プラズマCVDを用いた低応力・高密度カーボンナノコンポジット膜の高速製膜法の創成
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20J13122
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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 14030:Applied plasma science-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
HWANG SUNG HWA 九州大学, システム情報科学研究院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ナノコンポジット膜 / プラズマ化学気相堆積法 / 水素化アモルファスカーボン / カーボンナノ粒子 / プラズマCVD 高速製膜 / 低応力 / 大面積 / カーボン膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、水素化アモルファスカーボン薄膜にカーボンナノ粒子が混入した「カーボンナノコンポジット膜」による機械的物性制御の実現である。目的実現のため、①ナノ粒子と製膜前駆体の生成・堆積制御、②高密度カーボン膜の高速製膜の２項目をプラズマ化学気相堆積法で実現するために必要な基盤技術を創成する。
目的実現のため、「大面積製膜が容易な プラズマ化学気相堆積法による高密度カーボン膜の高速製膜法の確立」と「ナノ粒子堆積と製膜前駆体堆積の独立制御と統合製膜システム構築」に関する研究を遂行する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究期間2年目に当たる2021年度は、プラズマCVDを用いた低応力・高密度カーボンナノコンポジット膜の統合製膜システム構築に着手した。まず、容量結合型プラズマCVD法を用いたa-C:H製膜方式を検討した。放電電極に基板を置いたカソードカップリングが、接地電極に基板を置いたアノードカップリングよりも、高密度a-C:H膜の高速堆積に有利であることを明らかにした。
次に、容量結合型プラズマCVDで生成したCNPサイズのガス流速依存性を明らかにした。上記の知見を基に、2つのプラズマ源を備えたプラズマCVD装置を用いてa-C:H/CNP/a-C:Hサンドイッチ構造のCNPコンポジットa-C:H膜を作製した。ナノ粒子堆積のないa-C:H膜（密度1.88 g/cm3、膜厚300 nm）の圧縮応力は1.59 GPaであるのに対して、CNPカバレッジ（Cp）8.9 %で1.02 GPa（35.8 %減少）まで減少した。この結果は、大面積・高速製膜に適したプラズマCVDでもCNPコンポジットa-C:H膜により応力低減が可能であることを示した。
ここまで実証したa-C:H/CNP/a-C:Hサンドイッチ構造のCNPコンポジットa-C:H膜による応力低減のメカニズム解明に向け、Cp= 8.9 %における膜ストレスの第３層のa-C:H膜厚依存性を評価した。第３層a-C:H膜厚が約50nm以下では、CNPなしの場合と同じストレスを示したが、50nm以上からストレス低減が起き、膜厚増加に対するストレス増加率がCNP無しに比べて低くなることを明らかにした。
Cp＝8.9%におけるCNPの堆積状況観察から、堆積したCNPは5nm以下の小サイズCNPと5-30nmのサイズ範囲にある大サイズCNPに分かれており、大サイズCNPの粒子間平均距離dc=50nmとストレス低減開始膜厚が一致することを明らかにした。
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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
(2 results)
Research Products
(16 results)
