Harigai, et. al.
    • Journal Title

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      Volume: 38 Issue: 3 Pages: 447-450

    • DOI

      10.14723/tmrsj.38.447

    • NAID

      130004676464

    • ISSN
      1382-3469, 2188-1650
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] X-ray Reflectivity Analysis on Initial Stage of Diamond-Like Carbon Film Deposition on Si Substrate by RF Plasma CVD and on Removal of the Sub-Surface Layer by Oxygen Plasma Etching2013

    • Author(s)
      Toru Harigai, et. al.
    • Journal Title

      Diamond Relat. Mater.

      Volume: 38 Pages: 36-40

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2013.06.004

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] X線反射率法を用いたRFプラズマCVD成膜におけるDLC膜界面の分析2015

    • Author(s)
      針谷達
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      2015-03-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸素プラズマエッチングによるDLCナノ構造体形成における基材膜質の影響2014

    • Author(s)
      針谷達
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] CO原料ガスを用いて合成したDLC膜の電気特性評価2014

    • Author(s)
      安岡佑起
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] COガスを用いたRFプラズマCVD法によるDLC膜の特性評価2014

    • Author(s)
      安岡佑起
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学
    • Year and Date
      2014-03-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] XRR Analysis on Multi-Layer Structure of DLC Film on Si Substrate by Single Pulse RF PIasma CVD2014

    • Author(s)
      Toru Harigai
    • Organizer
      8th International Conference on Reactive Plasmas and 31st Symposium on Plasma Processing
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2014-02-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of Diamond-Like Carbon Films Fabricated by RF Plasma CVD from CO Source Gas2014

    • Author(s)
      Yuki Yasuoka
    • Organizer
      8th International Conference on Reactive Plasmas and 31st Symposium on Plasma Processing
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2014-02-05
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrophilic DLC Surface Induced by Nanostructures Formed by RF O_2 Plasma Etching with Metal Micro-Masks2013

    • Author(s)
      Akimitsu Hatta
    • Organizer
      8th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology
    • Place of Presentation
      Taiwan
    • Year and Date
      2013-12-21
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrophilic Surface of DLC Coating with Nano-Fibers Induced by Plasma Etching2013

    • Author(s)
      Akimitsu Hatta
    • Organizer
      THERMEC'2013
    • Place of Presentation
      Las Vegas, USA
    • Year and Date
      2013-12-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Improved Wettability on DLC Film Surface with Nanostructures Fabricated by O_2 Plasma Etching with a Small Amount of Ni Deposition2013

    • Author(s)
      Akimitsu Hatta
    • Organizer
      26th Symposium on Plasma Science for Material
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2013-09-23
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] DLCのプラズマCVD法における初期高速成膜過程2013

    • Author(s)
      針谷達
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2013-09-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis on Diamond-Like Carbon Film by RF Plasma CVD from CO gas2013

    • Author(s)
      Toru Harigai
    • Organizer
      International Conference on Diamond and Carbon Materials2013
    • Place of Presentation
      Riva del Garda, Italy
    • Year and Date
      2013-09-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultra-Thin DLC Coating by Short Duration Single Pulse CVD2013

    • Author(s)
      Jun-Seok Oh
    • Organizer
      AEPSE2013
    • Place of Presentation
      Korea
    • Year and Date
      2013-08-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrophilic Surface of DLC Film with Nanostructures Formed by Ni Deposition and subsequent O_2 Plasma Etching2013

    • Author(s)
      Toru Harigai
    • Organizer
      21st International Symposium on Plasma Chemistry
    • Place of Presentation
      Cairns, Australia
    • Year and Date
      2013-08-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] COガスを用いたプラズマCVD法によるa-C膜の作製と評価2013

    • Author(s)
      安岡佑起
    • Organizer
      応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • Place of Presentation
      香川大学
    • Year and Date
      2013-07-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] DLCナノファイバーの作製と撥水性の評価2013

    • Author(s)
      角田祥明
    • Organizer
      応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • Place of Presentation
      香川大学
    • Year and Date
      2013-07-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Nanotexturing of DLC and Diamond Film Surfaces by RF O_2 Plasma Etching after Metal Deposition2013

    • Author(s)
      Toru Harigai
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2013-07-15
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrophilic or Hydrophobic DLC Surface with Nano-Fibers Induced by Cu Contamination from Electrode Sputtered during RF O_2 Plasma Etching2013

    • Author(s)
      Toru Harigai
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Sputtering and Plasma Processes
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2013-07-12
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] XRR Analysis on Sub-Surface Layer of Diamond-Like Carbon Film Deposited by RF Plasma CXRR Analysis on Sub-Surface Layer of Diamond-Like Carbon Film Deposited by RF Plasma CVD2013

    • Author(s)
      Toru Harigai
    • Organizer
      New Diamond and Nano Carbons Conference 2013
    • Place of Presentation
      Singapore
    • Year and Date
      2013-05-21
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] スパッタ・エッチングプロセスによるDLCナノ構造体の形状変化2013

    • Author(s)
      針谷達
    • Organizer
      2013年春季第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川大学
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] COガスを用いたRFプラズマCVD法によるアモルファスカーボン膜の作製2013

    • Author(s)
      安岡佑起
    • Organizer
      2013年春季第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川大学
    • Year and Date
      2013-03-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Control of Nanotexturing on DLC Surface by RF O_2 Plasma Using Thin Metal Layer2013

    • Author(s)
      針谷達
    • Organizer
      International Union of Materials Research Societies - Internatinal Conference on Electronic Materials 201
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2013-01-30
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Formation of nanostructures on DLC surface by O_2 plasma etching after depositing small amount of metal2013

    • Author(s)
      岩佐向洋
    • Organizer
      5th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2013-01-30
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] DLC膜のRF酸素プラズマエッチングによる高密度ナノ構造体形成2012

    • Author(s)
      針谷達
    • Organizer
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学・松山大学
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 異なる金属薄膜を用いたRF酸素プラズマエッチングによるDLCナノ構造体の作製2012

    • Author(s)
      岩佐向洋
    • Organizer
      2012年度応用物理関係学会中国四国支部学術講演会
    • Place of Presentation
      山口大学
    • Year and Date
      2012-07-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks] Hatta+Furuta Laboratory

    • URL

      http://plasma.eng.kochi-tech.ac.jp/

    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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