| Project/Area Number |
22K14163
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
Matsumae Takashi 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10807431)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 微細加工 / ダイヤモンド / ニッケル / ナノインプリント / 微細金型 / エッチング / インプリント / 微細構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではダイヤモンドからなる次世代デバイス冷却構造のため「金属金型への固溶によるダイヤモンド高速微細加工」および「導電性ダイヤモンド層によるデバイス磁場の遮蔽」を実現する。ダイヤモンドは高温・高圧下にて金属に固溶することを利用し、ダイヤモンドへの微細金型の加圧加熱による流路加工を実現する。さらに絶縁性ダイヤモンドはデバイスからの交流磁場を遮蔽できないため、本研究では導電性ダイヤモンド層を用いた磁場遮蔽を実現する。これにより最高レベルの放熱効率・電気絶縁に加え、磁場遮蔽可能・低熱歪みである「究極のオールダイヤモンド放熱構造」が実現できる。
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| Outline of Final Research Achievements |
Ni has a higher solubility limit for carbon and is less likely to form carbides. In this study, we demonstrated that micro-patterns can be fabricated by pressing a Ni mold for nano-imprinting onto a diamond substrate at high temperatures. This process enables fin structures with a width of 0.005-0.050 mm and a depth of 0.002 mm on the diamond substrate. Then, a graphite layer was generated at the Ni/diamond interface after cooling to room temperature. This layer can be exfoliated by heating to 1000°C because of thermal stress. This can contribute to the repeatable use of the expensive Ni micro molds. In addition, a diamond substrate having a 0.001-mm-thick boron-doped conductive layer at a concentration of 2E16/cm3 was used to reduce a 50 Hz AC magnetic field. However, there is no significant difference between diamond substrates with and without the boron-doped layer. The sufficient reduction may require an increase in boron concentration and film thickness.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ダイヤモンドは固体物質中最大の熱伝導率をはじめとして、電気・化学・機械的に特異な物性を持っている。そのため既存デバイスと複合化する高機能冷却構造や、パワー・量子・センシング・耐放射線など次世代デバイス応用が期待されている。これらデバイスの製造にはフィンなどの微細構造をダイヤモンド表面に加工する必要があるが、ダイヤモンドは非常に高い硬度をもち機械加工が困難で、また化学的にも安定でエッチングが難しい。今回Ni/ダイヤモンド間の高温での固溶現象が明らかになり、また簡易なダイヤモンドの微細加工が開発されたことで、ダイヤモンドを用いた冷却構造や次世代デバイスへの貢献が見込める。
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