クライオプラズマ材料プロセス学の創成

• 研究課題/領域番号: 24246120
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・処理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 寺嶋 和夫 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (30176911)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 46,410千円 (直接経費: 35,700千円、間接経費: 10,710千円); 2014年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2013年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2012年度: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
• キーワード: クライオプラズマ / 材料プロセス / クライオ / プラズマ / 表界面プロセス工学 / ポーラスマテリアル / プラズマアッシング / 材料加工

研究成果の概要

本研究では、プラズマ材料プロセスの新しい可能性を開拓すべく、熱プラズマ、低温プラズに次ぐ、第３の温度領域のプラズマであるクライオプラズマの材料プロセス学ークライオプラズマ材料プロセス学ーの創成を目指し、クライオプラズマの創製、診断、材料加工プロセスへの応用を行った。具体的には、誘電体バリア放電などによるクライオプラズマの創製、発光分光法、レーザー吸収法、レーザー干渉法などによる電子密度、電子温度、ガス温度などの計測、熱的な損傷に敏感であるポーラスマテリアルに対する低襲性プラズマ加工プロセスとしての低誘電率ポーラスマテリアルのプラズマアッシングプロセス開発などの基礎プロセス研究を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Micrometer-scale electrical breakdown in high-density fluids with large density fluctuations: Numerical model and experimental assessment (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 91
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Field-emitting Townsend regime of surface dielectric barrier discharges emerging at high pressure up to supercritical conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: D.Z. Pai, S. Stauss, and K. Terashima
  • 雑誌名: Plasma Sources Sci. Technol., 巻: 24 号: 2 ページ: 025021-025021
  • DOI: 10.1088/0963-0252/24/2/025021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microscopic heterodyne interferometry for determination of electron density in high-pressure microplasma (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Urabe, H. Muneoka, S. Stauss, and K. Terashima
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 23 号: 6 ページ: 064007-064007
  • DOI: 10.1088/0963-0252/23/6/064007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and Numerical Investigations of Time-Evolution of Discharge Current and Optical Emission in Helium-Nitrogen Cryoplasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 23 号: 6 ページ: 065038-065038
  • DOI: 10.1088/0963-0252/23/6/065038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pure air-plasma bullets propagating inside microcapillaries and in ambient air (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Lacoste, A. Bourdon, K. Kuribara, K. Urabe, S. Stauss,and K. Terashima
  • 雑誌名: Plasma Sources Sci. Technol. 巻: 23 号: 6 ページ: 062006-062006
  • DOI: 10.1088/0963-0252/23/6/062006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous behavior of the cavitation bubble observed in pulsed laser ablation of Ni in liquid CO2 near the critical point (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Himeno, T. Kato, K. Urabe, S. Stauss, S. Kato, H. Muneoka, M. Baba, T. Suemoto, and K. Terashima
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 42 号: 10 ページ: 2630-2631
  • DOI: 10.1109/tps.2014.2327233
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超臨界流体プラズマの絶縁破壊・ナノ物質合成と密度揺らぎ (2014)
  • 著者名/発表者名: 宗岡 均, 寺嶋 和夫
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. 巻: 90 ページ: 384-391
• [雑誌論文] Propagation of a Dielectric Barrier Discharge in a Multichannel Mixing Chip Microreactor (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Stauss, C. Ishii, K. Kuribara, K. Urabe, and K. Terashima
  • 雑誌名: IEEE Trans. Plasma Sci. 巻: 42 号: 10 ページ: 2358-2359
  • DOI: 10.1109/tps.2014.2334496
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Application of phase-modulated dispersion interferometry to electron-density diagnostics of high-pressure plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Urabe, T. Akiyama, and K. Terashima
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 巻: 47 号: 26 ページ: 262001-262001
  • DOI: 10.1088/0022-3727/47/26/262001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanosecond pulsed electric discharge synthesis of carbon nanomaterials in helium at atmospheric pressure from adamantane (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Stauss, D.Z. Pai, T. Shizuno, and K. Terashima
  • 雑誌名: IEEE Trans. Plasma Sci 巻: 42 号: 6 ページ: 1594-1601
  • DOI: 10.1109/tps.2014.2321170
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diamondoid synthesis in atmospheric pressure adamantane-argon-methane-hydrogen mixtures using a continuous flow plasma microreactor (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Stauss, C. Ishii, D. Pai, K. Urabe, and K. Terashima
