2015 Fiscal Year Research-status Report
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26790054
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
青野 祐美 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 准教授 (80531988)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 窒化炭素 / アモルファス / 光誘起体積変化 / 光電効果 / 時間依存性 / マイクロマシーン / 光駆動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アモルファス窒化炭素薄膜の光誘起体積変化の原因解明とデバイス応用を目指し、研究実施計画に沿って、本年度は長時間の光照射が体積変化におよぼす影響、マイクロマシーンへの応用に必要な応答速度などを明らかにした。
長時間の光照射がアモルファス窒化炭素の一時的な体積変形におよぼす影響については、総照射時間を８時間とし、光学チョッパーを用いた断続光と連続光の２種類について実験を行った。その結果、断続光の場合は、光照射中に変形量の変化は見られなかったが、連続光の場合は、時間とともに徐々に変形量が増加した。電子スピン共鳴法を用いた欠陥（ダングリングボンド）密度の推定からは、光照射による欠陥の増加などは観測されず、長時間の連続光照射による体積変化量の増加は、アモルファス窒化炭素の光熱変換により生じた熱の影響であると考えられる。
ダングリングボンドに関連する電気伝導度との比較においては、電導性が比較的高い試料では光誘起体積変形がほとんど起こらず、絶縁性の高い試料で大きな変形量が得られることがわかった。この関係は、アモルファス窒化炭素の光誘起体積変形の起源解明に結びつくものと思われる。
マイクロマシーンへの応用は、厚さの異なる４種類の短冊形ガラス基板を用いて、応答速度の実験を行った。実験では、基板の片方を固定した片持ち梁式の試料の全面に白色光を照射した。その結果、アモルファス窒化炭素薄膜は、基板の厚さによらず、光照射から約５秒程度で変形の最大値を迎え、光照射を止めると、基板の厚さが薄くなるに従い、応答速度は速くなった。
また、これまで、体積変形量については基板温度の影響を中心として研究を行ってきたが、基板材料にプラスチックなどを用いる場合には、温度の制約があるため、デバイス応用に向け、変形量最大となる投入電力や圧力など最適な成膜条件の割り出しにも着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
計画書では、H27年度は、「（光誘起体積変化解明のための）長時間光照射の影響」と「マイクロマシーンのための基礎研究」を行うことになっており、「長時間光照射の影響」については、研究当初から使用しているガラス基板、シリコン基板上に成膜したアモルファス窒化炭素に関しては、予定していたすべての実験が終了している。
マイクロマシーン応用に向けた基礎研究では、H28年度に予定していたガラス基板やシリコン基板を使った応答速度、収縮率（体積変化量）、水溶液中での挙動はすでに実験に着手し、データも得られているため、計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究が、当初の計画より進展しているため、本年度は、「マイクロマシーンのための基礎研究」をさらに発展させ、光照射の有無で液体の流れを制御するマイクロポンプなど実デバイスに近い実験を行っていく予定である。H27年度中に微細加工技術の研修とマイクロ流路の作製を行っている。
研究が進む中で、基板は、その機械的特性がアモルファス窒化炭素の体積変形量に大きな制約を与える一方、安定した長時間の体積変形には欠かせないことが明らかとなった。基板を取り去った自立膜では、変形量は膜厚の100倍に達するものの、長時間の光照射では変形量の減少がみられ、破れやすく、加工性も低い。これまで、最大変形量が得られた成膜条件は、温度が300℃であった。光誘起変形が得られやすい基板として、柔らかく加工性に優れたプラスチック等の有機材料が期待できるが、温度やプラズマのダメージに弱いため、ガラスやシリコン上に作製する際の成膜条件がプラスチック基板に応用できないことが明らかとなった。そのため、H27年度後半から、温度以外の条件である成膜圧力や投入電力を変化させ、より低温で変形量が最大となる成膜条件を調べている。H28年度には、さらに、プラズマによるプラスチック基板の劣化や成膜後の基板を加工した際の問題点等も洗い出す予定である。
光誘起体積変形の原因解明についてであるが、電気伝導・ホール効果・原子間力顕微鏡等の実験結果から、光誘起体積変形を起こすアモルファス窒化炭素は、光照射時に表面電荷が生成されている可能性があることがわかった。本年度は、帯電の影響を考慮に入れ、アモルファス窒化炭素における光誘起体積変形のモデルを構築する予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた原因は、旅費等の実費計算の差額によるものである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度分を含め、主として基板の購入と学会発表等に使用する予定である。
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