2019 Fiscal Year Research-status Report
基板とターゲットの表面状態を独立に制御した高速スパッタ成膜技術
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19K05090
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
阿部 良夫 北見工業大学, 工学部, 教授 (20261399)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川村 みどり 北見工業大学, 工学部, 教授 (70261401)
金 敬鎬 北見工業大学, 工学部, 准教授 (70608471)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水蒸気スパッタ法 / 金属ターゲットモード / 高速成膜 / 酸化物薄膜 / プロトン伝導性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現有のスパッタ装置を改造し、反応ガスとして供給する水蒸気を、基板側とターゲット側の２つの方向から噴射できる構造とした。
金属タンタルターゲットをアルゴンと水蒸気雰囲気中で反応性スパッタすることで、プロトン伝導性の酸化タンタル（Ta2O5）薄膜を作製した。膜中に水分子を取り込んだ水和酸化物を作製するため、水蒸気を基板方向に噴射し、基板温度は室温から-170℃まで変えた。X線回折、およびフーリエ変換赤外分光法を用いて膜構造を調べた結果、OH基を含むアモルファス構造の酸化タンタル薄膜が形成されることを確認した。また、基板温度が室温の場合には酸化タンタル薄膜の堆積速度が約3 nm/minと遅いのに対し、基板を液体窒素で冷却することにより、約50 nm/minの高速成膜を実現した。この原因を調べるため、プラズマ発光分析と放電電圧の測定を行った結果、タンタルターゲットは酸化されることなく、金属モードでスパッタされていることを確認した。また、作製した酸化タンタル薄膜のイオン伝導率をACインピーダンス法を用いて測定した結果、基板温度が-120～-80℃の範囲で0.001 S/mの高いイオン伝導率を示す優れた固体電解質材料であることを確認した。
金属クロムターゲットをアルゴンと水蒸気雰囲気中で反応性スパッタすることで、酸化クロム（CrOx）薄膜を作製した。基板を液体窒素で冷却するかわりに、スパッタチャンバ内部に液体窒素トラップを設置する方法を採用し、酸化タンタル薄膜と同様に金属ターゲットモードで高速成膜できることを確認した。また、水蒸気を基板側に噴射する場合とターゲット側に噴射する場合を比較した結果、基板側に噴射した方が、ターゲットの酸化が抑制され、高い成膜速度が得られることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スパッタ装置の改造を予定通り実施した。
このスパッタ装置を使って酸化物薄膜の高速成膜について検討し、ほぼ期待した結果を得た。また、高速成膜の原因についても検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
アルゴンと水蒸気の流量、および水蒸気の噴射方向を変えるなどの成膜パラメーターを調整することで、遷移金属酸化物薄膜の酸化数制御を行う。また、純粋な酸化物（MOx）のほか、水酸化物（M(OH)x）やオキシ水酸化物（MOx(OH)y）などの組成制御方法について検討する。
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| Causes of Carryover |
理由：ほぼ予定した使用額であったが、真空部品の購入数が予定より少なかったため、次年度使用額が生じた。
使用計画：酸化物薄膜の特性評価に必要な試薬を購入するため、物品費に使用する予定である。
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