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プラズマエッチングによるナノ構造発現メカニズムの解析と応用

研究課題

研究課題/領域番号 12J09423
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 プラズマ科学
研究機関高知工科大学

研究代表者

針谷 達  高知工科大学, 工学部, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードプラズマエッチング / プラズマCVD / ダイヤモンドライクカーボン / アモルファスカーボン / ナノ構造体 / X線反射率測定 / ダイヤモンド
研究実績の概要

本年度は、原料ガスとしてCOガスを用いることで、プラズマCVD法による水素を含まないDLC薄膜の作製と評価を行った。COガスを原料とし、RF(13.56MHz)プラズマCVD法により、Si基板上にDLC薄膜を成膜することに成功した。膜特性は、硬さ15GPa、屈折率2.06、水素含有量4atm%、酸素含有量20atm%であった。COガスから作製したDLC薄膜は、C2H2から作製したDLC薄膜に比べ、低抵抗であることを確認した。合成圧力を40Paとしたとき、COガスから作製したDLC薄膜のシート抵抗は、約2×10^4Ω/□であり、膜硬度は14GPaを示した。
本研究では、プラズマと基材とのナノ界面に焦点をあて、DLCの酸素プラズマエッチングによるナノ構造体形成過程を明らかにした。ナノ構造体形成過程において重要なナノ構造体の発現要因が金属堆積であることを明らかにし、スパッタによる金属堆積とエッチングによるDLC加工の2段階プロセスによってナノ構造体を作製することに成功した。この2段階プロセスにより、堆積金属元素の違いが与えるナノ構造体形状の変化を明らかにした。酸素プラズマエッチングによるDLCナノ構造体の作製では、カーボンと反応性の高い金属元素を用いることで、ナノ構造体の長尺化・高密度化を実現した。さらに、XRR分析などから基材DLC薄膜の膜特性を明らかにした。また、COガスを原料としたプラズマCVD法により、DLC膜としての硬度を有した低抵抗カーボン膜の作製に成功した。
本研究の成果は、酸素プラズマエッチングによるDLC薄膜のナノ構造化プロセスを明確にした点と、プラズマCVD法による低抵抗DLC薄膜の実現にある。プラズマCVD法により成膜した低抵抗DLC膜は、新たなハードコーティング材料として期待されるだけでなく、プラズマエッチングによるナノ構造化により、従来のDLCナノ構造体に比べ低閾値電圧かつ高い耐電流特性を有する電界電子放出ナノ材料になると期待される。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2015 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (24件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Diamond-like carbon films from CO source gas by RF plasma CVD method2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yasuoka, Toru Harigai, Jun-Seok Oh, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 54 号: 1S ページ: 01AD04-01AD04

    • DOI

      10.7567/jjap.54.01ad04

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hydrophilic DLC Surface Induced by Nanostructures Formed by RF O2 Plasma Etching With Metal Micromasks2014

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, Koyo Iwasa, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Plasma Sci.

      巻: 42 号: 12 ページ: 3858-3861

    • DOI

      10.1109/tps.2014.2338352

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis on Self-Organized Formation of Nanofibers on Diamond-Like Carbon Film Surface during RF O<sub>2</sub> Plasma Etching2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, et. al.
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: 38 号: 3 ページ: 447-450

    • DOI

      10.14723/tmrsj.38.447

    • NAID

      130004676464

    • ISSN
      1382-3469, 2188-1650
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] X-ray Reflectivity Analysis on Initial Stage of Diamond-Like Carbon Film Deposition on Si Substrate by RF Plasma CVD and on Removal of the Sub-Surface Layer by Oxygen Plasma Etching2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, et. al.
    • 雑誌名

      Diamond Relat. Mater.

      巻: 38 ページ: 36-40

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2013.06.004

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] X線反射率法を用いたRFプラズマCVD成膜におけるDLC膜界面の分析2015

    • 著者名/発表者名
      針谷達
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2015-03-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 酸素プラズマエッチングによるDLCナノ構造体形成における基材膜質の影響2014

    • 著者名/発表者名
      針谷達
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] CO原料ガスを用いて合成したDLC膜の電気特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      安岡佑起
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] COガスを用いたRFプラズマCVD法によるDLC膜の特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      安岡佑起
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学
    • 年月日
      2014-03-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] XRR Analysis on Multi-Layer Structure of DLC Film on Si Substrate by Single Pulse RF PIasma CVD2014

