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ナノ膜厚積層プロセスのためのパルス制御プラズマ

公募研究

研究領域プラズマとナノ界面の相互作用に関する学術基盤の創成
研究課題/領域番号 24110719
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関高知工科大学

研究代表者

八田 章光  高知工科大学, 工学部, 教授 (50243184)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2012年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードプラズマ / ナノ材料 / グラフェン / CNT / DLC / 触媒金属 / スパッタ / カーボンナノチューブ / ダイヤモンドライクカーボン / ダイヤモンド / ナノ構造 / ゆらぎ / 微粒子 / パルス
研究概要

本研究は1)プラズマスパッタによるナノ膜厚金属触媒層形成と2)プラズマCVDによるナノ膜厚グラフェンシート積層構造の形成を目標に、単パルスCVDによる膜厚2nmまでのDLCナノ膜厚積層構造の分析、間欠スパッタ成膜によるナノ微粒子触媒の制御、および導電性DLC膜の形成の3つのテーマに取り組んだ。また平成23,24年度公募研究として取り組んできたプラズマエッチングによる自己組織的ナノ構造形成についても引き続き研究を行い、制御されたナノ構造による親水性疎水性の表面制御が実現した。
数秒から0.1秒以下までの単パルス放電RFプラズマCVDで、最小膜厚2nmの極薄膜DLC層を形成し、X線反射測定(XRR: X-ray Reflectometer)による分析等により基板界面層と成長表面層を確認した。Si基板とDLC層の間には約1.2nmのmixing層があり、DLCバルク相に向かって約1nmにわたって組成が傾斜していると考えられる。DLC成長表面には膜厚1~2nm、密度0.2~0.5g/cm3の低密度な成長表面層が存在する。炭化水素などのイオン照射により緻密なバルクのDLC層が形成されていく過程で、イオンは表面層を透過しバルクDLC層の界面付近まで到達して止まると考えられ、成長表面層は不均一なポーラス状の構造であると推測されている。
触媒の粒径・密度制御のため、電気伝導性のその場測定を行ってナノ膜厚触媒金属の構造を推定した。DCマグネトロンスパッタ法によってNiターゲットをガラス基板または熱酸化Si基板上にスパッタ成膜し、電気伝導性の挙動から触媒金属の凝集~連続膜化の過程を検知した。興味深い結果として、間欠スパッタで得られたNiナノ粒子膜をアニール処理したところ、凝集が進まずナノ粒径が維持されることが確認された。
従来の炭化水素ガスに替えてCOガスを用いることで、高硬度を維持したまま導電性のDLC薄膜を合成することに成功した。グラフェンの成膜プロセスとして期待される成果となった。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (43件) (うち招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Analysis on Self-Organized Formation of Nanofibers on Diamond-Like Carbon Film Surface during RF O2 Plasma Etching2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, Koyo Iwasa, Hirofumi Koji, Noriko Nitta, Hiroshi Furuta and Akimitsu Hatta
    • 雑誌名

      Trans. Mat. Res. Soc. Japan

      巻: 38 ページ: 447-450

    • NAID

      130004676464

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-Voltage Characteristics of DC Discharge in Micro Gas Jet Injected into Vacuum Environment2013

    • 著者名/発表者名
      K Matra, H Furuta and A Hatta
    • 雑誌名

      Journal of Phys.: Conference Series

      巻: 441 ページ: 12021-12021

    • DOI

      10.1088/1742-6596/441/1/012021

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] X-ray Reflectivity Analysis on Initial Stage of Diamond-Like Carbon Film Deposition on Si Substrate by RF Plasma CVD and on Removal of the Sub-Surface Layer by Oxygen Plasma Etching2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, et. al.
    • 雑誌名

      Diamond Relat. Mater.

