| 研究課題/領域番号 |
21K03523
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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14030:プラズマ応用科学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
伊庭野 健造 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80647470)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | レーザー / プラズマ / 複合プロセス / 薄膜 / パルスレーザー / 酸化物半導体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
先端デバイスに利用される酸化物半導体(OS)薄膜の成膜法として、高速で高密度成膜が可能なパルスレーザー蒸着法（PLD）が注目されている。本研究では、PLDの課題である膜の非均一性を、背景プラズマを用いた複合プロセスで解決する。背景プラズマ導入により、PLD堆積粒子の運動量を制御し、化学的に活性化できる。複合PLDにおける物理過程を解明し、反応性成膜、ナノ構造直接成膜によるOS薄膜の高品質化、多様化に貢献する。複合プロセスの複雑なパラメータは機械学習により探求し、最適条件を解明する。機能性OS薄膜の高性能化を実現し、革新的新材料創製への波及が期待される研究である。
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| 研究実績の概要 |
酸化物半導体(OS)薄膜の品質向上が求められており、OS薄膜の製造法として、パルスレーザー蒸着法（PLD）が着目されている。PLDは、点ソースであるため成膜範囲が狭くなり、非均一性が生じやすいといった課題がある。また酸化や窒化が生じにくく、反応性成膜にも課題がある。本研究ではPLDへプラズマ場を導入した複合PLDプロセスにより課題の解決を目指した。まず初年度ではECRプラズマを背景とした複合PLDプロセスにより、PLD法で生じたアブレーション中タングステン粒子がECRプラズマにより輸送及び堆積することが確認された。さらに、酸素プラズマの使用で酸化タングステンの薄膜が形成され、化学反応を伴う堆積が可能であることが示された。また、2年度以降にはマグネトロンプラズマ源を用いた複合PLD装置も整備され、LiCoO3薄膜の成膜に成功し、酸素プラズマによる酸素欠陥の低減効果についても示された。実験では、酸素ガスおよび酸素プラズマを背景として薄膜形成が実施され、圧力、プラズマパワーなどを変えた際に得られる薄膜の組成がどう変化するか、XPSやラマン分光法を用いて調べた。さらにLiCoO3薄膜を電極として用いたリチウムイオン電池のテストセルを作製し、その性能についても評価した。以上より、複合PLDプロセスにより、成膜範囲の拡大、均一性の向上、反応性の向上などOS薄膜の品質が改善する可能性を示す研究となった。
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