| Project/Area Number |
20J21809
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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 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
齋藤 健太郎 山形大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 原子層堆積法 / 低温成膜 / 窒化アルミニウム / 金属窒化膜 / 真空表面観察 / 原子層堆積 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、他者未踏の室温窒化物原子層堆積法(ALD)を研究し、室温窒化ALDの実証やフレキシブルデバイスへの応用を行う。この研究において、高反応性の窒化ガスの探索や室温窒化ALDの表面観察を行い、窒化反応速度の向上や窒化膜への酸素不純物の低減技術を取得し、室温窒化ALDプロセスを実証する。応用として、この窒化ガスと有機金属ガスを組み合わせ、絶縁体、半導体、導体の窒化膜の室温形成を行う。これらを用いたTFTを試作し、移動度10 cm2/V/sの高性能フレキシブルTFTを実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、原子層堆積法を用いて金属窒化物の低温堆積技術の獲得とその応用展開を進めるものである。研究成果として、トリメチルアルミニウムを用いた窒化アルミニウムの原子層堆積の表面観察を行い、その反応機構の仮説を提案できた。原子層堆積法は原理的に単分子層での成膜が求められるが、従来の報告では厳密に議論されず、成膜時の吸着、窒化反応の飽和性から間接的に議論されていた。本研究では、成長速度、薄膜の膜密度、計算化学シミュレーションによる分子構造検討をもとに議論を行い、単分子層吸着の可能性を示した。これは、原料分子の吸着密度を通して、その反応性を議論でき、原料分子の選定やプロセス条件の改善に寄与できると推測する。
表面観察の結果からプロセスを設計し、160 ℃の基板温度でAl/N比1.1の窒化アルミニウムの形成に成功した。薄膜表面付近の酸素原子濃度は12 ％と大きいが、薄膜内部の酸素原子濃度は薄膜表面や基板界面の10分の1であることが分かった。酸素原子の混入経路は、大気暴露後の自然酸化による酸化物の形成や、窒化アルミニウム形成中の酸素原子の混入 、Si基板表面に形成された自然酸化シリコンから熱拡散による混入と推測される。膜中の酸素原子濃度は、プラズマ発生部の石英管を窒化ホウ素等に交換することで、エッチングによる酸素原子が発生しなくなり、減少すると予想する。
窒化アルミニウムの低温成膜のガスバリア膜への応用を検討するために、水蒸気透過試験（40 ℃、90％RH）によって、窒化アルミニウムのガスバリア性能を評価し、定常状態の水蒸気透過度1.3×10-3 g/m2/dayを得た。 これらの成果はIEICE transactionやJournal of Vacuum Science & Technology Aに掲載され、応用物理学会学術講演会での発表も行った。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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