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室温原子層堆積法による複合酸化物超格子ガスバリア膜の創生

Research Project

Project/Area Number 20J10869
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

吉田 一樹  山形大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords酸化膜 / 原子層堆積 / ガスバリア / 表面反応
Outline of Research at the Start

フレキシブルエレクトロニクスの実用化のためには、材料自体をフレキシブルな素材で封止して、劣化を抑える技術(ガスバリア技術)が不可欠である。従来は硬いガラス封止が用いられたため、フレキシブルフィルムとしても柔軟さと透明性に欠ける素材でしか実現されていなかった。この問題の解決策として、本研究では基板を加熱することなく均一に金属酸化膜が形成できる室温原子層堆積法(室温ALD)を使用する。申請者は低温で結晶化しやすい酸化亜鉛(ZnO)を室温ALDし、IGZOのような2種類以上の酸化物を複合させた複合酸化膜による新規物性の創出とガスバリア膜への応用を室温で実現しようと考えている。

Outline of Annual Research Achievements

原子層堆積法を用いて樹脂フィルム上に金属酸化物ナノ薄膜を積層し、膜厚100nm程度で優れたガスバリア性を示す膜構造の抽出に取り組んだ。
今年度の取り組みとして、メインガスバリア層、バッファ層、表面保護層という目的の異なる三つを組み合わせた複合膜を作成した。また基板の違いによるガスバリア性能への影響を調査するために厚みの異なる基板や、ALD実施前に表面処理を施した基板を使用してガスバリア性能を評価した。メインガスバリアをアルミナ、バッファ層をTiO2、表面保護層をZnOとして厚さ0.25mmのPENフィルム上に多層積層膜を形成したところ、全体膜厚が100nmほどであるにもかかわらず水蒸気透過率2.5×10-4 g/ m2/ dayが得られた。この成果については令和4年3月に電子情報通信学会CPM研究会にて発表した。
室温ALDにおける表面反応メカニズム解明のために昨年度から引き続き水晶振動子マイクロバランス法を用いてALD中の質量変化を測定し、Nb2O5およびFe2O3成膜時の表面反応解析を行った。Nb2O5の表面反応解析結果は国際会議Atomic Layer Deposition 2021にて公開し、Fe2O3の室温ALDについてはJournal of Vacuum Science and Technology A誌にて論文公開されている。
昨年度得られた積層によるバリア性能向上については、最適な積層数と膜厚を見積もるためにアルミニウム薄膜上に積層数の異なる積層酸化膜を形成して、塩酸に対する耐腐食性を観察することで簡易にバリア性能を評価した。積層数の増加はバリア改善効果を示したが一定数を超えたところで飽和する傾向がみられ、バリア性能改善に向けた知見が得られた。積層数と各層の膜厚を調整することによって更なるガスバリア性能の向上が可能であると考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Room-temperature atomic layer deposition of iron oxide using plasma excited humidified argon2022

    • Author(s)
      Yoshida Kazuki、Nagata Issei、Saito Kentaro、Miura Masanori、Kanomata Kensaku、Ahmmad Bashir、Kubota Shigeru、Hirose Fumihiko
    • Journal Title

      Journal of Vacuum Science & Technology A

      Volume: 40 Issue: 2 Pages: 022408-022408

    • DOI

      10.1116/6.0001622

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Room Temperature Atomic Layer Deposition of Nano Crystalline ZnO and Its Application for Flexible Electronics2021

    • Author(s)
      K. Yoshida, K. Saito, M. Miura, K. Kanomata, B. Ahmmad, S. Kubota, F. Hirose
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Electronics

      Volume: E104.C Issue: 7 Pages: 363-369

    • DOI

      10.1587/transele.2020ECP5034

    • NAID

      130008060116

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • Year and Date
      2021-07-01
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanothick TiO2 Channel Thin Film Transistors for UV and Gas Sensing2021

    • Author(s)
      Sogai K.、Saito K.、Yoshida K.、Miura M.、Kanomata K.、Ahmmad B.、Kubota S.、Hirose F.
    • Journal Title

      ECS Journal of Solid State Science and Technology

      Volume: 10 Issue: 6 Pages: 065006-065006

    • DOI

      10.1149/2162-8777/ac04fa

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Room-temperature atomic layer deposition of aluminum silicate and its application to Na- and K-ion sorption2020

    • Author(s)
      Y. Mori, K. Yoshida, K. Saito, M. Miura, K. Kanomata, B. Ahmmad, S. Kubota, F. Hirose
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 167(3) Issue: 13 Pages: 137502-137502

    • DOI

      10.1149/1945-7111/abb4ab

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 室温原子層堆積法を用いた水蒸気ガスバリア膜の試作と評価2022

    • Author(s)
      吉田 一樹, 齋藤 健太郎, 三浦 正範, 鹿又 健作, 廣瀬 文彦
    • Organizer
      電子情報通信学会CMP研究会 若手ミーティング
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Surface reaction of Nb2O5 RT-ALD explained by using quartz crystal microbalance measurements2021

    • Author(s)
      K. Yoshida, K. Saito, M. Miura, K. Kanomata, B. Ahmmad, S. Kubota, F. Hirose
    • Organizer
      AVS 21st International Conference on Atomic Layer Deposition
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 水晶振動子質量測定によるFe2O3室温ALDの表面反応評価2021

    • Author(s)
      吉田 一樹,永田 一成, 齋藤 健太郎,三浦 正範,鹿又 健作, 廣瀬 文彦
    • Organizer
      第82回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Gas Diffusion Barrier of Vapor Phase Infiltrated PEN with Room Temperature ALD2020

    • Author(s)
      *K. Yoshida, K. Saito, M. Miura, K. Kanomata, F. Hirose
    • Organizer
      237th Meeting of The Electrochemical Society
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crystallized ZnO Room-Temperature Atomic Layer Deposition and its Application2020

    • Author(s)
      *K. Yoshida, K. Saito, M. Miura, K. Kanomata, B. Ahmmad, S. Kubota, F. Hirose
    • Organizer
      VS 20th International Conference on Atomic Layer Deposition
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 金属酸化物薄膜の製造方法および装置2021

    • Inventor(s)
      廣瀬文彦、吉田一樹
    • Industrial Property Rights Holder
      廣瀬文彦、吉田一樹
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-002350
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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