      巻: 38 ページ: 36-40

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2013.06.004

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local sputter etching by micro plasma jet in SEM2013

    • 著者名/発表者名
      Khanit Matra, Yusuke Mizobuchi, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 87 ページ: 132-135

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Local sputter etching by micro plasma jet in SEM"2013

    • 著者名/発表者名
      Khanit Matra
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 87 ページ: 132-135

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Magnetron Sputtering Deposition of Additional Ni Thin Films on the Fe/Al Multi-layered Catalyst Film for the Growth Control of Carbon Nanotubes"2012

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Koji
    • 雑誌名

      Trans. MRS-J

      巻: 37 ページ: 511-514

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] In-situ Conductance Measurement of Ni Ultra-Thin Film in Sputtering Deposition for CNTs Growth2014

    • 著者名/発表者名
      Yuji Kusumoto, Kazuki Sekiya, Hirofumi Koji, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      8th Int. Conf. on Reactive Plasmas/ 31st Symp. on Plasma Processing
    • 発表場所
      福岡国際会議場、福岡市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] XRR Analysis on Multi-Layer Structure of DLC Film on Si Substrate by Single Pulse RF Plasma CVD2014

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, Yuki Yasuoka, Yoshiaki Kakuta, Jun-Seok Oh, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      8th Int. Conf. on Reactive Plasmas/ 31st Symp. on Plasma Processing
    • 発表場所
      福岡国際会議場、福岡市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Characterization of Diamond-Like Carbon Films Fabricated by RF Plasma CVD from CO Source Gas2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yasuoka, Toru Harigai, Jun-Seok Oh, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta, Tsuneo Suzuki, Hidetoshi Saitoh
    • 学会等名
      8th Int. Conf. on Reactive Plasmas/ 31st Symp. on Plasma Processing
    • 発表場所
      福岡国際会議場、福岡市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Seed Germination Using an Atmospheric-Pressure Helium Plasma Jet2014

    • 著者名/発表者名
      Kodai Sakuramoto, Yosuke Mori, Jun-Seok Oh and Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      8th Int. Conf. on Reactive Plasmas/ 31st Symp. on Plasma Processing
    • 発表場所
      福岡国際会議場、福岡市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Characteristics of Electrical Discharges between Orifice and Needle Electrodes in Micro-gas Jet Injected into Vacuum2014

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Mori, Khanit Matra, Jun-Seok Oh and Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      8th Int. Conf. on Reactive Plasmas/ 31st Symp. on Plasma Processing
    • 発表場所
      福岡国際会議場、福岡市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] COガスを用いたRFプラズマCVD法によるDLC膜の特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      安岡 佑起, 針谷 達, 古田 寛, 八田 章光, 鈴木 常夫,斎藤 秀俊
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学、神奈川県
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] スパッタリング堆積によるNi触媒微粒子の密度制御2014

    • 著者名/発表者名
      楠本 雄司, 小路 紘史, 関家 一樹, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学、神奈川県
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] "Ni/Fe 積層触媒による基板上微粒子密度変化メカニズム"2013

    • 著者名/発表者名
      小路 紘史
    • 学会等名
      第60回応用物理学春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "スパッタ堆積Ni 極薄膜の電気抵抗その場測定"2013

    • 著者名/発表者名
      楠本 雄司
    • 学会等名
      第60回応用物理学春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] CO ガスを用いたRF プラズマCVD 法によるアモルファスカーボン膜の作製"2013

    • 著者名/発表者名
      安岡 佑起
    • 学会等名
      第60回応用物理学春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "スパッタ・エッチングプロセスによるDLC ナノ構造体の形状変化"2013

    • 著者名/発表者名
      針谷 達
    • 学会等名
      第60回応用物理学春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Analysis on initial growth of DLC films using RF plasma CVD by X-rayreflectivity"2013

    • 著者名/発表者名
      T. Harigai
    • 学会等名
      IC-PLANTS2013
    • 発表場所
      下呂(岐阜県)
    • 年月日
      2013-02-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Formation of nanostructures on DLC surface by O2 plasma etching after depositing small amount of metal"2013

    • 著者名/発表者名
      K. Iwasa
    • 学会等名
      ISPlasma2013
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2013-01-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Formation of High Density Nano Whiskers by RF O2 Plasma Etching of Diamond Film(ダイヤモンド膜のRF酸素プラズマエッチングによる高密度ナノウィスカーの形成)"2013