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai
    • 学会等名
      8th International Conference on Reactive Plasmas and 31st Symposium on Plasma Processing
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2014-02-06
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Characterization of Diamond-Like Carbon Films Fabricated by RF Plasma CVD from CO Source Gas2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yasuoka
    • 学会等名
      8th International Conference on Reactive Plasmas and 31st Symposium on Plasma Processing
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2014-02-05
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Hydrophilic DLC Surface Induced by Nanostructures Formed by RF O_2 Plasma Etching with Metal Micro-Masks2013

    • 著者名/発表者名
      Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      8th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology
    • 発表場所
      Taiwan
    • 年月日
      2013-12-21
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Hydrophilic Surface of DLC Coating with Nano-Fibers Induced by Plasma Etching2013

    • 著者名/発表者名
      Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      THERMEC'2013
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2013-12-04
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Improved Wettability on DLC Film Surface with Nanostructures Fabricated by O_2 Plasma Etching with a Small Amount of Ni Deposition2013

    • 著者名/発表者名
      Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      26th Symposium on Plasma Science for Material
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2013-09-23
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DLCのプラズマCVD法における初期高速成膜過程2013

    • 著者名/発表者名
      針谷達
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      2013-09-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Analysis on Diamond-Like Carbon Film by RF Plasma CVD from CO gas2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai
    • 学会等名
      International Conference on Diamond and Carbon Materials2013
    • 発表場所
      Riva del Garda, Italy
    • 年月日
      2013-09-04
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Ultra-Thin DLC Coating by Short Duration Single Pulse CVD2013

    • 著者名/発表者名
      Jun-Seok Oh
    • 学会等名
      AEPSE2013
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2013-08-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Hydrophilic Surface of DLC Film with Nanostructures Formed by Ni Deposition and subsequent O_2 Plasma Etching2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai
    • 学会等名
      21st International Symposium on Plasma Chemistry
    • 発表場所
      Cairns, Australia
    • 年月日
      2013-08-08
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] COガスを用いたプラズマCVD法によるa-C膜の作製と評価2013

    • 著者名/発表者名
      安岡佑起
    • 学会等名
      応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学
    • 年月日
      2013-07-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DLCナノファイバーの作製と撥水性の評価2013

    • 著者名/発表者名
      角田祥明
    • 学会等名
      応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学
    • 年月日
      2013-07-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Nanotexturing of DLC and Diamond Film Surfaces by RF O_2 Plasma Etching after Metal Deposition2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai
    • 学会等名
      The 12th Asia Pacific Physics Conference
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2013-07-15
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Hydrophilic or Hydrophobic DLC Surface with Nano-Fibers Induced by Cu Contamination from Electrode Sputtered during RF O_2 Plasma Etching2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai
    • 学会等名
      The 12th International Symposium on Sputtering and Plasma Processes
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2013-07-12
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] XRR Analysis on Sub-Surface Layer of Diamond-Like Carbon Film Deposited by RF Plasma CXRR Analysis on Sub-Surface Layer of Diamond-Like Carbon Film Deposited by RF Plasma CVD2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbons Conference 2013
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2013-05-21
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] スパッタ・エッチングプロセスによるDLCナノ構造体の形状変化2013

    • 著者名/発表者名
      針谷達
    • 学会等名
      2013年春季第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川大学
    • 年月日
      2013-03-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] COガスを用いたRFプラズマCVD法によるアモルファスカーボン膜の作製2013

    • 著者名/発表者名
      安岡佑起
    • 学会等名
      2013年春季第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川大学
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Control of Nanotexturing on DLC Surface by RF O_2 Plasma Using Thin Metal Layer2013

    • 著者名/発表者名
      針谷達
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies - Internatinal Conference on Electronic Materials 201
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2013-01-30
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Formation of nanostructures on DLC surface by O_2 plasma etching after depositing small amount of metal2013

    • 著者名/発表者名
      岩佐向洋
    • 学会等名
      5th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2013-01-30
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] DLC膜のRF酸素プラズマエッチングによる高密度ナノ構造体形成2012

    • 著者名/発表者名
      針谷達
    • 学会等名
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学
    • 年月日
      2012-09-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 異なる金属薄膜を用いたRF酸素プラズマエッチングによるDLCナノ構造体の作製2012

    • 著者名/発表者名
      岩佐向洋
    • 学会等名
      2012年度応用物理関係学会中国四国支部学術講演会
    • 発表場所
      山口大学
    • 年月日
      2012-07-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考] Hatta+Furuta Laboratory

    • URL

      http://plasma.eng.kochi-tech.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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