金属元素を含まない触媒工具による次世代半導体表面の創成

• 研究課題/領域番号: 26630026
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 有馬 健太 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10324807)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 表面工学 / 超精密加工 / 電気化学 / 加工学 / グラフェン / 触媒 / 半導体表面 / 超純水

研究成果の概要

本研究の目的は、半導体表面の凸部を選択的かつ化学的に除去できる、非金属系の触媒工具を開発することである。そのためにはまず、半導体表面を効率よくエッチングできる触媒材料の探索が必要である。本研究期間に、以下の知見を得た。
（１）サイクリックボルタンメトリー法に基づく電気化学測定により、各種材料の触媒活性を評価した。そして、グラフェン系触媒の有効性を確認した。（２）グラフェン触媒を単一フレークレベルで半導体表面上に散布する技術を確立した。そして、水中での原子間力顕微鏡観察を行い、散布したフレークの近傍で、選択的に半導体表面がエッチングされることを見出した。
以上により、本提案研究の基礎を打ち立てた。

研究成果

• [国際共同研究] ローレンスバークレー国立研究所(米国)
• [雑誌論文] Catalyst-assisted Electroless Flattening of Ge Surfaces in Dissolved-O2-containing Water (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kawase, Yusuke Saito, Atsushi Mura, Takeshi Okamoto, Kentaro Kawai, Yasuhisa Sano, Mizuho Morita, Kazuto Yamauchi, Kenta Arima
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 2 号: 11 ページ: 1656-1659
  • DOI: 10.1002/celc.201500245
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microfluidic valve array control system integrating a fluid demultiplexer circuit (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Kawai, Kenta Arima, Mizuho Morita and Shuichi Shoji
  • 雑誌名: Journal of Micromechanics and Microengineering 巻: 25 号: 6 ページ: 0650161-7
  • DOI: 10.1088/0960-1317/25/6/065016
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水中での溶存酸素を介したGe 表面の金属アシストエッチングの基礎特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有馬健太、川合健太郎、森田瑞穂
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 36 号: 7 ページ: 369-374
  • DOI: 10.1380/jsssj.36.369
  • NAID: 130005088879
  • ISSN: 0388-5321, 1881-4743
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 洗浄技術のコツ ―Si表面のウェット洗浄― (2015)
  • 著者名/発表者名: 有馬健太
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 84 ページ: 1009-1012
  • NAID: 130007718673
• [雑誌論文] 極薄 GeO₂/Ge(100) 上に形成された吸着水の準大気圧下でのX線光電子分光観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有馬健太
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 58 号: 1 ページ: 20-26
  • DOI: 10.3131/jvsj2.58.20
  • NAID: 130004952533
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
• [雑誌論文] Aggregation of Carbon Atoms at SiO2/SiC(0001) Interface by Plasma Oxidation toward Formation of Pit-free Graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Saito, Daichi Mori, Akito Imafuku, Keisuke Nishitani, Hiroki Sakane, Kentaro Kawai, Yasuhisa Sano, Mizuho Morita and Kenta Arima
  • 雑誌名: Carbon 巻: 80 ページ: 440-446
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2014.08.083
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 超精密加工後の半導体表面の原子構造観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 有馬健太
  • 雑誌名: 精密工学会誌 巻: 80 号: 5 ページ: 452-456
  • DOI: 10.2493/jjspe.80.452
  • NAID: 130004513557
  • ISSN: 0912-0289, 1882-675X
• [雑誌論文] Behaviors of Carbon Atoms during Plasma Oxidation of 4H-SiC(0001) Surfaces near Room Temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Saito, Daichi Mori, Akito Imafuku, Kentaro Kawai, Yasuhisa Sano, Mizuho Morita, and Kenta Arima
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 64 号: 17 ページ: 23-28
  • DOI: 10.1149/06417.0023ecst
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ambient-Pressure XPS Study of GeO2/Ge(100) and SiO2/Si(100) at Controlled Relative Humidity (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arima, Yoshie Kawai, Yuya Minoura, Yusuke Saito, Daichi Mori, Hiroshi Oka, Kentaro Kawai, Takuji Hosoi, Zhi Liu, Heiji Watanabe, and Mizuho Morita
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 64 号: 8 ページ: 77-82
  • DOI: 10.1149/06408.0077ecst
• [学会発表] Segregation of ions in deliquesced droplets of alkali-halide nano-crystals on SiO2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arima
  • 学会等名: International Conference and Exhibition on Materials Chemistry
  • 発表場所: スペイン・バレンシア
  • 年月日: 2016-04-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グラフェン触媒を援用した水中でのGe表面エッチングの基礎検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森大地、中出和希、佐藤慎祐、川合健太郎、森田瑞穂、有馬健太
  • 学会等名: 2016年応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京都目黒区
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 半導体表面加工に用いるグラフェン系触媒の合成と電気化学的評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤慎祐、森大地、中出和樹、齋藤雄介、川合健太郎、森田瑞穂、有馬健太
  • 学会等名: 2016年度精密工学会春季大会
  • 発表場所: 千葉県野田市
