2023 Fiscal Year Final Research Report

Rapid deposition of oxide semiconductor film by innovative atmospheric solution precursor spray using vortex thermal plasma flow

Research Project

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Project/Area Number	20K03918
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 14030:Applied plasma science-related
Research Institution	Ashikaga University
Principal Investigator	Ando Yasutaka 足利大学, 工学部, 教授 (60306107)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西山秀哉足利大学, 工学部, その他 (20156128) 田中学大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20243272) 茂田正哉東北大学, 工学研究科, 教授 (30431521)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	プラズマ溶射 / 熱プラズマ / CVD / 酸化物半導体 / 光触媒 / 旋回流プラズマ / 酸化チタン / 微粒子
Outline of Final Research Achievements	For development of an atmospheric solution precursor plasma spray (ASPPS) equipment which can deposit functional films with high mechanical properties, the complex type vortex plasma torch consisted of the upstream plasma torch for nano particle creation and the downstream plasma torch for thermal spray of the created nano particles was fabricated. Besides, in order to evaluate this equipment’s ability on deposition of the titanium oxide film with high mechanical properties in this study, titanium oxide film deposition was carried out by ASPPS using this equipment. Consequently, it was proved that rutile rich titanium oxide films with high mechanical properties could be deposited on the condition of short deposition distance (high deposition temperature). In addition, rapid cooling of the film using commercial quenching agent immediately when post heat treatment of the film was finished, its anatase/rutile ratio could be promoted without deterioration of its mechanical properties.
Free Research Field	表面工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	大気圧下で行われる液相前駆体プラズマ溶射 (大気SPPSもしくはASPPS) は、機能性微粒子形成技術として実用化されているが、薄膜形成技術としては、形成される薄膜の機械的特性が低いため実用化に至っていない。減圧下で行われるSPPSは、機能性薄膜の高速形成技術として実用レベルに達していることから、大気圧下で行われる本研究の研究成果は、より簡便な設備での機能性薄膜の高速形成が可能となり、機能性薄膜の形成コスト低減に有効である。特に酸化物薄膜等は開放大気下での形成も可能になる事から、熱遮へいコーティング用柱状組織PSZの高速形成などへの応用に期待できる。