フッ化・硫化物薄膜スパッタリング堆積におけるアニオン欠陥形成の機構解明とその抑制

• 研究課題/領域番号: 15K06513
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・組織制御工学
• 研究機関: 金沢工業大学
• 研究代表者: 草野 英二 金沢工業大学, バイオ・化学部, 教授 (00278095)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 薄膜 / スパタリング / アニオン欠陥 / フッ化マグネシウム薄膜 / CZTS薄膜 / スパッタリング / 負イオン阻止 / フッ化マグネシウム / 負イオン入射 / 負イオン / 阻止電位

研究成果の概要

Cu2ZnSnS4薄膜のスパッタリング法による堆積に関する研究おいては，熱反射壁スパッタリング法において放電ガスへの酸素導入により薄膜中の欠陥濃度を低くするとともに，結晶性の向上及びバンドギャップの適正化を達成した．
MgF2薄膜のスパッタリング堆積に関する研究においては，負イオン基板入射阻止電極を用いて高速負イオンの基板への入射を阻止することにより，薄膜中のアニオン欠陥の形成及び光学吸収を抑制し，1.38という屈折率を持つ薄膜の堆積を達成した．
フッ化物あるいは硫化物薄膜のスパッタリング堆積においては，負イオンの基板入射を抑制することが工業的な応用に必須であることが明らかとなった．

