気相法による表面形成においてナノサイズクラスターの堆積が果たす役割の解明

• Project/Area Number: 18360376
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 島田 学 Hiroshima University, 大学院・工学研究科, 教授 (70178953)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 汪 偉寧 広島大学, 大学院・工学研究科, 助教 (20467765) ; 奥山 喜久夫 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00101197) ; ウレット レンゴロ 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 特任准教授 (10304403)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥15,300,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2008: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2007: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2006: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥9,100,000)
• Keywords: ドライプロセス / ナノ粒子 / 薄膜 / 融合 / 輸送現象 / 沈着 / プラズマ場 / エアロゾル / 付着 / 気中イオン / 移動現象

Research Abstract

本研究では、薄膜形成のためのドライプロセスにおいて、クラスター状の気中浮遊物質の堆積が有効となったり、あるいは望ましくなくなったりする条件を明らかにするために、クラスターおよびナノ粒子を固体表面に気相輸送し、付着させて、これにより生じる薄膜の形態などの性状と付着・堆積条件との関係を、主に実験的に解明することを目的として研究を行った。本年度の研究成果の概要は、以下のとおりである。
1.ナノ粒子およびクラスターの性状およびプラズマ電場の影響をより明確にできるように、前年度まで用いてきた実験装置を改良した。
2.堆積実験後の試験片表面、断面の観察、計測、および試験片の質量増加速度のモニタリングにより、クラスターの基板への到達頻度、輸送場の圧力、基板温度などの条件と堆積表面の形状の関係を明らかにした。堆積物の移動、融合により形成された島状構造、塊状・突起状形態の代表的サイズは、主に到達頻度と温度の増大により大きくなることがわかった。
3.分子状物質の堆積によって膜生成が起こる状況下で、ナノ粒子・クラスターが同時に堆積する場合の表面形態の検討を行ったところ、数十nm前後のサイズの粒子の堆積によって平坦膜の形成がもっとも阻害されることがわかった。
4.これまでの実験結果をふまえて薄膜形態の形成過程のモデルを考察し、膜の表面および内部の形態を決定づける主要な因子は、クラスター、粒子の表面への到達頻度と、表面移動、融合の時間スケールであることを明らかにした。粒子サイズ、濃度、沈着速度、気相輸送場の変化ならびに電場の影響の有無で生じるこれらの時間スケールのび相対的な違いにより、稠密な平坦膜、単位構造の大きい粗面膜、多孔のナノサイズ構造を有する空隙膜などがそれぞれ形成される条件が生じることがわかり、目的とする形態の薄膜をクラスター、ナノ粒子堆積によって形成するための指針が得られた。

Research Products

• [Journal Article] 高周波非平衡プラズマ中の微粒子の計測と制御 (2009)
  • Author(s): 島田 学
  • Journal Title: J. Vac. Soc. Jpn. 5 2(掲載決定)
  • NAID: 10025583995
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of the Synthesis Conditions on the Characteristics of Nanoparticles Produced in a Noneauilibrium Plasma Field (2008)
  • Author(s): Y. Hayashi
  • Journal Title: J. Chem. Eng. Japan 41 Pages: 62-68
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PECVDプロセスにおける生成ダスト微粒子のための小型レーザ光散乱モニタリング装置の開発 (2008)
  • Author(s): 林 豊
  • Journal Title: エアロゾル研究 23 Pages: 36-42
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vapor Condensation on Nanoparticles in The Mixer of a Particle Size Magnifier (2007)
  • Author(s): Fisenko, S. P.
  • Journal Title: International Journal of Heat and Mass Transfer 50 Pages: 2333-2338
• [Journal Article] CVDによるナノ粒子の生成プロセスにおける核生成と成長 (2006)
  • Author(s): 島田 学
  • Journal Title: 化学工学 70・12 Pages: 694-696
  • NAID: 10018634258
• [Presentation] Particle Dispersion Method for Inhalation Experiment (2008)
  • Author(s): Manabu Shimada
  • Organizer: NEDO-AIST-OECD合同国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都
  • Year and Date: 2008-04-23
• [Presentation] 非平衡プラズマによる金属酸化物・金属窒化物粒子の生成 (2007)
  • Author(s): 島田 学
  • Organizer: 第46回CVD研究会
  • Place of Presentation: 名古屋市・名古屋大学
  • Year and Date: 2007-12-03
• [Presentation] 高周波非平衡プラズマを用いたナノ粒子合成プロセスの測定による評価 (2007)
  • Author(s): 犬飼邦明
  • Organizer: 第24回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • Place of Presentation: 和光市・国立保健医療科学院
  • Year and Date: 2007-08-09
• [Presentation] Synthesis of Group 13 Nitride Nanoparticles by Microwave Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (2007)
  • Author(s): M. Shimada
  • Organizer: 20th Symposium on Plasma Science for Materials
  • Place of Presentation: 名古屋市・名古屋大学
  • Year and Date: 2007-06-22
• [Book] Nanoparticle Technology Handbook (2007)
  • Author(s): M. Shimada
  • Publisher: Elsevier