| 研究課題/領域番号 |
21K04887
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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29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 東京工芸大学 |
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研究代表者 |
安田 洋司 東京工芸大学, 工学部, 准教授 (20460173)
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| 研究分担者 |
内田 孝幸 東京工芸大学, 工学部, 教授 (80203537)
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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 |
交付 (2022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: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 酸化タングステン / 高速成膜 / 低ダメージ堆積 / 透明導電膜 / 透明アンテナ / 低ダメージ成膜 / 酸化物薄膜 / 高速堆積技術 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の概要は、現在様々な分野(センサ、太陽電池等)で利用されている酸化物薄膜を超高速かつ低ダメージで堆積する技術を開発することである。本研究では、独自に開発した対向ターゲット式低ダメージスパッタ装置を用いて均一な膜形成を有し、かつ100 nm/min以上の超高速堆積する新しいスパッタ手法を提案する。またその有用性を実証し堆積メカニズムの解明につなげる。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は酸化物薄膜の高速・低ダメージ堆積技術の確立を目指すことである。特に酸化タングステン（WO3）膜のように昇華性の高い薄膜材料や透明導
電膜に使用される酸化インジウムスズ膜（ITO膜）について研究を進めている。
酸化タングステン膜については、通常のスパッタでは数百Vを印加してスパッタが行われるが、本研究では大電力パルススパッタリング（HiPIMS）法を試みて通常よりも遥かに高い電圧（～1000V）で通常のスパッタ放出プロセスに加え金属が局所的に蒸発して放出されるような昇華的なスパッタされるのではないかと考えている。その一方で、酸化タングステンを金属ターゲットを用いてスパッタする場合、金属ターゲットから放出されたスパッタ粒子と真空装置内に導入された反応性ガス(O2ガス)とを基板上で反応させ堆積する反応性スパッタが一般的である。しかし、通常のマグネトロンスパッタ法ではターゲット表面が酸化され生成される酸素負イオンが大きなエネルギーで基板に入射し膜に大きなダメージを与える。特に酸化タングステン膜では酸素負イオンによる衝撃が大きい部分で酸素の脱離が考えられ透明度が低下することがわかっている。
基板への酸素負イオンの衝撃を弱めるためガス圧を通常のスパッタ(～30ｍTorr)よりも高くすることで、ターゲットから基板へ酸素負イオンが移動する過程でサーマライゼーション効果によって、基板に与えるダメージが低減されることがわかった。
ITOについては、PET基板等への実装も視野に入れており室温成膜したITO薄膜の膜厚が透明アンテナ特性に与える影響を評価した。その結果、400 nmの膜ではシート抵抗が25Ω/sq、放射効率が約38％だったのに対し、2000 nmの膜ではそれぞれ10Ω/sq及び63.4％と大きく向上することが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
コロナ禍も一段落し大学も研究活動を開始したが、酸化タングステンの成膜時HiPIMS電源を接続するDC電源との相性が悪いことが判明した。パルスOFF時に大きく逆バイアスが印加されてしまいHiPIMS電源内のトランジスタの損傷が生じた。そのためスウェーデンに送り返し数ヶ月のタイムラグのため十分な実験が行えなかった。また、主研究者の内臓疾患治療により2度の入院手術が重なり、研究に専念する環境が整わなかったことも一因となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、HiPIMSスパッタでの成膜に先立ちまずはDCスパッタにおいてターゲット付近に電子吸収用のワイヤーを挿入し電流一定のもと電圧を可変できるか検討する。対向ターゲット式スパッタと通常のマグネトロンスパッタ法での比較検討を行う。その後HiPIMSスパッタによる成膜を試みたい。
また、透明アンテナ用導電膜の研究では、ごく薄い銀膜をITOで挟むDMD構造の検討を行う。予備実験では良好の成果が出ており、下地層の膜厚がアンテナ特性に及ぼす影響を検討したい。
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