新機能電子材料創出のための極低エネルギ-原子流堆積装置の試作

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03555077
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 石井 清 宇都宮大学, 工学部, 助教授 (30134258)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 国分 里美 宇都宮大学, 工学部, 講師 (20007959) ; 大矢 銀一郎 宇都宮大学, 工学部, 教授 (00006280)
• Keywords: 薄膜 / 薄膜成長 / 結晶成長 / 蒸着 / スパッタリング / ガスフロ-スパッタ法

Research Abstract

本研究では、低エネルギ-原子流堆積装置を設計・製作しその動作を確認することを目指した。
1.設計のために低エネルギ-原子流の生成について理論的に考察した。
(1)アルゴンガス中の金属・半導体原子について、原子がその運動エネルギ-を失う過程を計算機シミュレ-ションにより検討した。その結果、ガスの圧力は0.5から10Torr、ガスの流速は数十m/secにおいて、100eVの高エネルギ-の原子も完全に熱化し0.1eV以下の低エネルギ-になることが分かった。
(2)原子流の安定性について気体分子理論により検討したところ、(1)の条件下で金属原子の濃度が10^<12>cm^<-3>以下の時、低エネルギ-原子の流れを数cm以上安定に輸送できることが分かった。
(3)拡散過程を検討することにより、低エネルギ-原子を堆積させて応用上の薄膜作製を行うためには、ガスの流れを利用しなければならないことが確かめられた。
2.1.の結果をもとに実用的な低エネルギ-原子流堆積装置を製作した。装置の主な特性は次の通りである。
(1)300Kから600K程度の熱エネルギ-(0.1eV以下の運動エネルギ-)をもった原子をかなり高速で堆積できる。
(2)成膜面積は広く、直径5cmから15cmである。
(3)2種類の物質を同じ成膜室で成膜できる。
(4)超高真空のシステムであり、高純度の薄膜が作製できる。
今後の課題として、本装置で種々の物質の薄膜を作製し、世界で唯一のこの成膜法で期待される効果の確認を行う予定である。

Research Products

• [Publications] Kiyoshi Ishii: "A low kinetic energy PVD process for low temperature sy清thesis of Y-Ba-Cu-O films." Proceedings of 4th International Symposium of Superconductivity. (1992)
• [Publications] 石井 清: "低運動エネルギ-スパッタ法によるFe単結晶膜" 日本応用磁気学会誌、論文特集号. (1992)
• [Publications] Kiyoshi Ishii: "The effects of low voltage substrate bias on Fe films in GFS process." J.Vac.Sci.Technol.A,.
• [Publications] Kiyoshi Ishii: "A gas-flow-sputtering apparatus with two sources for the formation of multilayer oxide superconducting films." J.Vac.Sci.Technol.A,.
• [Publications] Kiyoshi Ishii: "The effective Ar gas flow in gas-flow-sputtering process." J.Vac.Sci.Technol.A,.