凝縮過程の分子熱工学的研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05239101
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小竹 進 東京大学, 工学部, 教授 (30013642)
• 研究分担者: 藤川 重雄 富山県立大学, 工学部, 助教授 (70111937) ; 土方 邦夫 東京工業大学, 工学部, 教授 (60016582) ; 岡崎 健 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 教授 (20124729) ; 今石 宣之 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (60034394)
• キーワード: 分子凝縮機構 / 核凝縮・膜凝縮 / 熱CVD・プラズマCVD / クラスター / 微粒子 / 薄膜 / 凝縮制御 / 分子熱工学

研究概要

凝縮過程の分子熱工学的機構を実験および数値計算によって解明し、微粒子・薄膜製造における精密制御技術の基礎を確立することを目的とする計画研究を行い、つぎの成果を得た。
(1)超音速自由噴流分子線飛行時間法による選別クラスターの凝縮実験を行って、クラスターは凝縮過程に大きな影響を与えることを明らかにするとともに、化学種により分子内振動がクラスター状態によって変化することを利用した赤外分光分析を行い、凝縮相近傍には高密度のクラスターが存在することを明らかにした。
(2)有機錯体金属酸化物薄膜の減圧熱CVDの反応解析の結果を用いて、その固溶体であるイットリア安定ジルコニアの薄膜の生成機構について実験、数値解析を行い、マクロな膜成長速度や固体組成の分布およびミクロなトレンチや細孔内の成膜速度と組成の分布がほぼ定量的に算出説明できることを明らかにした。
(3)瞬間高パワー入力が可能でプラズマパラメータの制御性に優れる高電圧極短パルス放電プラズマと通常のDC放電プラズマのハイブリッドによるCVDプロセスの制御を行い、その結果、パルス幅、ピーク電圧によって基板近傍のラジカルの過飽和度を変化させて、ダイヤモンドの初期核生成や粒子成長を制御できることを示した。
(4)真空容器中で、るつぼによる金属蒸気のクラスターを生成・荷電し、減速電界中を通過させた時の電圧・電流特性からクラスター径の変化を測定した。亜鉛蒸気では、クラスターの存在が確認されたが、ノズルを設置しなかった銅蒸気ではクラスターの存在が確認できず、クラスター生成におけるノズル壁の効果が明らかになった。
(5)蒸気中を伝ぱする衝撃波が衝撃波管々端表面で反射した後、管端表面上に形成される液膜の厚さの時間的変化を光多重反射干渉計により測定し、分子気体力学の理論結果と比較して分子の付着確率(凝縮係数)を決定し、その結果、メタノール蒸気の凝縮係数は0.3程度の値であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 橋本博文: "相変化過程の分子振動エネルギーの研究" 30回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 331-333 (1993)
• [文献書誌] 小林伸和: "分子線TOF法による金属薄膜凝縮の研究" 30回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 325-327 (1993)
• [文献書誌] 小林伸和: "分子線TOF法によるクラスターの凝縮の研究" 日本機械学会論文集. B59. 3877-3882 (1993)
• [文献書誌] N.Imaishi: "LPMOCVD of YSZ thin film:experiment and model analyses" Proc.12 Int.Symp.Chem.vapor Deposition. PV.93-2. 300-305 (1993)
• [文献書誌] N.Imaishi: "Maragoni convection in small liquid bridge of molton NaCl" Proc.Int.Symp.Microgravity Sci.Appl.C-7. 1-6 (1993)
• [文献書誌] N.Imaishi: "Reaction analysis for Zr02 and Y203 thin film growth by LPCVD using β-diketonate complexes" J.Crystal Growth. 135(未定). (1994)
• [文献書誌] K.Okazaki: "Highly nonequilibrium plazma chemistry at atmospheric pressure and temperature in the conrol of material conversion processes" Thermal Science and Engineering. 2. 21-27 (1994)
• [文献書誌] 岡崎健: "高電圧極短パルスプラズマの構造形成過程制御と応用" 30回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 3. 736-738 (1993)
• [文献書誌] 土方邦夫: "金属蒸気の凝縮核生成に関する研究" 30回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 319-321 (1993)
• [文献書誌] 藤川重雄: "衝撃波の反射領域における蒸気の相変化の理論" 日本機械学会北陸信越支31期講演論文集. 1(未定). (1994)
• [文献書誌] 藤川重雄: "異波長レーザービームによる多原子分子蒸気の相変化測定" 日本機械学会北陸信越支31期講演論文集. 1(未定). (1994)
• [文献書誌] 藤川重雄: "レーザー差動干渉法による衝撃波管内気体密度の測定" 日本機械学会北陸信越支31期講演論文集. 1(未定). (1994)