超純水による新しい電気化学的加工法

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305014
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森 勇藏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00029125)
• 研究分担者: 広瀬 喜久治 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10073892)
• キーワード: 超純水 / 電解加工 / 水酸イオン / 水素イオン / 触媒反応 / 第一原理分子動力学シュミレーション / シリコン単結晶 / 平坦化加工

研究概要

水の機能を積極的に制御・利用した新しい超精密・超清浄加工プロセスである、超純水のみによる電気化学的加工法の確立を目指した基礎・応用研究を行い、以下の成果を得た。
(1)これまで加工が不可能であったSiとAlに対し、第一原理分子動力学シミュレーションによる反応素過程の解析を行った。その結果、SiやAlが陽極の場合には、酸化反応が進行するが、陰極の場合には、H_2O分子とH原子との反応によってOHが生成され、OHによる除去加工反応が進行することがわかった。同時に、試料を陰極とした加工実験を行い、SiやAlの除去加工が可能であることを実証した。また、試料を陽極とした場合に加工された、Cu、Fe、Moについては、試料を陰極とした場合には、加工できなかった。
(2)超純水中の水分子を電離させる触媒材料として、強酸性陽イオン交換繊維と強塩基性陰イオン交換繊維を用いて加工実験を行い、両者の比較を行った。その結果、どちらを用いても各種材料の加工が可能であることがわかったが、試料を陰極とした場合の加工速度については、Alに対しては陽イオン交換繊維の方が大きく、Siに対しては陰イオン交換繊維の方が大きいことがわかった。
(3)回転電極と触媒材料を用いた超純水電解加工法による、Cuの超平坦化表面の作成実験を行い、電流密度、電極回転数、試料回転数などの加工条件を適切に設定することによって、通常の機械加工で得られる最も平坦な表面に匹敵する、粗さ10nmの超平坦面の作成が可能であることを実証した。
以上の成果から、超純水のみによる電気化学的加工法が、実用的加工法として利用可能であることが実証できた。

研究成果

• [文献書誌] 森 勇藏, 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森田健一: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-触媒反応を利用した超純水中のOH^-イオン密度の増加方法-"精密工学会誌. 67. 932-936 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-Si(001)水素終端化表面のOH^-イオンによる加工現象の第一原理分子動力学シミュレーション-"精密工学会誌. 67. 1159-1163 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-Si(001)水素終端化表面原子のOHによる加工現象の反応素過程-"精密工学会誌. 67. 1169-1174 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-水素終端化されていないSi(001)表面原子とOHとの反応素過程-"精密工学会誌. 67. 1321-1326 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-陽極Si(001)表面の反応素過程-"精密工学会誌. 67. 1438-1442 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-陰極Si(001)表面における除去加工現象の第一原理分子動力学シミュレーション-"精密工学会誌. 67. 1680-1686 (2001)
• [文献書誌] H.Goto, K.Hirose, I.Kobata, Y.Toma, Y.Mori: "First-Principles Molecular-Dynamics Simulations of Electrochemical Machining Processes in Ultrapure Water"Proceedings of the 4th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations. 67(印刷中). (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森田健一, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-加工現象の第一原理分子動力学シミュレーション-"精密工学会2001年度秋季大会学術講演解講演論文集. 224-224 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森田健一, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-陰極表面における加工現象-"精密工学会2001年度秋季大会学術講演解講演論文集. 225-225 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小野倫也, 小畠厳貴, 稲田 敬, 田中利忠, 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-陰極におけるAl(001)表面加工現象-"精密工学会2001年度秋季大会学術講演解講演論文集. 226-226 (2001)
• [文献書誌] 森 勇藏, 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森田健一: "超純水のみによる電気化学的加工システムの開発と平坦化加工プロセスへの応用"精密工学会2001年度秋季大会学術講演解講演論文集. 227-227 (2001)
• [文献書誌] 広瀬喜久治, 後藤英和, 杉山和久, 稲垣耕司, 小畠厳貴, 稲田敬, 田中利忠, 森勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法-Al(001)表面の陰極反応素過程の第一原理分子動力学シミュレーション-"日本物理学会講演概要集. 56-2. 764-764 (2001)
• [文献書誌] 後藤英和, 広瀬喜久治, 小畠厳貴, 當間 康, 森田健一, 佐々木信滋, 森 勇藏: "Si(001)表面の超純水によるエッチング現象の第一原理計算"日本物理学会第57回年次大会講演概要集. (発表予定). (2002)