2022 Fiscal Year Annual Research Report
パラメータ分離型アーク放電による窒化ホウ素膜のsp結合制御と機能設計の研究
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20H02481
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
江利口 浩二 京都大学, 工学研究科, 教授 (70419448)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 窒化ホウ素 / プラズマ / 結合状態 / 電気特性 / 光学特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化ホウ素膜(BN)は化学安定で様々な極限環境や電子デバイスへの応用が期待されている唯一の材料であるが，実用に耐えうる種々の2D,3D構造作製技術は未だ十分に確立されていない．本研究では反応性プラズマ成膜(RePAC)法を用い，安定したBN膜の構造制御・機能設計手法の実現を目指した．以下に研究実績の概要を示す．
（１）RePACシステム反応室におけるアノード電流伝導を熱電子放出機構と空間電荷制限電流機構からモデル化し，例えば窒素ラジカルフラックスを最大化するプロセスを設計した．その結果，成膜時の圧力領域最適化による高速成膜実現の可能性が示唆された．また，これまで作成したマッピングを拡張し，Arイオンを用いないRePACプロセスを確立した．新プロセスによる種々のhexagonal BN(h-BN)膜の物性値を詳細に解析し，sp2－sp3ナノネットワーク構造が制御できることを明らかにした．同じsp2を中心とする系においても，異なる特性をもつBN膜の存在が明らかになった．
（２）基板母材構造の違いによる剥離機構や光学特性，そしてトンネルリーク電流特性との相関を，sp2－sp3結合比を指標に詳細に検討した．
（３）BN付きデバイス構造を作製し，多数のデバイスを用いたBN膜の特性解析を進めた．例えば，トンネルリーク電流値の経時的変化から，BN膜剥離機構を検討した．また，BN膜剥離の統計的振る舞いを微分電気容量を含め解析した．一方で，h-BNの経時的トンネルリーク電流変化から，電荷捕獲機構の特徴を明らかにした．また，マイクロスケールの凹凸をSi基板を作製し，表面トポロジーの違いによるBN膜物性の違いや剥離防止の効果を明らかにした．特に凹構造内に作製したcubic BNは基板密着性が向上し，物性解析に有効であることが確認できた．
（４）高スループット，清浄表面制御，磁場効果制御を実現できる改良型アーク放電型高密度プラズマシステム設計・立ち上げを進めた．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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