Development of 3D nanostructured zinc oxide thin film formation technology with plasma assisted process using microdroplets
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21K04711
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
竹中 弘祐 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (60432423)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | ミストCVD / 酸化亜鉛 / ガスセンサ / プラズマ支援プロセス / ガスセンサー |
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| Outline of Research at the Start |
酸化物半導体材料の表界面領域の物理的・化学的特性付与によって発現した機能により、デバイス特性を大きく向上させる革新的な半導体デバイス創製にブレークスルーをもたらす技術開発を念頭に、新しい表面微細構造形成プロセス技術として３次元ナノ構造を有する酸化物半導体薄膜を形成する技術の確立を目指す。プラズマの特徴である「高活性な反応場」に「微小液滴」を導入し、それらの反応を能動的制御することにより酸化物半導体微粒子の形状制御を行う技術の開発と、その微粒子を利用した酸化物半導体薄膜の３次元微細構造形成・制御技術の確立を目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では酸化物半導体材料の新しい表面微細構造形成プロセス技術として、酸化物半導体材料の表界面領域の物理的・化学的特性付与によって発現した機能によりデバイス特性を大きく向上させた革新的な半導体デバイス創製にブレークスルーをもたらす技術開発を念頭に、プラズマの高密度・高活性な反応場の能動制御と気相・液相界面反応の精密制御より、デバイス応用に最適な結晶構造・組成を有し、なおかつ比表面積が極大になる薄膜構造を有する高品質酸化亜鉛薄膜形成を実現に向けて、１）マイクロプラズマ支援による単一微小液滴をテンプレートとした比表面積の増大にむけた酸化亜鉛中空微粒子形成の実現と、２）酸化亜鉛中空微粒子を用いた３次元ナノ構造酸化亜鉛薄膜形成技術の開発とその構造制御技術の確立を目的に、以下の研究を行った。
反応性に関わる粒子種(ラジカル)および粒子密度の変化を調べるために真空紫外吸収分光装置の構築に取り組んだ。真空紫外光源、および真空紫外光が測定可能な分光装置を設置し、大気圧中でのマイクロプラズマの微小な吸収を捉えるために、吸収長を放電領域に合わせるための最適化を進めた。これと同時にプラズマ中の液滴の振る舞いを調べるために、マイクロプラズマ中の液滴の数値計算を行い、プラズマ中の液滴の蒸発の状態を調べた。これらの結果から、プラズマ中での液滴から酸化亜鉛微粒子形成に、液滴の蒸発と液滴から供給される蒸気に起因したプラズマ中で生成されるラジカルによって、微粒子の形成および微粒子の材料としての品質に影響を与えていることを示唆する結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
反応性に関わる粒子種(ラジカル)および粒子密度の変化を調べるために真空紫外吸収分光装置の構築に取り組んだ。真空紫外光源、および真空紫外光が測定可能な分光装置を設置し、大気圧中でのマイクロプラズマの微小な吸収を捉えるために、吸収長を放電領域に合わせるための最適化を進めた。これと同時にプラズマ中の液滴の振る舞いを調べるために、マイクロプラズマ中の液滴の数値計算を行い、プラズマ中の液滴の蒸発の状態を調べた。これらの結果から、プラズマ中での液滴から酸化亜鉛微粒子形成に、液滴の蒸発と液滴から供給される蒸気に起因したプラズマ中で生成されるラジカルによって、微粒子の形成および微粒子の材料としての品質に影響を与えていることを示唆する結果を得た。これらの結果を基に、次年度は、マイクロプラズマ中での酸化亜鉛中空微粒子の挙動制御を行い、微小液滴を含むプラズマの特性、気相反応過程、粒子輸送過程と、酸化亜鉛薄膜の形成に関わる表面反応過程との相関を検討し、微小液滴を含むプラズマによる３次元ナノ構造を持つ酸化亜鉛の形成機構を解明を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、３次元ナノ構造を制御した高品質酸化亜鉛薄膜法の確立と機能性評価を行う。前年度までの知見を基に、マイクロプラズマ中での酸化亜鉛中空微粒子の挙動制御と酸化亜鉛中空微粒子の構造制御法を確立するとともに、３次元ナノ構造酸化亜鉛薄膜形成のおけるマトリックス材の酸化亜鉛薄膜の高品質化に寄与しているプラズマ特性変化による表面反応過程の理解と、本プロセスにおける酸化亜鉛薄膜の形成機構の解明を行う。中空微粒子の形成に関わる微小液滴を含むプラズマの特性、気相反応過程、粒子輸送過程と、酸化亜鉛薄膜の形成に関わる表面反応過程との相関を検討し、微小液滴を含むプラズマによる３次元ナノ構造を持つ酸化亜鉛の形成機構を解明し、表面構造に影響を与える因子を明らかにする。酸化亜鉛薄膜の組成・結晶性分析の結果を併せて検討し、電気伝導性を維持しつつ中空微粒子を所望の位置に制御した３次元ナノ構造を持つ酸化亜鉛薄膜の形成技術を確立する。
ガスセンサの機能性の観点から、ガスセンサの感度に影響する酸化亜鉛薄膜の電気伝導性に加え、対象ガスとの接触面積や最表面の化学的状態の評価等のガスセンシング特性を診断し、高速応答や高感度化へ向けた最適構造について検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
