2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of non-thermal formation method for high-quality zinc oxide thin films using atmospheric pressure low temperature plasma
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18K04094
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| Research Institution | Kobe City College of Technology |
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Principal Investigator |
赤松 浩 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10370008)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 大気開放型低温プラズマ / 酸化亜鉛薄膜 / 酸素ラジカル / 酢酸亜鉛 / ヘリウム / アルゴン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸化亜鉛薄膜を大気圧下かつ低温で形成する手法の開発を目的としている。薄膜形成技術の一つである塗布熱分解法では、大気圧下での薄膜形成が可能であるが、反応に熱エネルギーを要することが問題であった。本研究課題では、反応エネルギーとして大気圧低温プラズマの化学反応を応用し、大気圧下かつ低温での酸化物薄膜形成を行う塗布プラズマ分解法の開発を目的とした。
良質な酸化亜鉛膜を得るには、前駆体に作用させる酸素ラジカルの密度が重要であると考えられるため、今年度は酸素ラジカルを効率よく形成できるプラズマ原料ガスの検討を行った。大気圧低温プラズマを発生させるための原料ガスとしてヘリウムおよびアルゴンを用い、酸素ガスを混合して酸素ラジカルの生成量を調べた。プラズマ原料ガスの流量を2 L/分に固定し、酸素ガスを0～100 mL/分 (20 mL/分ずつ)に変化した。分光計によってプラズマを評価した結果、ヘリウムでは酸素ラジカルが発生し、流量20 mL/分で最大となることが分かった。いっぽう、アルゴンでは酸素ラジカルは確認されず、水酸基ラジカルOHが形成されることがわかった。OHラジカルは酸素ガスが20 mL/分で最大となった。以上から、酸化物薄膜形成を目的とした塗布プラズマ分解法ではヘリウムをプラズマ原料ガスに用いることとした。
次に、前駆体を塗布したPETフィルム上でのヘリウム・酸素混合プラズマの電子密度および電子温度の分布をプラズマの発光プロファイルから求めた。本実験での大気圧プラズマ源は40×40 mmの2次元形状である。全範囲において電子密度は10^16 cm-3であり、電子温度は1.5 eVであった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は大気開放型低温プラズマで酸素ラジカルを発生させる条件の検討に注力した。初年度に試作したプラズマ源は高電圧電極と試料ステージとの平行が精密にとれていなかったため、前駆体試料に照射されるプラズマおよび酸素ラジカルの均一性がわるいことが分かった。そこで、今年度に改めてプラズマ源を３Dプリンタで作製し、プラズマ原料ガスの供給ユニットとプラズマ形成部を独立させることで改善させた。
当初予定では、プラズマの最適化を行ったうえで酸化亜鉛形成までを実施する計画であったが、プラズマ源の再検討に重点を置いたためやや遅れがでた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験において、塗布プラズマ分解法に用いるプラズマ原料ガスにヘリウム、酸素ラジカル原料ガスとして酸素を用いることを決めた。次年度は、酢酸亜鉛およびアンモニア水、あるいは硝酸亜鉛およびアンモニア水で作製した前駆体溶液をもちいてどちらが良質の酸化亜鉛を形成できるかを実験で明らかにする。また、形成した薄膜の電気的および光学的物性を評価し、本手法の能力を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額として31415円が発生した。これは、3月に参加した国際会議の旅費として支出する予定であった。新型コロナウィルスによる国際会議の現地での開催中止により、この旅費を使用することができなかった。次年度に持ち越した予算は、2020年度の旅費として使用する予定である。また、新型コロナウィルスの影響が長引いて国内・国外での研究会の実施が難しくなった場合は、プラズマ原料ガスであるヘリウムおよび酸素の購入に使用したい。
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