研究成果

• [雑誌論文] Radio frequency sputter deposition of Cu 2 ZnSnS 4 thin films with a temperature-controlled reflector wall: Effects of H 2 addition to the sputtering gas (2018)
  • 著者名/発表者名: Kusano Eiji、Kondo Yu
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 646 ページ: 75-82
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2017.11.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] 誤解してしまう水の三態と状態変化-開放系と閉鎖系- (2018)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 66 ページ: 184-185
  • NAID: 130007621816
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanisms of the structural modification of Ti films by pulsed direct current and inductively coupled plasma-assisted pulsed direct current sputtering (2017)
  • 著者名/発表者名: Kusano Eiji、Kikuchi Naoto
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 634 ページ: 73-84
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2017.05.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] 加賀友禅とガラス技術の融合 (2017)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 38 号: 8 ページ: 425-426
  • DOI: 10.1380/jsssj.38.425
  • NAID: 130005997148
  • ISSN: 0388-5321, 1881-4743
  • 査読あり
• [雑誌論文] 乾燥および高湿環境におけるファインセラミックス薄膜摩擦摩耗試験方法の標準化への取り組み (2016)
  • 著者名/発表者名: 草野英二 他5名
  • 雑誌名: Mechanical Surface Tech 巻: 33 ページ: 22-26
• [雑誌論文] Control of composition and properties by the use of reflector wall in RF sputter deposition of Cu2ZnSnS4 thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano, Muneaki sakamoto
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 589 ページ: 433-440
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2015.06.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model calculation of time-dependent changes in getter-pump pumping speed in reactive sputtering (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano
  • 雑誌名: The Proceedings of the 13th Intl. Symp. Sputtering and Plasma Processes 巻: 13 ページ: 174-177
• [雑誌論文] Revisit to zone structure model by observing the relationship between normalized deposition temperature and film structure and properties in sputter deposition of the group 4 metals (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuta Bohya, Keisuke Akinaga, Eiji Kusano
  • 雑誌名: The Proceedings of the 13th Intl. Symp. Sputtering and Plasma Processes 巻: 13 ページ: 186-189
• [雑誌論文] パルス放電の基礎とパルススパッタリング法の工業展開-日本真空学会スパッタリング及びプラズマプロセス技術部会勉強会の内容から- (2015)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二
  • 雑誌名: 真空ジャーナル 巻: 153 ページ: 11-16
• [学会発表] Model calculation and visualization of time-dependent reactive gas mass balance change in Ti-O2 reactive sputtering (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano
  • 学会等名: 16th International Conference on Reactive Sputtering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reactive sputter deposition of transparent and low refractive-index MgF2 thin films using a double-grid negative-ion retarding electrode (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano, Daiki Matsunaga
  • 学会等名: 16th International Conference on Reactive Sputtering
  • 国際学会
• [学会発表] Band gap and film structure control by H2 addition to Ar discharge gas in Cu2ZnSnS4 thin film deposition by reflector-wall sputtering (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano, Yu Kondo
  • 学会等名: Iberian Vacuum Conference, RIVA-X 8th and European Topical Conference on Hard Coatings
  • 国際学会
• [学会発表] 反応性スパッタリング法によるMgF2薄膜堆積における負イオン入射阻止の薄膜堆積速度および光学物性への影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二 ，松永 大輝
  • 学会等名: 一般社団法人日本真空学会第58回真空に関する連合講演会
• [学会発表] 反応性スパッタリングにおける反応性ガス消費の時間変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二
  • 学会等名: 一般社団法人日本真空学会スパッタリングおよびプラズマプロセス技術部会平成28年度技術交流会
• [学会発表] 中部から世界へ発信する表面技術 (2017)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二
  • 学会等名: 一般社団法人表面技術協会第136回講演大会
  • 招待講演
• [学会発表] 熱反射壁を用いたスパッタリング法によるCu2ZnSnS4薄膜太陽電池光吸収層堆積における放電ガスへの水素添加の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二
  • 学会等名: 日本真空学会スパッタリングおよびプラズマプロセス技術部会第13回技術交流会
  • 発表場所: 機械振興会館，東京
  • 年月日: 2016-12-08
• [学会発表] 負イオン阻止電極をもちいた高周波スパッタリング法によるフッ化マグネシウム薄膜の堆積 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松永大輝, 草野英二
  • 学会等名: 第57回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場，名古屋
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] ～数100eVのエネルギーを持った入射粒子とターゲットあるいは基板・薄膜との相互作用を理解する (2016)
  • 著者名/発表者名: 草野 英二
  • 学会等名: 日本真空学会スパッタリングおよびプラズマプロセス技術部会平成28年度第1回勉強会
  • 発表場所: 金沢工業大学東京事務所会議室，東京
  • 年月日: 2016-11-11
• [学会発表] Suppression of F- ion incidence to growing film surface by using a double-grid retarding electrode in sputter deposition of MgF2 thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano, Satoshi Jinbo
  • 学会等名: 15th International Conference on Plasma Surface Engineering
  • 発表場所: Garmisch-Partenkirchen, Germany
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Suppression of F- ion incidence to growing film surface by using a double-grid retarding electrode in sputter deposition of MgF2 thin films", preliminary abstract code (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano, Satoshi Jinbo
  • 学会等名: 15th International Conference on Plasma Surface Engineering - Conference and Exhibition
  • 発表場所: Congress Center, Garmisch-Partenkirchen, Germany
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Deposition of Cu2ZnSnS4 thin film solar absorber by reflector-wall sputtering from a quaternary target: effects of H2 addition to discharge gas (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiji KUSANO, Yu KONDO
  • 学会等名: 20th International Vacuum Congress
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2016-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] Deposition of Cu2ZnSnS4 thin film solar absorber by reflector-wall sputtering from a quaternary target: effects of H2 addition to discharge gas (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano, Yu Kondo
  • 学会等名: The 20th Intl. Vacuum Congress
  • 発表場所: BEXCO, Busan, Korea
  • 年月日: 2016-08-21
  • 国際学会
• [学会発表] 熱反射壁を用いたスパッタリング法によるCZTS 薄膜太陽電池光吸収層の堆積における放電ガスへの水素添加の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 草野英二，近藤 優，保屋勇太
  • 学会等名: 表面技術協会第133講演大会
  • 発表場所: 早稲田大学，東京
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 直流および直流パルススパッタリング法による4族金属薄膜堆積における高周波プラズマ支援の薄膜構造および物性への影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 保屋勇太，田中さおり，草野英二
  • 学会等名: 日本真空学会第56回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場，つくば
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] Mechanisms involved in modification of film structure and properties in ICP assisted dc and pulsed dc sputtering (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano
  • 学会等名: International symposium on Surface Engineering based Convergence Science & Technology (SECST2015)and the 49th Korean Vacuum Society
  • 発表場所: Changwon Convention Center, Changwon, Korea
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Revisit to zone structure model by observing the relationship between normalized deposition temperature and film structure and properties in sputter deposition of the group 4 metals (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuta Bohya, Keisuke Akinaga, Eiji Kusano
  • 学会等名: 13th Intl. Symp. Sputtering and Plasma Processes
  • 発表場所: Kyoto Research Park, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-07-09
  • 国際学会
• [学会発表] Model calculation of time-dependent changes in getter-pump pumping speed in reactive sputtering (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Kusano
  • 学会等名: 13th Intl. Symp. Sputtering and Plasma Processes
  • 発表場所: Kyoto Research Park, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-07-09
  • 国際学会
• [産業財産権] 試料保持台 (2017)
  • 発明者名: 草野 英二
  • 権利者名: 草野 英二
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017