  • 雑誌名: Plasma Sources Sci. Technol. 巻: 23 号: 3 ページ: 035016-035016
  • DOI: 10.1088/0963-0252/23/3/035016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of light irradiation on Townsend breakdown in gaseous and supercritical helium at 5.2 K (2014)
  • 著者名/発表者名: D. A. Lacoste, H. Muneoka, T. F. Guiberti, D. Z. Pai, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 22 号: 1 ページ: 012002-012002
  • DOI: 10.1088/0963-0252/23/1/012002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breakdown Characteristics of Electrical Discharges in High-Density Helium near the Critical Point (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 8 ページ: 086201-086201
  • DOI: 10.7567/apex.6.086201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Near-Infrared Laser Heterodyne Interferometry for the Diagnostics of Electron and Gas Number Densities in Microplasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Urabe, H. Muneoka, S. Stauss, K. Terashima
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 12 ページ: 126101-126101
  • DOI: 10.7567/apex.6.126101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ashing of photoresists using dielectric barrier discharge cryoplasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Stauss, S. Mori, H. Muneoka, K. Terashima, and F. Iaco, i
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology B 巻: 31 号: 6 ページ: 061202-061202
  • DOI: 10.1116/1.4825202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-organized pattern formation in helium dielectric barrier discharge cryoplasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Sven
  • 雑誌名: Plasma Sources Sci. Technol 巻: 22 号: 2 ページ: 025021-025021
  • DOI: 10.1088/0963-0252/22/2/025021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breakdown characteristics of nanosecond-pulsed plasma discharge in supercritical air (2012)
  • 著者名/発表者名: Lacoste, D. A., H. Muneoka, D. Z. Pai, S. Stauss, K. Terashima
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 21 号: 5 ページ: 52003-52003
  • DOI: 10.1088/0963-0252/21/5/052003
  • 査読あり
• [学会発表] 高圧気体・超臨界流体中における密度揺らぎのスケール依存性を考慮した放電モデルの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宗岡 均，占部 継一郎，シュタウス スヴェン，寺嶋 和夫
  • 学会等名: 第 62 回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 超臨界プラズマによるダイヤモンドモイド合成法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋 和夫、シュタウス スベン、占部 継一郎、石井 千佳子、大島 郁人、加藤 智嗣
  • 学会等名: 第 62 回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] 超臨界流体を用いた擬似微小重力環境下ダストプラズマの創製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松林 康仁，占部 継一郎，シュタウス スヴェン，寺嶋 和夫
  • 学会等名: 第 62 回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] ヘリウム窒素混合ガスを用いたクライオプラズマ放電機構のガス温度依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宗岡 均, 占部 継一郎, シュタウス スヴェン, 寺嶋 和夫
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] 位相変調２倍高調波干渉計を用いた高気圧プラズマ電子密度診断研究とその展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 占部 継一郎, 秋山 毅志, 白井 直機, 富田 健太郎, 村上 朝之, 寺嶋 和夫
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Experimental and Numerical Investigation of the Dependency of Reaction Dynamics on the Plasma Gas Temperature in He/N2 Cryoplasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: .H Muneoka, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 学会等名: 67th Annual Gaseous Electronics Conference
  • 発表場所: Raleigh （USA）
  • 年月日: 2014-11-02 – 2015-11-07
• [学会発表] Air-Plasma Bullets Propagating Inside Microcapillaries in Ambient Air (2014)
  • 著者名/発表者名: . A. Lacoste, A. Bourdon, K. Kuribara, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 学会等名: 67th Annual Gaseous Electronics Conference
  • 発表場所: Raleigh （USA）
  • 年月日: 2014-11-02 – 2014-11-07
• [学会発表] Phase-modulated dispersion interferometry for electron-density determination of high-pressure plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Urabe, T. Akiyama, and K. Terashima
  • 学会等名: 67th Annual Gaseous Electronics Conference
  • 発表場所: Raleigh （USA）
  • 年月日: 2014-11-02 – 2014-11-07
• [学会発表] Fine Particle Plasmas in Supercritical Fluids (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsubayashi and K. Terashima
  • 学会等名: 15th Workshop on Fine Particle Plasmas
  • 発表場所: 核融合科学研究所（岐阜県土岐市）
  • 年月日: 2014-10-16 – 2014-10-17
• [学会発表] 位相変調2倍高調波干渉計による高気圧プラズマ電子密度計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 占部 継一郎, 秋山 毅志, 寺嶋 和夫
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Plasmas in High-Density-Media: Supercritical Fluid Plasmas and (2014)
  • 著者名/発表者名: Terashima, K. and Stauss, S.