    • 著者名/発表者名
      角田 拓也
    • 学会等名
      SPP-30
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2013-01-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Effects of CH4 Pulse Injection on Diamond Growth using Microwave-Plasma-CVD (マイクロ波プラズマCVD法を用いたダイヤモンド成長におけるメタンパルス導入の効果)"2013

    • 著者名/発表者名
      中村 有希
    • 学会等名
      SPP-30
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2013-01-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Hydrophilic surface of DLC coating with nano-fibers induced by plasma etching2013

    • 著者名/発表者名
      Akimitsu Hatta, Tooru Harigai, Firoshi Furuta
    • 学会等名
      Int. Conf. on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS
    • 発表場所
      Las Vegas, U.S.
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Control of Reactive Plasma for Material Processing2013

    • 著者名/発表者名
      Akimitsu HATTA
    • 学会等名
      4th Int. Symp. Frontier Technology 2013
    • 発表場所
      瀋陽、中国
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Plasma Processing for Nano-materials2013

    • 著者名/発表者名
      Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      Int. Conf. Smart System Engineering 2013
    • 発表場所
      山形大学、米沢市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hydrophilic DLC Surface Induced by Nanostructures Formed by RF O2 Plasma Etching with Metal Micro-Masks2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, Koyo Iwasa, Yoshiaki Kakuta, Yuki Yasuoka, Hiroshi Furuta and Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      8th Asia-Pacific Int. Symp. on the Basic and Applications of Plasma Technology
    • 発表場所
      新竹市、台湾
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Improved wettability on DLC film surface with nanostructures fabricated by O2 plasma etching with a small amount of Ni depositio2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, Yoshiaki Kakuta, Yuki Yasuoka, Hiroshi Furuta, and Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      26th Symp. Plasma Sci. for Materials
    • 発表場所
      九州大学、福岡市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Nanotexturing of DLC and Diamond Film Surfaces by RF O2 Plasma Etching after Metal Deposition2013

    • 著者名/発表者名
      T. Harigai, Y. Kakuta, T. Sumida, H. Furuta, and A. Hatta
    • 学会等名
      12th Asia Pacific Physics Conf.
    • 発表場所
      千葉市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Microplasma jet in SEM2013

    • 著者名/発表者名
      A. Hatta, Y. Mori, K. Matra, J.S. Oh, H. Furuta
    • 学会等名
      31th Int. Conf. Phenomena in Ionized Gases
    • 発表場所
      Granada, Spain
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Electrical conductivity measurement on thin Ni catalyst layer deposited by DC magnetron sputtering for CNT growth2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusumoto, K. Matsumoto, K. Sekiya, H. Kouji, H. Furuta, A. Hatta
    • 学会等名
      12th Int. Symp. Sputtering & Plasma Pcocesses
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Hydrophilic or hydrophobic DLC surface with nano-fibers induced by Cu contamination from electrode sputtered during RF O2 plasma etching2013

    • 著者名/発表者名
      T. Harigai, K. Iwasa, Y. Kakuta, Y. Yasuoka, H. Furuta, A. Hatta
    • 学会等名
      12th Int. Symp. Sputtering & Plasma Pcocesses
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Localized micro deposition by DC Acetylene micro plasma jet in SEM2013

    • 著者名/発表者名
      Khanit Matra, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      The 7th International Workshop on Microplasmas
    • 発表場所
      北京、中国
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] XRR Analysis on Sub-surface Layer of Diamond-like Carbon Film Deposited by RF Plasma CVD2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai, Yuki Yasuoka, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbons Conf.
    • 発表場所
      シンガポール
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ波プラズマCVD法におけるメタンパルス導入による多結晶ダイヤモンド成長速度の向上2013

    • 著者名/発表者名
      中村 有希, 角田 拓也, 針谷 達, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      第27回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      日本工業大学、埼玉県
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] スパッタリング形成Ni触媒の電気抵抗評価2013

