2019 Fiscal Year Research-status Report
極薄六方晶窒化ホウ素ナノシートの大面積合成手法の開発
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19K14840
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平田 祐樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (90779068)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 六方晶窒化ホウ素膜 / マグネトロンスパッタ法 / X線電子分光法 / オージェ電子分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
六方晶窒化ホウ素ナノシート（Hexagonal boron nitride nano sheet：以下、hBNナノシート）は、その驚異的な特性と可能性のために、現在最も研究されている二次元材料のひとつである。hBNナノシートは優れた量子論的効果を示すことから、次世代のナノエレクトロニクスデバイス開発のためのキーテクノロジーであるのみならず、最高1,100度という超高温下においても、被コーティング物の酸化を抑制し錆から保護することができ、その合成が大規模に実現されれば幅広い産業での利用が期待できる。本研究は固体原料を用いた物理気相蒸着（Physical vapor deposition：以下、PVD）法による安全かつ簡易的な手法で高品質な大面積hBNナノシートを合成する手法の確立を目指すものである。
hBN薄膜の作製の前段階として、銅およびニッケルの2種類の金属基板の熱処理を行い、表面粗さと結晶方位を制御した。これにより、マグネトロンスパッタで作製するBN膜に及ぼす金属基板の影響を明らかにした。金属基板の結晶面方位、粒径の測定には電子後方散乱回折（Electron Backscatter Diffraction Pattern : EBSD）法を用いた。また、作製したh-BN薄膜の評価方法として、表面性状の観察には低損傷走査型電子顕微鏡を、組成結合状態の分析にはX線電子分光を用いた。さらにマグネトロンスパッタ時の印加電圧を変化させ膜を作製することで、最適な成膜条件を求めた。XPS分析の結果、作成したBN薄膜はBとNが元素比1：1で構成されていることが明らかとなった。さらにオージェ電子分光法による表面元素マッピングによって、BとNが均一に分布していることがわかった。
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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
作製したBN薄膜は元素比1:1で、金属基板表面に均一に分布していることを明らかにした。しかしながら、作製したBN薄膜をラマン分光法あるいは赤外分光法で分析した結果、hBN結晶に固有のピークは検出されなかった。つまり作製したBN薄膜は、hBN単結晶と称するほど結晶性は高くなく、アモルファスな構造にとどまっているのが現状であるといえる。原因として考えられるのは、１．加熱温度が結晶化を促進するには十分でなかったこと、２．ターゲットとして使用したBN焼結材の結晶化度が低いこと、３．成膜条件の最適化（主にイオンンの入射量）がなされていなかったことが原因として考えられる。今後の研究ではこれらの問題点を解決し、いかに薄膜の結晶性を高めていくかに焦点を当てた研究を行っていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
現有の成膜装置では最高で400℃までしか加熱はできなかった。これでは表面に入射したイオンのマイグレーションを促し、結晶化を促進するには不十分である。そこで今後は最高で1200℃まで加熱可能な機構を真空チャンバーに取り付けて成膜を行っていく。また、マグネトロンスパッタのターゲットしてこれまでは焼結体のBN材を使用していた。このBN材は結晶性が低く、微量のカーボンを含んでいるため結晶性のhBN膜を作製するには不適であった。そのため、今後は高純度BN材（PBN）を使用する予定である。また、成膜条件（イオンの入射量）の最適化のために、金属基板を垂直に立てかけたり、入射を阻害するシールドを設けるなど工夫をして、様々な条件で成膜を行う。
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| Causes of Carryover |
当初の予定よりも研究がおおむね順調に進行したため、必要物品の購入に迫られることがなく次年度使用額(B-A)が生じた。翌年度の助成金は加熱機構設計・購入・取り付け費として使用する。
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Research Products
(6 results)
