大気圧プラズマの制御と反応解析に基づいた薄膜デバイス作製プロセスの高機能化

• 研究課題/領域番号: 26249010
• 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: 生産工学・加工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 垣内 弘章 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10233660)
• 研究分担者: 押鐘 寧 大阪大学, 工学研究科, 助教 (40263206)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 33,020千円 (直接経費: 25,400千円、間接経費: 7,620千円); 2018年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2017年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2016年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2015年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 特殊加工 / 薄膜作製技術 / 大気圧プラズマ / 薄膜デバイス

研究成果の概要

本研究課題では，投入電力をパルス変調し，そのON時間を制御することにより，短寿命ラジカルやナノパーティクルの生成を可能な限り減少させ，プラスチックフィルムが使用可能な低温における高品質Si成膜プロセスの確立を一つの大目標として目指した．同時に，TFTのゲート絶縁膜としてのSiOx薄膜の電気特性向上についても検討を行った．その結果，一般的な減圧プラズマCVDと同等の電気特性を有するa-SiおよびSiOx薄膜を120 °Cの低温でも形成可能となった．このことは，TFTだけでなく，今後の種々のフレキシブル薄膜デバイスの高能率作製プロセスの開発に向けた大きな成果と考えられる．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は，研究代表者ら独自の超高周波励起大気圧プラズマに関する知見・技術を生かし，一般的な減圧プラズマ技術や他の大気圧プラズマ源では困難なSi系高機能薄膜の高能率作製プロセスの創成を目指したものであり，研究代表者の知る限りにおいて他に同様の試みは見られない．低温・高速・高品質成膜に適した大気圧プラズマとはどのようなものかが実質的に明らかになりつつあり，この意味で，本研究の学術的意義は大きいといえる．本研究の成果を大気圧プラズマの実用化に繋げていけば，将来のフレキシブルエレクトロニクスへのみならず，種々の基材上への高能率の機能性コーティング技術開発にも貢献でき，その社会的意義も大きいと考える．

