ダイヤモンド半導体の実現を目指した乾式真空研磨法の開発

• 研究課題/領域番号: 21K14062
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分18020:加工学および生産工学関連
• 研究機関: 有明工業高等専門学校
• 研究代表者: 坂本 武司 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (60452934)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 次世代半導体素材 / 単結晶ダイヤモンド / 化学機械的研磨法 / 真空雰囲気 / ダイヤモンド研磨 / 超硬脆材料 / 半導体素材 / ダイヤモンド / 精密研磨 / 半導体

研究開始時の研究の概要

本研究で提案する新しい研磨法の開発がダイヤモンド半導体の実用化には不可欠である．
申請者が提案する研磨法は，合成石英を研磨工具とし，5 kPa程度の低真空雰囲気中で乾式研磨を行うという，きわめてシンプルな研磨方法である．大気圧中では研磨が不可能な弱い研磨条件であっても，真空中であればダイヤモンドが発光しながら研磨されることを申請者は発見し，これを利用した研磨法を真空研磨法と名付けた．本研磨法はメカノケミカル作用により，ダメージのない超平滑な研磨面を短時間で獲得することが可能である．

研究実績の概要

本研究は，究極の半導体材料として期待されている単結晶ダイヤモンドに対して，新規的な研磨方法を提案するものである．真空雰囲気中で合成石英を工具として定圧研磨することで，単結晶ダイヤモンドを高効率で研磨することが可能である．また，高精度な研磨面を獲得することができる．研磨の最中，工作物である単結晶ダイヤモンドは発光する．申請者はこの新規的な研磨方法を「真空研磨法」と呼んでいる．本研究では，研磨レートや到達面粗さといった研磨特性を明らかにすることで，単結晶ダイヤモンドを半導体素材として利用するための有効な研磨法として提案する．さらに実用研磨メカニズムを明らかにすることを目的としている．これまで，ダイヤモンド砥粒を使って実施していた前加工によるスクラッチ痕がなかなか消滅しないという問題があったが，研磨条件を工夫することで改善することが確認できた．また，研磨後の工具の定性分析を行い，工具に付着した着色が黒鉛化
したダイヤモンドであることが確認できた．この結果により研磨メカニズムが解明されてきている．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究開始と同時にコロナ禍により行動が制限され，研究活動を計画通りに進行させることができなくなった．また，事故により測定機が故障し，交換部品が米国製であったことから，修理に膨大な時間を要してしまった．

今後の研究の推進方策

研究遅延の原因であったコロナ禍も終息し，測定機も修理が完了したことで，研究を進行させることが可能となった．
当初，研磨中の発光現象を測定するシステムを構築して，発光現象を管理することで研磨特性も管理できないかと考えていたが，光の照度が微少なため，計測が可能なCCD分光装置が購入できていない．
研磨レートと到達面粗さを集中して計測し，研磨特性を明らかにする．