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] 水中で酸素還元触媒と接触したGe表面のエッチング特性と平坦化への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中出和希、森大地、川瀬達也、川合健太郎、佐野泰久、山内和人、森田瑞穂、有馬健太
  • 学会等名: 電子デバイス界面テクノロジー研究会 －材料・プロセス・デバイス特性の物理－
  • 発表場所: 静岡県三島市
  • 年月日: 2016-01-22
• [学会発表] 触媒金属の酸素還元活性を利用した水中でのGe表面の平坦化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有馬健太、川瀬達也、齋藤雄介、川合健太郎、佐野泰久、森田瑞穂、山内和人
  • 学会等名: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] Origin of Anomalous Positive Charging of Water-adsorbed Thin GeO2 Films Studied by Ambient-pressure XPS (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Arima, D. Mori, Y. Saito, H. Oka, K. Kawai, T. Hosoi, M. Morita, H. Watanabe and Z. Liu
  • 学会等名: 16th European Conference on Application of Surface and Interface Analysis
  • 発表場所: スペイン・グラナダ
  • 年月日: 2015-10-01
  • 国際学会
• [学会発表] 酸素還元活性を持つ触媒金属による水中でのGe表面平坦化の試み (2015)
  • 著者名/発表者名: 有馬 健太、川瀬 達也、齋藤 雄介、川合 健太郎、佐野 泰久、山内 和人、森田 瑞穂
  • 学会等名: 2015年応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 水分子が吸着したGeO2/Ge構造の特異な帯電状態のAP-XPS観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有馬 健太、森 大地、岡 博史、細井 卓治、川合 健太郎、Liu Zhi、渡部 平司、森田 瑞穂
  • 学会等名: 2015年応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 酸素還元触媒を用いた水中でのGe表面の平坦化に関する研究 ～触媒材料の検討～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 中出和希、森大地、齋藤雄介、川合健太郎、佐野泰久、山内和人、森田瑞穂、有馬健太
  • 学会等名: 2015年度精密工学会秋季大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2015-09-05
• [学会発表] O2還元活性を持つグラフェン触媒の合成と性能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森 大地、中出和希、齋藤雄介、川合健太郎、森田瑞穂、有馬健太
  • 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: 京都府京都市
  • 年月日: 2015-06-23
• [学会発表] 単一グラフェンフレークによる水中での Ge 表面のエッチング特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中出和希、森 大地、齋藤雄介、川合健太郎、森田瑞穂、有馬健太
  • 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: 京都府京都市
  • 年月日: 2015-06-23
• [学会発表] Metal-Assisted Etching of Ge Surfaces in Water: From Pit Formation to Flattening (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arima, Tatsuya Kawase, Atsushi Mura, Kentaro Kawai, Yasuhisa Sano, Kazuto Yamauchi and Mizuho Morita
  • 学会等名: 2015 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: 米国・サンフランシスコ
  • 年月日: 2015-04-06
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of Graphene with Reduced Pits on SiC(0001) Assisted by Plasma Oxidation and Wet Etching (2014)
  • 著者名/発表者名: Daichi Mori, Naoki Saito, Akito Imafuku, Kentaro Kawai, Yasuhisa Sano, Mizuho Morita and Kenta Arima
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] Behaviors of Carbon Atoms during Plasma Oxidation of 4H-SiC(0001) Surfaces near Room Temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Saito, Daichi Mori, Akito Imafuku, Kentaro Kawai, Yasuhisa Sano, Mizuho Morita, and Kenta Arima
  • 学会等名: 226th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-10-06
• [学会発表] Ambient-Pressure XPS Study of GeO2/Ge(100) and SiO2/Si(100) at Controlled Relative Humidity (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arima, Yoshie Kawai, Yuya Minoura, Yusuke Saito, Daichi Mori, Hiroshi Oka, Kentaro Kawai, Takuji Hosoi, Zhi Liu, Heiji Watanabe, and Mizuho Morita
  • 学会等名: 226th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-10-06
• [学会発表] Combination of Plasma Oxidation and Wet Etching to Create Monolayer-scale C Source for Pit-free Graphene on SiC Surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arima, Naoki Saito, Daichi Mori, Kentaro Kawai, Mizuho Morita and Yasuhisa Sano
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D&Materials Research 2014
  • 発表場所: Incheon/Seoul, South Korea
  • 年月日: 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding Water Interaction with Ge Surfaces: From Wetting to Machining (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arima, Kentaro Kawai and Mizuho Morita
  • 学会等名: BIT's 3rd Annual World Congress of Advanced Materials 2014
  • 発表場所: Chongqing, China
  • 年月日: 2014-06-06
  • 招待講演
• [学会発表] Accumulation of C Atoms at SiO2/SiC Interface by Plasma Oxidation of 4H-SiC(0001) at Room Temperature: Toward Formation of PIt-Free Graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arima, Naoki Saito, Kentaro Kawai, Yasuhisa Sano and Mizuho Morita
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-04-24
• [備考] Kenta Arima's Homepage
  • URL: http://www-pm.prec.eng.osaka-u.ac.jp/kenta_arima/index.html