| 研究課題/領域番号 |
21K03503
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 東京工芸大学 |
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研究代表者 |
實方 真臣 東京工芸大学, 工学部, 准教授 (80277368)
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| 研究分担者 |
美齊津 文典 東北大学, 理学研究科, 教授 (20219611)
西宮 信夫 東京工芸大学, 工学部, 教授 (50208211)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | マグネトロンスパッタリング / プラズマ診断 / プラズマ分光計測 / 光イオン化レーザー分光法 / 飛行時間質量分析法 / レーザー誘起蛍光法 / 飛行時間型質量分析法 / 2光子共鳴飽和分光法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高出力パルスマグネトロンスパッタリングは、従来の直流法に比べて多量のスパッタイオンをプラズマ内に生成することが可能となる。スパッタイオン粒子は、密着強度の優れた硬質皮膜の成膜を可能とするため、成膜領域におけるスパッタ粒子内の中性粒子とイオン粒子の絶対密度(濃度)のバランスは、得られる硬質皮膜の膜性能を左右する重要な因子となる。
本研究では、プラズマスパッタ粒子中の中性種とイオン種の絶対濃度の測定を目的として、パルスYAGレーザー光イオン化を用いた飽和分光法と飛行時間型質量分析法を組み合わせた新しいプラズマ分光計測法の開発を行なう。
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| 研究実績の概要 |
高いイオン化率を伴ってスパッタリングプラズマを生成する高出力パルスマグネトロンスパッタリング(HPPMS)は、プラズマ中に含まれる高密度なスパッタ粒子イオンによって、より稠密で滑らかな表面構造からなる成膜を可能とする。HPPMSのプラズマ診断においては、HPPMS成膜の鍵となるスパッタ粒子イオンの存在量をより精密に計測することが要求される。そこで本研究では、飛行時間質量分析計(TOF-MS)の加速電極内のイオン加速位置を成膜領域に見立て、基板到達時のスパッタ粒子の状態を計測・分析するための新たなプラズマ診断法として2光子共鳴レーザー光イオン化飛行時間質量分析法の適用を試みた。最終年度におけるTOF-MS加速領域の差動排気機構に対する改良によって、これまで不可能であった高い分解能(約2000 amu)でのTOF-MS測定が可能となり、粒子衝突による計測領域内でのエネルギー緩和が防がれたことで、よりエネルギー分析器に適したTOF-MSが完成された。それにともなって、スパッタリングで生成するバルクプラズマに由来するイオン信号の背景ノイズが飛躍的に低減化されたことで、スパッタ粒子の多光子共鳴光イオン化(REMPI)検出を可能とするTOF-MSシステムの実現に至った。
本研究期間全体を通じて、HPPMSで生成したスパッタ粒子の①飛行時間質量分析法および②レーザー誘起蛍光法を用いた新しいプラズマ診断法を開発した。①においては、TOF-MSを用いたイオン強度の時間発展計測において、世界最短の時間分解能(0.5 μs)を持った多成分同時高分解時間計測計および多成分時間分解イオンエネルギー分析計を実現した。②においてもまた、中性粒子の高分解時間発展計測計法(時間分解能0.1 μs)および中性粒子の粒子輸送に基づく中性粒子エネルギー分析手法を開発した。
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