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2021 Fiscal Year Annual Research Report

プラズマCVDを用いた低応力・高密度カーボンナノコンポジット膜の高速製膜法の創成

Research Project

Project/Area Number 20J13122
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

HWANG SUNG HWA  九州大学, システム情報科学研究院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Keywordsナノコンポジット膜 / プラズマ化学気相堆積法 / 水素化アモルファスカーボン / カーボンナノ粒子 / プラズマCVD 高速製膜 / 低応力 / 大面積
Outline of Annual Research Achievements

研究期間2年目に当たる2021年度は、プラズマCVDを用いた低応力・高密度カーボンナノコンポジット膜の統合製膜システム構築に着手した。まず、容量結合型プラズマCVD法を用いたa-C:H製膜方式を検討した。放電電極に基板を置いたカソードカップリングが、接地電極に基板を置いたアノードカップリングよりも、高密度a-C:H膜の高速堆積に有利であることを明らかにした。
次に、容量結合型プラズマCVDで生成したCNPサイズのガス流速依存性を明らかにした。上記の知見を基に、2つのプラズマ源を備えたプラズマCVD装置を用いてa-C:H/CNP/a-C:Hサンドイッチ構造のCNPコンポジットa-C:H膜を作製した。ナノ粒子堆積のないa-C:H膜(密度1.88 g/cm3、膜厚300 nm)の圧縮応力は1.59 GPaであるのに対して、CNPカバレッジ(Cp)8.9 %で1.02 GPa(35.8 %減少)まで減少した。この結果は、大面積・高速製膜に適したプラズマCVDでもCNPコンポジットa-C:H膜により応力低減が可能であることを示した。
ここまで実証したa-C:H/CNP/a-C:Hサンドイッチ構造のCNPコンポジットa-C:H膜による応力低減のメカニズム解明に向け、Cp= 8.9 %における膜ストレスの第3層のa-C:H膜厚依存性を評価した。第3層a-C:H膜厚が約50nm以下では、CNPなしの場合と同じストレスを示したが、50nm以上からストレス低減が起き、膜厚増加に対するストレス増加率がCNP無しに比べて低くなることを明らかにした。
Cp=8.9%におけるCNPの堆積状況観察から、堆積したCNPは5nm以下の小サイズCNPと5-30nmのサイズ範囲にある大サイズCNPに分かれており、大サイズCNPの粒子間平均距離dc=50nmとストレス低減開始膜厚が一致することを明らかにした。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Comparison between Ar+CH4 cathode and anode coupling chemical vapor depositions of hydrogenated amorphous carbon films2021

    • Author(s)
      Hwang Sung-Hwa、Iwamoto Ryosuke、Okumura Takamasa、Kamataki Kunihiro、Itagaki Naho、Koga Kazunori、Nakatani Tatsuyuki、Shiratani Masaharu
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 729 Pages: 138701~138701

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2021.138701

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] CNP 層を挿入した a-C:H 膜の応力低減に対する CNP 被覆率の効果2022

    • Author(s)
      Yoshikawa Daichi
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Effects of Carbon Nanoparticles Inserted between Two Diamond Like Carbon Layers on Residual Stress of Films Deposited by Plasma Chemical Vapor Deposition2021

    • Author(s)
      Sunghwa Hwang (本人)
    • Organizer
      20th INTERFINISH
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transport of Nanoparticles in Afterglow Region Using Multi-Hollow Discharge Plasma CVD2021

    • Author(s)
      古閑 一憲
    • Organizer
      74th Annual Gaseous Electronics Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reduction of compressive stress of hydrogenated amorphous carbon films by inserting carbon nanoparticle layer using plasma CVD2021

    • Author(s)
      Sunghwa Hwang
    • Organizer
      42nd International Symposium on Dry Process
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low-stress diamond-like carbon films containing carbon nanoparticles produced by combining rf sputtering and plasma chemical vapor deposition2021

    • Author(s)
      Sunghwa Hwang
    • Organizer
      Japan-RUB Workshop
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ar+CH4平行平板型プラズマ CVD で作製した カーボンナノ粒子サイズに対するガス圧力の効果2021

    • Author(s)
      古閑 一憲
    • Organizer
      第82回 応用物理学会 秋季学術講演会
  • [Presentation] Structural Analysis of Hydrogenated Amorphous Carbon Films Deposited by Capacitively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition2021

    • Author(s)
      Sunghwa Hwang
    • Organizer
      Materials Research Meeting

URL: 

Published: 2022-12-28  

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