2019 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum Theoretical Analyses of Plasma Processing for Novel and Diverse Materials Using Multi-Scale Numerical Simulations
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15H05736
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
浜口 智志 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60301826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笠井 秀明 明石工業高等専門学校, その他部局等, 校長 (00177354)
Dino Wilson 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60379146)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマプロセス / 反応性プラズマ / プラズマ表面相互作用 / 数値シミュレーション / 原子層プロセス / 分子動力学シミュレーション / 第一原理シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体デバイスの超微細加工プロセスや、バイオ材料の表面処理プロセス等、プラズマを用いた表面改質は、産業界で幅広く活用されている。例えば、半導体超微細加工プロセスにおいては、製造するデバイスの微細化が原子スケールに近づいているため、表面ダメージが少なく、原子スケールの精度で新規材料に対して形状加工のできるプロセスが求められている。こうした要求に応えるため、近年、低い入射エネルギーのイオンや熱、紫外光による非熱平衡化学反応を活用したプラズマプロセスが新たに開発されている。本研究は、こうした新規のプラズマプロセスにおける非熱平衡表面化学反応を理解するため、量子シミュレーションを最大限に活用した、多階層シミュレーションを用いて、低エネルギーイオン照射による原子層プラズマプロセスの物理機構を理解するための学術基盤を確立することを目的とする。５年目となる今年度は、多階層（マルチ・スケール）シミュレーション技術の完成を目標に、マクロな量を決定するプラズマ・シミュレーションとプラズマ実験を中心に進めた。これまで人工骨表面改質実験で用いていた低圧平行平板容量結合型放電装置における放電実験と、それに対応するセル内粒子・モンテカルロ衝突（PIC/MCC）シミュレーション、流体モデル・プラズマシミュレーションを行い、それらの対応関係を確認し、特に、低圧時における電子の非マクスウェル分布の影響を明らかにして、流体モデル・プラズマシミュレーションの精度を向上させた。またシースを正確に再現するPIC/MCCコードにより、エッチング時に表面に到達するイオン分布を求め、表面形状シミュレーション・分子動力学シミュレーションと連成し、マクロなプラズマと原子スケールのエッチング表面反応間の多階層シミュレーションを可能とした。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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