研究成果

• [雑誌論文] Controllability of structural and electrical properties of silicon films grown in atmospheric-pressure very high-frequency plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi, and K. Yasutake
  • 雑誌名: J. Phys. D: Appl. Phys. 巻: 51 号: 35 ページ: 355203-355203
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aad47c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of plasma impedance of microwave plasma system by electric field simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Shuto, H. Ohmi, H. Kakiuchi, T. Yamada, and K. Yasutake
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 122 号: 4 ページ: 0433031-8
  • DOI: 10.1063/1.4993902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atmospheric Pressure Plasmas: Low-Temperature Processes (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi, and K. Yasutake
  • 雑誌名: Encyclopedia of Plasma Technology 巻: 1 ページ: 82-91
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of Si and SiOx films deposited in very high-frequency excited atmospheric-pressure plasma and their application to bottom-gate thin film transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi, T. Yamada, S. Tamaki, T. Sakaguchi, W. Lin, and K. Yasutake
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi A 巻: 212 号: 7 ページ: 1571-1577
  • DOI: 10.1002/pssa.201532328
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of Si and SiOx films deposited in very high-frequency excited atmospheric-pressure plasma and their application to bottom-gate thin film transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi, T. Yamada, S. Tamaki, T. Sakaguchi, W. Lin, and K. Yasutake
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol. (a) 巻: 212
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDを用いたSiOx機能性コーティング技術の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 前川将哉，山崎啓史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2019年度精密工学会春季大会学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDによるプラスチックフィルム上へのSi成膜とその特性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 縄田慈人，前川健史，垣内弘章，大参宏昌，安武潔
  • 学会等名: 2019年度精密工学会春季大会学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDによるPENフィルム上へのSiOx薄膜形成とその評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前川将哉，山崎啓史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2018年度関西地方定期学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDにより形成したSi薄膜の構造・電気的特性と成膜パラメータの相関 (2018)
  • 著者名/発表者名: 縄田慈人，前川健史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2018年度関西地方定期学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマ装置の電磁場シミュレーションとプラズマパラメータ解析 －ヘリウム及びヘリウム酸素混合プラズマの内部パラメータ比較－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中恭輔，吉田和史，首藤光利，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2018年度関西地方定期学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDにより形成した微結晶Siの高品質化の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前川健史，縄田慈人，垣内弘章，大参宏昌，安武潔
  • 学会等名: 2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] SiOx薄膜のTFTゲート絶縁膜への応用と機能性コーティングプロセスの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山崎啓史，前川将哉，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] 大気圧下におけるプラズマ生成と薄膜作製プロセスへの応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 垣内弘章，大参宏昌，安武潔
  • 学会等名: 2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] フレキシブルデバイスへの応用を目指した大気圧プラズマCVDによるSiOxゲート絶縁膜形成プロセスの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山崎啓史，木元雄一朗，寺脇功士，前川健史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2018年度精密工学会春季大会
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDによるSiOxゲート絶縁膜の低温・高能率形成プロセスの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木元雄一朗，寺脇功士，山崎啓史，前川健史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Structural and electrical characterization of silicon and silicon oxide films prepared in atmospheric-pressure very high-frequency plasma at low temperatures (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi, and K. Yasutake
  • 学会等名: The 21st International Colloquium on Plasma Process
  • 国際学会
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDによるSi低温成膜プロセスにおける投入電力のパルス変調の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川健史，寺脇功士，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会2017年度関西支部定期学術講演会
• [学会発表] 低温薄膜トランジスタに向けた大気圧プラズマCVDによるSiOxゲート絶縁膜形成プロセスの研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木元雄一朗，寺脇功士，鎌田航平，山崎啓史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2017年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマ装置の電磁場シミュレーションとプラズマパラメータ解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中恭輔，吉田和史，首藤光利，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2017年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] Siの大気圧プラズマCVDプロセスにおける投入電力のパルス変調の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺脇功士，前川健史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2017年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDによるSiOxゲート絶縁膜の形成プロセスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木元雄一朗，寺脇功士，山崎啓史，前川健史，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 大気圧プラズマ装置の電磁場シミュレーションとプラズマパラメータ解析 －酸化パラメータと酸化膜特性の関係－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中恭輔，吉田和史，首藤光利，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2018年度精密工学会春季大会