    • 著者名/発表者名
      楠本 雄司, 関家 一樹, 小路 紘史, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      2013年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学工学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] メタンパルス導入マイクロ波プラズマCVD法を用いた多結晶ダイヤモンドの合成2013

    • 著者名/発表者名
      中村 有希, 角田 拓也, 尾崎 仁, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      2013年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学工学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] RF酸素プラズマエッチングによるダイヤモンドナノ構造体の形成2013

    • 著者名/発表者名
      角田 拓也, 中村 有希, 尾崎 仁, 角田 祥明, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      2013年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学工学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] COガスを用いたプラズマCVD法によるa-C膜の作製と評価2013

    • 著者名/発表者名
      安岡 佑起, 針谷 達, 角田 祥明, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      2013年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学工学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Fe/AlおよびNi/Fe/Al積層触媒によるCNTの合成と評価2013

    • 著者名/発表者名
      小路 紘史, 赤井 洋輝, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      2013年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学工学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DLCナノファイバーの作製と撥水性の評価2013

    • 著者名/発表者名
      角田 祥明, 針谷 達, 安岡 佑起, 古田 寛, 八田 章光
    • 学会等名
      2013年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 発表場所
      香川大学工学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] "酸素プラズマエッチングによるダイヤモンドナノウィスカーの作製"2012

    • 著者名/発表者名
      陰山 和臣
    • 学会等名
      第26回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-11-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Characteristics of DC micro plasma jet in vacuum"2012

    • 著者名/発表者名
      Khanit Matra
    • 学会等名
      11th APCPST 25th SPSM
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2012-10-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Influence of Carrier Gases on Zinc Oxide Nanostructures Grown by Mist Chemical Vapor Deposition",2012

    • 著者名/発表者名
      Xin LI
    • 学会等名
      IUMRS-ICEM 2012
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2012-09-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Analysis on Self-Organized Formation of Nanofibers on Diamond-Like Carbon Film Surface during RF O2 Plasma Etching"2012

    • 著者名/発表者名
      Toru Harigai
    • 学会等名
      IUMRS-ICEM 2012
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2012-09-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "DLC膜のRF酸素プラズマエッチングによる高密度ナノ構造体形成"2012

    • 著者名/発表者名
      針谷 達
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Ni/Fe/Al積層触媒CNTの高密度化成長メカニズムの解析"2012

    • 著者名/発表者名
      小路 紘史
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Additional Ni Thin Films on the Fe/Al Multi-layered Catalyst Film for the Growth Control of Carbon Nanotubes"2012

    • 著者名/発表者名
      H. Koji
    • 学会等名
      International Conf. Diamond and Carbon Mat.
    • 発表場所
      グラナダ、スペイン
    • 年月日
      2012-09-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "Influence of Substrate on Zinc Oxide Nanostructures Grown by Thermal Annealing"2012

    • 著者名/発表者名
      Xin Li
    • 学会等名
      20th Annual International Conf. on Composites or Nano Engineering
    • 発表場所
      北京
    • 年月日
      2012-07-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "異なる金属薄膜を用いたRF酸素プラズマエッチングによるDLCナノ構造体の作製"2012

    • 著者名/発表者名
      岩佐 向洋
    • 学会等名
      応用物理学会中国四国支部
    • 発表場所
      山口
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] "プラズマCVD法によるDLC極薄膜の作製と評価"2012

    • 著者名/発表者名
      針谷 達
    • 学会等名
      応用物理学会中国四国支部
    • 発表場所
      山口
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] Controlled Nanofabrication: Advances and Applications2013

    • 著者名/発表者名
      Chaoyang Li and Akimitsu Hatta(Chap.17)
    • 総ページ数
      30
    • 出版者
      Pan Stanford Pulishing Pte. Ltd.
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] Chaoyang Li and Akimitsu Hatta: "Artificial Nanostructures with Controlled Sizes and Shapes for Field Emission Displays"2013

    • 著者名/発表者名
      Chaoyang Li
    • 出版者
      Pan Stanford Pulishing Pte. Ltd.
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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