レーザーデトネーション誘起ブロードアトムビームによる低損傷低温極表面改質法の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555200
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 大前 伸夫 神戸大学, 工学部, 教授 (60029345)
• 研究分担者: 横田 久美子 神戸大学, 工学部, 教務職員(教育職) (20252794) ; 田川 雅人 神戸大学, 工学部, 助教授 (10216806)
• キーワード: 原子状酸素 / シリコン / 表面改質 / シリコン酸化膜 / 原子ビーム

研究概要

本研究は宇宙環境下における各種材料の劣化を地上実験装置を用いてシミュレートするために開発された高出力赤外線レーザーによる中性原子加速法(レーザーデトネーション法)をスピンオフして、新しい表面改質プロセスの開発を行おうとするものである。
研究初年度である平成12年度は、現有の装置に付属している炭酸ガスレーザーを繰り返し周波数が高いレーザーに変更し、原子状酸素フラックスの増大を試みた。原子状酸素ビームの診断については四重極質量分析管とマルチチャンネルスケーラーを組み合わせたTime of Flight Mass Spectrometer(TOFMS)をビームライン上に設置することにより行い、ビームの速度、組成、イオン量等を逐次モニターできるように構成した。水晶振動子マイクロバランスを用いた実験結果から原子状酸素フラックスは10^<14>atoms/cm^2/sを越え、当初の予定通りの性能が得られた。レーザー光源換装後、研究の第1段階として、Siをターゲットとして低温でのSi表面の酸化膜厚の成長をin-situに測定し、反応定数、拡散定数など、Siの酸化を特徴づけるパラメーターを計算した結果、本装置を用いたビーム酸化を行うことにより、工業的に最も重要なSiウエハー上にSiO_2膜を室温で形成することに成功した。また、酸化膜成長のレートはビームフラックス、ビームフルーエンス、試料温度、入射角度等に依存することが明らかになり、現在、得られたデータから反応モデルの構築を行っている。今年度に得られた結果は当初の予定以上のものであり、現在のところ本研究を遂行する上での問題はない。

研究成果

• [文献書誌] 田川雅人: "低軌道宇宙環境における材料劣化現象とその地上シミュレーション"真空. 44(in press). (2001)
• [文献書誌] Kinoshita H., et al.: "The degradation of polyimide films due to the hyperthermal atomic oxygen exposures : in-situ mass loss measurement and effect of air exposures"Proceedings of the 8th International Symposium on Materials in a Space Environment. (in press). (2000)
• [文献書誌] 田川雅人 ほか: "超熱原子線と固体表面の反応ダイナミクス"神戸大学ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー年報. Vol.5. 105-108 (2000)
• [文献書誌] Tagawa M.: "Space material durability in the LEO space environment"Proceedings of Advanced Space Technology Symposium. NASDA-ETR-00004. 54-61 (2000)
• [文献書誌] Matsumoto K., et al.: "Effect of applied load on tribological properties of sputtered MoS2 films exposed to LEO environment"Proceedings of the 22nd International Symposium on Space Technology and Science,. 2000-c-32. (2000)
• [文献書誌] Tagawa M., et al.: "Volume diffusion of atomic oxygen in a-SiO_2 protective coating"High Performance Polymers. Vol.12,No.1. 53-63 (2000)
• [文献書誌] 田川雅人 ほか: "宇宙環境利用のサイエンス"裳華房. 315 (2000)
• [文献書誌] Tagawa M. et al.: "Polymer Surface Modification : Relevance to Adhesion"VSP. 626 (2000)