• [学会発表] 低温TFTに向けた大気圧プラズマCVDによるSi成膜プロセスの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田牧祥吾，寺脇功士，木元雄一朗，鎌田航平，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 大気圧プロセスCVDによるSiOxゲート絶縁膜の低温形成と構造・特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木元雄一朗，田牧祥吾，寺脇功士，鎌田航平，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDによるSiおよびSiOxの高速成膜とTFTの作製・評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺脇功士，田牧祥吾，木元雄一朗，鎌田航平，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2016年度精密工学会秋季大会
  • 発表場所: 茨城大学
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDによるSiの高速成膜とTFTの特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺脇功士，田牧祥吾，木元雄一朗，鎌田航平，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2016年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: （株）島津製作所
• [学会発表] 大気圧プラズマCVDにより形成したSiOx薄膜の構造・電気特性の基板温度依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鎌田航平，木元雄一朗，田牧祥吾，寺脇功士，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2016年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: （株）島津製作所
• [学会発表] 電磁場解析による高圧力プラズマの電子密度算出手法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中恭輔，鈴木貴之，首藤光利，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2016年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: （株）島津製作所
• [学会発表] Investigation on the deposition characteristics of silicon and silicon oxide thin films in atmospheric-pressure very high-frequency plasma for their application to thin film transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi, T. Yamada, W. Lin, T. Sakaguchi, S. Tamaki, K. Yasutake
  • 学会等名: 20th Biennial European Conference on Chemical Vapor Deposition (EuroCVD 20)
  • 発表場所: Festhalle Seepark Sempach, Switzerland
  • 年月日: 2015-07-13
  • 国際学会
• [学会発表] Silicon oxide thin films prepared with high rates at room temperature using atmospheric-pressure very high-frequency plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sakaguchi, S. Tamaki, W. Lin, T. Yamada, H. Ohmi, H. Kakiuchi, K. Yasutake
  • 学会等名: 20th Biennial European Conference on Chemical Vapor Deposition (EuroCVD 20)
  • 発表場所: Festhalle Seepark Sempach, Switzerland
  • 年月日: 2015-07-13
  • 国際学会
• [学会発表] Study on the growth of silicon films in very high-frequency plasma under atmospheric pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Tamaki, T. Sakaguchi, W. Lin, T. Yamada, H. Ohmi, H. Kakiuchi, K. Yasutake
  • 学会等名: 20th Biennial European Conference on Chemical Vapor Deposition (EuroCVD 20)
  • 発表場所: Festhalle Seepark Sempach, Switzerland
  • 年月日: 2015-07-13
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of Si films deposited at 220 C in atmospheric-pressure very high-frequency plasma and their application to thin film transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi, S. Tamaki, T. Sakaguchi, W. Lin, and K. Yasutake
  • 学会等名: 22nd International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC 2015)
  • 発表場所: University of Antwerp, Belgium
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] 大気圧・超高周波プラズマを用いたSiの低温・高速成膜技術の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺脇功士，木元雄一朗，田牧祥吾，坂口尭之，大参宏昌，垣内弘章，安武 潔
  • 学会等名: 精密工学会 2015年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学 松ヶ崎キャンパス
  • 年月日: 2015-06-23
• [学会発表] HMDSOを原料とした大気圧プラズマCVDによるSiOx薄膜の常温・高速形成とその評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木元雄一朗，寺脇功士，田牧祥吾，坂口尭之，大参宏昌，垣内弘章，安武 潔
  • 学会等名: 精密工学会 2015年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学 松ヶ崎キャンパス
  • 年月日: 2015-06-23
• [学会発表] 大気圧VHFプラズマによるSiの低温・高速成膜技術の開発－TFT特性に対する電極長さの影響－ (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂口尭之，林威成，田牧祥吾，山田高寛，大参宏昌，垣内弘章，安武 潔
  • 学会等名: 2015年度 精密工学会春季大会学術講演会
  • 発表場所: 東洋大学 白山キャンパス
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-19
• [学会発表] Room Temperature Deposition of Silicon Oxide Films with High Rates Using Atmosphere-Pressure Very High-Frequency Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sakaguchi, S. Tamaki, W. Lin, T. Yamada, H. Ohmi, H. Kakiuchi, and K. Yasutake
  • 学会等名: 2nd KANSAI Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: Knowledge Capital Congres Convention Center, Osaka
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-11
• [学会発表] Low Temperature Deposition of Silicon Films Using Very High-Frequency Plasma under Atmospheric Pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tamaki, T. Sakaguchi, W. Lin, T. Yamada, H. Ohmi, H. Kakiuchi, and K. Yasutake
  • 学会等名: 2nd KANSAI Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: Knowledge Capital Congres Convention Center, Osaka
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-11
• [学会発表] 大気圧VHFプラズマによるSi及びSiOx の低温・高速成膜と薄膜トランジスタ特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林威成，田牧祥吾，坂口尭之，山田高寛，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2014年度 精密工学会秋季大会学術講演会
  • 発表場所: 鳥取大学 鳥取キャンパス
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-18
• [学会発表] 大気圧VHFプラズマによる低温下(60-120 ℃)でのSi薄膜形成と薄膜トランジスタ特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田牧祥吾，坂口尭之，林威成，山田高寛，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2014年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: 近畿大学 東大阪キャンパス
  • 年月日: 2014-07-04