2021 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of Technology for Nanostructured Thin-film Fabrication by Glancing-angle Deposition in Reactive Plasma Environments
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20K05064
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
井上 泰志 千葉工業大学, 工学部, 教授 (10252264)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 斜入射堆積法 / スパッタリング / 反応性蒸着 / 酸化物薄膜 / 窒化物薄膜 / 離散的柱状構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は以下の実績を得た．
(1) 金属Tiをターゲットとし，スパッタリングガスにAr-O2混合ガスを用いた反応性スパッタリング法に斜入射堆積法を適用し，TiO2薄膜の離散的柱状構造化を試みた．その結果，1～5 Paのスパッタリングガス圧条件において，いずれの圧力でも結晶性のないアモルファスTiO2膜が堆積され，形状的には連続膜であり，離散的柱状構造にはならなかった．前年度に実施したTiN膜では，ほぼ同様のスパッタリング条件で離散的柱状構造化に成功していたことと比較すれば，離散的柱状構造の形成に対して，結晶性の有無は非常に重要な要因となることが明かとなった．
(2) 斜入射堆積反応性スパッタリング法によるInN薄膜堆積プロセスにおいて，金属Inターゲット上にYチップを設置することにより，YドープInN薄膜の作製を行った．その結果，YドープによってInN結晶の格子定数の減少が認められたが，一方で，試料の示す光吸収端は短波長側へシフトした．この結果は，Yドープに伴う結晶性の低下によって，成膜後の大気曝露に伴う部分的酸化の影響，および，Yチップ（特に表面）に存在するY酸化物に由来する酸素の堆積膜への混入の影響であると考えられる．
(3) SnO2薄膜の離散的柱状構造化と，それに伴う表面積増大によるガスセンシング特性の向上を目的として，SnO2焼結体をターゲットとするスパッタリング法に斜入射堆積法を適用して成膜実験を行った．その結果，堆積膜はルチル型結晶構造を示すが，結晶性は非常に低く，SEMによる観察では離散的柱状構造は得られていなかった．一方で，堆積膜へのエタノールガス曝露に伴う電気抵抗変化が大きく増大しており，ガスセンシング特性自体は向上した．これらの結果から，SEMでは観察できないレベルの微細な孔構造が形成されており，表面積が増大している可能性が示唆された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍により研究室の滞在時間が制限され，実験時間・資料作成回数が十分に確保できなかったため．研究が計画通りには進まなかった．具体的には以下のとおりである．
(1) SnO2薄膜のスパッタリング成膜では，成膜圧力の影響のみの調査にとどまり，ガス組成や成膜温度の影響を調査し，離散的柱状構造化を実現可能な成膜条件の探索が十分に行えなかった．
(2) 計画では2021年度にWO3についても離散的柱状構造化を試みる予定であったが，マシンタイムの確保ができず，2022年度に繰り下げることとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点ではコロナ禍が落ち着きを見せ始め，研究室滞在時間の制限も緩和されつつあるため，研究計画を以下のとおりとする．
(1) 2021年度までに不十分であった部分を完成させる．具体的には，以下の研究を遂行する．
(1-1) 斜入射堆積法を適用したスパッタリング法および反応性蒸着法によるInN薄膜の成膜において，基板温度条件により離散的柱状構造（特に空隙サイズ）の制御を試みる．
(1-2) 当初の研究計画において対象材料とした酸化物薄膜（SnO2，WO3）について，離散的柱状構造形成の要件を明確にする．具体的には，結晶性向上が鍵となる可能性が高いため，成膜温度を変えられるように装置の改造を行い，最適条件の探索を行う．SnO2についてはガスセンシング特性を，WO3についてはエレクトロクロミック特性を評価し，斜入射堆積法導入の効果を明らかにする．
(2) 炭化物薄膜（SiC，TiC）については，実験時間の確保が可能であれば計画通り研究を遂行するが，上記(1)を優先させる．
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| Causes of Carryover |
本研究の遂行にあたって必要となった消耗品類の購入において，特段の金額調整を行わなかったため，結果としてわずかな金額ではあるが残額が生じた．
金額として12円と少額であるため，2022年度の使用計画に変更はない．
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