3Dプリンティングによる半導体微細多結晶の直接製作

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K14238
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 稲富 裕光 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50249934)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 3Dプリンティング / 精密部品加 / 半導体 / 微細多結晶

Outline of Annual Research Achievements

・計測および制御システム用ソフトウェアLabVIEWを用いた試料移動用Xステージ・Z昇降ステージおよび微小融液射出装置の統合的制御方式はほぼ完成した。
・金属製小型冷却板を製作して試料移動用のXステージ・Z昇降ステージ上に設置し、射出された微小融液を速やかに冷却させることに成功した。
・射出口で微小融液を得るために射出ノズル先端形状を細くすると、不活性ガスによる融液への印加圧力を高く設定する必要があるため、その両者のバランスを最適化することが必要である。昨年度よりもさらに加工精度の高い石英ガラス製射出ノズルを試行錯誤により製作し、射出された融液量の再現性を高めた。そして昨年度の試料であったガリンスタンよりも融点が高く実際のターゲット試料の成分の１つであるビスマス（融点272℃）の融液射出そして凝固に成功した。以上の結果から、本研究独自の3Dプリンティングに必要な試料の溶融・液滴生成・射出・凝固の一連のプロセスの実現にようやく目途が立ったと言える。
・既設の一方向凝固装置で得たビスマス・アンチモン合金をボールミリング装置を用いて原料用微粉末を作った。そして、ビスマス・アンチモン合金試料の表面分析に必要な切断・研磨・エッチング技術を、研究代表者が有する化合物半導体結晶育成・評価における経験を基に検討を進めた。
・既設のステンレス製真空グローブボックスを一部改造して実験に必要な真空およびガス配管と電気配線を行い、窒素ないしアルゴンの不活性ガス中で射出実験を長時間かつ安定に行う準備を進めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

装置開発は順調に進んでいる。今年度は加圧ガスの圧力と射出ノズルの形状の関係を調整して、射出された融液量のばらつきが改善された。更に、ガリンスタン（融点：-19℃）よりも高融点のビスマスを試料とした実験を実施し、射出後の融液の凝固を確認することが出来た。しかし、実際のターゲット試料であるビスマス・アンチモン融液の射出に至っていないため、被造形物の材料特性の定量的評価が今後の課題となっている。

Strategy for Future Research Activity

ノズル先端近傍の電場を乱さないための融液の加熱方式として、赤外線集光加熱に加え高出力レーザー照射等による補助加熱も試み、またノズルの内容積を減らして試料の加熱効率を上げることで、実際のターゲット試料であるビスマス・アンチモン融液の射出につなげる。そして、造形したビスマス・アンチモン微細多結晶を切断・研磨して、組織観察、引張強度などによる機械特性測定、熱伝導率・導電率などの物性測定を行うことで、被造形物の材料特性を定量的に評価する。

Causes of Carryover

今年度、本務において研究所の研究主幹として大学院教育や委員会活動などと併せて運営業務で多忙となり、当該科研費研究の時間を十分に確保出来なかった。次年度は研究時間を確保出来る見込みであり、1年延長し当初の研究目標達成を目指す。
次年度使用額は、ビスマス・アンチモン微細多結晶の造形および外部機関での試料評価に係る物品・消耗品の購入費、H30年度開催の材料科学や応用物理学関連学会での成果公開に係る参加費・旅費、学術誌に投稿する論文の英文校閲費に充てる。