ニッケル触媒を利用した純水ベースの超精密表面研磨手法の開発

• Project/Area Number: 18J20252
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Production engineering/Processing studies
• Research Institution: Osaka University
• Research Fellow: 藤 大雪 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 金属触媒 / 化学研磨 / 半導体材料 / 半導体デバイス基板材料 / 平坦化技術 / 触媒 / ニッケル / 紫外光照射 / 光電気酸化

Outline of Annual Research Achievements

1年目の③新規触媒の探索，については3年目の計画にはなかったが有益なデータが取得できる見込みがあったため実験を遂行した．また本年度は2年目に作製した，紫外光照射機能付き平坦化加工装置を用いて2年目の⑥加工特性評価を昨年に引き続き実施した
申請者が提案しているめっき技術を応用した触媒表面基準エッチング(CARE)法（以後，触媒活性維持手法と記す）ではNiのみならず電気化学的な析出，溶出が可能な卑な金属であれば触媒として使用が可能であること，なかでもFeはNiの2倍，従来使用していたPt触媒の20倍の加工速度を実現することを昨年度までに明らかにした．そこで本年度はFeに対して，加工速度が最大になるような析出電位，溶出電位を最適化し，それら条件を用いて石英ガラス基板を加工した．加工液には0.01 MのFeSO4水溶液を用い，析出用の下地にはAu膜を用いた．析出電位を－1.4 Vに，溶出電位を0.8 Vにし，各電位保持時間は100秒および50秒とした．1分加工で加工速度が落ち込んでいたのに対し，析出，溶出を繰り返すことで25分もの間，初速度を維持することができた．また本評価実験は触媒活性維持手法がNiに限らず，その他卑金属に対しても有用であり，高い汎用性を持つことを示唆しており，CARE法のさらなる普及へ大きく貢献できる技術であると言える．
昨年度作製した基板表面に紫外光を照射しながら加工ができる紫外光照射機能付き加工装置を用いて，次世代パワー半導体材料として近年注目を浴びているGaNを加工し，その加工特性を評価した．本装置を利用することで加工速度は約50倍も向上し，加工後表面にはこれまでと遜色のない原子1層分の高さを有するステップテラス構造を確認でき，原子レベルで平滑な表面の取得も可能であることが明らかになった．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photoelectrochemical Oxidation Assisted Catalyst-Referred Etching for SiC (0001) Surface (2021)
  • Author(s): D. Toh, P. V. Bui, K. Yamauchi, and Y. Sano
  • Journal Title: Int. J. Automation Technol. Volume: 15 Issue: 1 Pages: 74-79
  • DOI: 10.20965/ijat.2021.p0074
  • NAID: 130007966130
  • ISSN: 1881-7629, 1883-8022
  • Year and Date: 2021-01-05
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High surface laser induced damage threshold of SrB4O7 single crystals under 211nm (DUV) laser irradiation (2020)
  • Author(s): Y. Tanaka, R. Murai, Y. Takahashi, T. Sugita, D. Toh, K. Yamauchi, S. Aikawa, H. Marui, Y. Umeda, Y. Funamoto, T. Kamimura, M. J. F. Empizo, M. Imanishi, Y. Mori, and M. Yoshimura
  • Journal Title: Opt. Express Volume: 28 Pages: 29239-29244
  • DOI: 10.1364/oe.401777
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-efficiency planarization of GaN wafer by catalyst-referred etching with positive-biased photo-electrochemical oxidation (2019)
  • Author(s): R. Ohnishi, D.Toh, S. Matsuyama, A. Isohashi, Y. Sano, K. Yamauchi
  • Journal Title: Proceedings - 34th ASPE Annual Meeting Volume: 34 Pages: 79-83
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of an abrasive-free polishing method for optical material using pure water and Ni catalyst (2019)
  • Author(s): D.Toh, R. Ohnishi, S. Matsuyama, A. Isohashi, Y. Sano, K. Yamauchi
  • Journal Title: Proceedings - 34th ASPE Annual Meeting Volume: 34 Pages: 474-477
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Development of an abrasive-free polishing method for optical material using pure water and Ni catalyst (2019)
  • Author(s): D.Toh, R. Ohnishi, S. Matsuyama, A. Isohashi, Y. Sano, K. Yamauchi
  • Organizer: 34th Annual Meeting of the American Society for Precision Engineering, ASPE 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-efficiency planarization of GaN wafer by catalyst-referred etching with positive-biased photo-electrochemical oxidation (2019)
  • Author(s): R. Ohnishi, D.Toh, S. Matsuyama, A. Isohashi, Y. Sano, K. Yamauchi
  • Organizer: 34th Annual Meeting of the American Society for Precision Engineering, ASPE 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of damage-free atomically smooth SiC surface using water and Ni catalyst (2019)
  • Author(s): D. Toh, R. Ohnishi, P. V. Bui, A. Isohashi, S. Matsuyama, Y. Sano, K. Yamauchi
  • Organizer: The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of high efficiency polishing method using pure water and Ni catalyst (2018)
  • Author(s): 藤大雪
  • Organizer: Euspen's 18th International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of damage-free atomically smooth SiC surface using pure water and metal catalyst (2018)
  • Author(s): 藤大雪
  • Organizer: The Forum on the Science and Technology of Silicon Materials 2018
  • Int'l Joint Research