  • 学会等名: 14th International Conference on Plasma Surface Engineering
  • 発表場所: Garmisch-Partenkirchen (Germany)
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Dependency of Reaction Dynamics on Plasma Gas Temperature in He/N2 Cryoplasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 学会等名: 12th APCPST / 27th SPSM
  • 発表場所: Adelaide (Australia)
  • 年月日: 2014-08-30 – 2014-09-05
• [学会発表] Electric breakdown model for micrometer gap discharges in fluctuating fluids near the critical point (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K. Urabe, S. Stauss, and K. Terashima
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2014
  • 発表場所: 福岡大学 (福岡県福岡市)
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [学会発表] Production and Relaxation Processes of Metastable Helium Atoms in Cryoplasmas between 5 K and Room Temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Urabe, S.H. Muneoka, Stauss, and K.Terashima
  • 学会等名: ISPlasma 2014 / IC-PLANTS 2014
  • 発表場所: 名古屋・名城大学
• [学会発表] Microplasma breakdown voltages in helium in the vicinity of the critical point
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K.Urabe, S.Stauss, and K.Terashima
  • 学会等名: The 7th international Workshop on Microplasmas
  • 発表場所: 中国・北京
• [学会発表] Gas-temperature-dependent self-organized pattern formation in helium dielectric barrier discharge cryo-microplasmas
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, Ebato, S.Stauss, and K.Terashima
  • 学会等名: The 7th international Workshop on Microplasmas
  • 発表場所: 中国・北京
• [学会発表] Electrical discharges in a fluctuating helium fluid near the critical point
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K.Urabe, S.Stauss, and K.Terashima
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: 千葉・幕張メッセ
• [学会発表] Electrical Breakdown Characteristics in Fluctuating Fluids near Gas-liquid Critical Point of Helium
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K.Urabe, S.Stauss, and K.Terashima
  • 学会等名: The 66th Gaseous Electronic Conference
  • 発表場所: アメリカ合衆国・プリンストン
• [学会発表] Characterization of helium cryoplasmas below 60 K with continuous gas temperature control
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K.Urabe, S.Stauss, and K.Terashima
  • 学会等名: 8th International Conference on Reactive Plasmas and 31st Symposium on Plasma Processing
  • 発表場所: 福岡・福岡国際会議場
• [学会発表] 液体窒素温度(77 K)以下のヘリウム/窒素混合ガス中におけるクライオプラズマ反応機構
  • 著者名/発表者名: H. Muneoka, K.Urabe, S.Stauss, and K.Terashima
  • 学会等名: 第 61 回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原・青山学院大学
• [学会発表] ガス温度制御型プラズマを用いた先端材料プロセス開発 - クライオプラズマを例として -
  • 著者名/発表者名: 寺嶋和夫
  • 学会等名: 第12回 プラズマ新領域研究会（電気学会プラズマ／パルスパワー合同研究会との合同研究会）
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス・東京都・日本
  • 招待講演
• [学会発表] Breakdown characteristics of nanosecond pulsed plasma discharges in supercritical carbon dioxide and supercritical air
  • 著者名/発表者名: D.Lacoste
  • 学会等名: 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting
  • 発表場所: Grapevine, Texas, USA
• [学会発表] 臨界点近傍を含むヘリウム流体中のプラズマ発生プロセス
  • 著者名/発表者名: 宗岡均
  • 学会等名: 2013年春季第60回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学･厚木市・神奈川県・日本
• [備考] 寺嶋研究室HP
  • URL: http://www.plasma.k.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 寺嶋研究室ホームページ
  • URL: http://www.plasma.k.u-tokyo.ac.jp/