Development of a thin film growth circulation-cycle-system using selective elemental ion beam

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04885
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Nojima Masashi 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 講師 (50366449)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 質量分離技術 / 静電噴霧イオン化 / イオンビーム / 回転電場質量分離器 / 薄膜形成技術 / 溶液金属イオン源 / 機器分析化学

Outline of Final Research Achievements

This study aims to generate mass selected ion beam by the rotating electric fields mass separator (REF-MS) using vacuum electro-spray-ionization (V-ESI) method from metallic ion solution ion source. The REF-MS selected ion beam can reconstruct ordered thin films by evaluating molecular-characteric frequencies. From this technique, we can create optimal process chain (consist of design, processing, and evaluation) of thin film formations that can reproduce molecular formations in real space. The REF-MS conditions are optimized by introducing a newly developed V-ESI tip. In order to estimate three-component materials consist of Co, Cu, Ni and prepare the parameters of ion beam, mass separations images are obtained for solvent of Co(NO3)2, Cu(NO3)2 , Ni(NO3)2. These studies are enabled us to realize frequency-driven fabrication process from at least three elements.

Free Research Field

マイクロビームアナリシス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでの成膜プロセスは、静電噴霧堆積(ESD)法が最先端の手法であった。ESD法は有機・無機材料を問わず広い成膜物質を選択することができるため、真空蒸着技術を代表とするドライプロセス、スピンコート法やインクジェット法などの塗布成膜技術に代わる成膜技術として期待を集めていた。ESD法は、溶液化した材用物質をキャピラリーに充填し、数kVの高電圧を印加することで発生させた溶液スプレーを材料基板に噴霧する。しかしながら、ESD成膜過程において、噴霧物質の元素レシピはコントロール不能であった。本研究によって、噴霧物質の元素レシピを回転電場質量分離技術によって選択することを可能とした。