大気圧プラズマを用いた硬脆難加工材料のナノ製造プロセスの開発
| Project/Area Number |
19J20167
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
SUN RONGYAN 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | プラズマ援用研磨法（PAP） / 吸着力 / ビトリファイド砥石 / ドレスフリー研磨法 / プラズマCVM / エタノール添加 / 安定なグロー放電 / 反応生成物再堆積 |
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| Outline of Research at the Start |
SiC, GaN等のワイドギャップ半導体は高温下で使用できる高耐圧パワーデバイス用材料として、また、焼結SiCや超硬合金は高精度ガラスレンズの金型用材料として必要不可欠である。しかしながら、既存の機械的な加工技術では加工能率が低く、スクラッチやダメージ層の増大により材料物性が劣化するため、高品位かつ高能率に加工できる新たな手法の開発が望まれている。本研究では、高速ドライエッチングによる形状創成とプラズマ照射による軟化表面の軟質砥粒による研磨仕上げから構成される『プラズマナノ製造プロセス』を構築し、硬脆機能材料に対するスラリーを用いない革新的な高能率ダメージフリー加工プロセスを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
AlNセラミックスは高硬度、電気絶縁性、高熱伝導率などの特性を有することから、ヒートシンクやマイクロエレクトロニクスデバイス作製用の基板に適している。AlNはGaNと近い格子定数と熱膨張係数を有するため、GaNのエピタキシャル成長用基板として期待されている。しかしながら、AlNセラミックスは焼結体材料であるため、従来の機械的な加工プロセスを適用した場合、AlN粒子間の結合強度が弱いため、表面から粒子が脱落する「脱粒」という現象が生じやすい。実際、加工後の表面には、脱粒により形成されたと推測されるピットが数多く存在し、高品質な平滑表面が得られていない。脱粒を防ぐために極低研磨圧力が不可欠だが、従来の機械研磨は極低研磨圧力下で殆ど進行できない。これらの問題を解決するため、当該研究グループはプラズマ援用研磨法(Plasma-assisted polishing: PAP)の適用を提案している。PAPにおいては、プラズマにより生成した反応ラジカルの照射により高硬度な表面を改質して軟質化する。つぎに、軟質砥粒や極低研磨圧力条件を用いて、軟質化した表面層のみを除去することで、スクラッチ痕や脱粒ピットが無い表面が高能率に得られる。前年度に、私はビトリファイドボンド砥石とCF4を含有するプラズマを用いたプラズマ援用研磨を適用することで、従来の機械研磨プロセスでは研磨できない極低研磨圧力条件下でも研磨が進行し、脱粒フリーな高品位焼結AlN表面を得たが、研磨メカニズムはまだ不明である。プラズマ援用研磨法における研磨メカニズムを解明するため、CF4プラズマ照射前後の焼結AlN基板とダイヤモンド砥粒との吸着力の変化をフォースカーブで評価した。CF4プラズマ照射により、AlN基板とダイヤモンド砥粒との吸着力は約3倍増加した。これは極低研磨圧力下でPAPも進行できる理由の一つだと考えられる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(22 results)
