2019 Fiscal Year Annual Research Report
Formation of Nitride Nanostructures by Reaction of High Density N Radicals with Metals
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17K18990
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
安武 潔 大阪大学, 工学研究科, 教授 (80166503)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大参 宏昌 大阪大学, 工学研究科, 助教 (00335382)
垣内 弘章 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10233660)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 電子温度 / 電子密度 / インピーダンス整合 / 電磁場シミュレーション / 窒素プラズマ / InNナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代半導体デバイス用III族窒化物ナノ構造の高能率製造プロセスの開発を目的として、電子密度、電子温度、ガス温度等をin-situ制御可能な大気圧プラズマプロセスを開発し、InNナノ構造形成に応用した。効率的なプロセス開発には、プラズマ内部パラメータおよび材料形成条件の関係を明らかにすることが極めて重要である。これまで、狭ギャップ大気圧プラズマではプローブ挿入ができないため、有効な内部パラメータ計測技術が存在しなかった。昨年度までに、インピーダンス整合装置を含めたプラズマリアクター全体の電磁場シミュレーション解析によって、装置状態からプラズマ電子密度、電子温度を決定する新たな大気圧プラズマ診断法を開発した。
本年度は、開発した方法を用いてArおよびHe大気圧プラズマの電子密度、電子温度について、電力、流量、基板温度、N2濃度に対する依存性を測定した。電子温度はHe、電子密度はArプラズマの方が高いこと、電子密度は電力と共に増加すること、N2分子の微量添加（1%程度）により電子温度、電子密度共に大幅に低下することが明らかになった。これらの結果は、粒子バランスおよびパワーバランスに基づくプラズマモデルによる予測とHeでは定量的に一致し、Arではやや異なることが分かった。Arの方が微量不純物に敏感であることによると考えられ、逆に実プロセスのモニターに有効な方法となり得ることが示された。
N2濃度、電力等のプラズマ条件と電子密度、電子温度の関係から、活性窒素密度が高い条件を中心に、Al，In，Gaの大気圧プラズマ窒化実験を行った。その中で融点近い温度の高電力密度条件におけるIn窒化によってInNナノ構造が形成されること、およびナノ構造に基づくブラックInNであることを、組成分析と表面SEM観察等によって明らかにした。
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