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

2002 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・機械工学科, 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: 宇宙環境 / 低地球軌道 / 原子状酸素 / シリコン / 表面改質 / 酸化 / 原子線 / 高分子

研究概要

本研究は宇宙環境下における各種材料の劣化現象を地上で模擬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り、ブロードアトムビームを用いた新しい表面改質技術を開発すること、Collision Induced Reaction, Energy and Momentum Transferなど超音速ビームに特有の固体表面反応スキームを表面改質に応用することの利点を明らかにすること、ならびにビームが電気的に中性、かつ化学的に活性である点を利用して絶縁体材料、低融点材料、高分子材料等への適用の可能性を探ることを目的とするものである。本年度に本装置で生成した超熱原子状酸素ビームを用いてシリコン表面の室温酸化を試みた結果、あらたに(1)超熱原子状酸素ビームを用いることにより室温でも水素終端Si(001)表面を酸化することが可能であること、(2)酸化膜成長は放物線則に従う拡散律則過程であること、(3)成長初期の拡散は主としてビームの並進エネルギーに、後期の拡散はビームフラックスに依存すること、原子状酸素ビームの持つ運動エネルギーのうち、80%以上が表面との衝突により基板に与えられること、高分子材料表面への原子ビーム照射により表面自由エネルギーをコントロールできること、等が明らかになった。それに加えて、原子ビーム収束化技術の開発に目処が立つなどの結果も得られた。プロジェクト最終年度であることから、得られた結果を総括した結果、本研究で得られたビーム応用表面改質技術の有効性の確認と応用展開研究へ向けた利点と問題点を明確化することができた。

研究成果

• [文献書誌] Yokota K., Tagawa M., Ohmae N.: "Impingement angle dependence of erosion rate of polyimide in atomic oxygen exposures"Journal of Spacecraft and Rockets. 39・1. 155-156 (2002)
• [文献書誌] Tagawa M., Yokota K., Ohmae N., Kinoshita H.: "Effect of ambient air exposure on the atomic oxygen-exposed Kapton films"Journal of Spacecraft and Rockets. 39・3. 447-451 (2002)
• [文献書誌] Yokota K., Kida T., Ishikawa K., Tagawa M., Ohmae N.: "Atomic oxygen-induced erosion of PMDA-ODA polyimide films : effect of incident angle, temperature and simultaneous UV exposure"Proceedings of the 23^<rd> international Symposium on Space Technology and Science. 2002-r-06 (2002)
• [文献書誌] Tagawa M., Ohki Y., Matsuo T., Ohmae N., Gotoh K., Tagawa Y.: "Wettability of atomic oxygen-exposed polymeric materials in low Earth orbit : surface free energy and its effect on contamination control"Proceedings of the 23^<rd> international Symposium on Space Technology and Science. 2002-r-07 (2002)
• [文献書誌] Matsumoto K., Yokota K., Tagawa M., Ohmae N.: "Development of an atomic oxygen concentrator using concave mirrors"Proceedings of the 23^<rd> international Symposium on Space Technology and Science. 2002-h-04 (2002)
• [文献書誌] Tagawa M., Dejima K., Tsumamoto S., Yokota K., Ohmae N., Kinoshita H.: "Utilization of low Earth orbit space environment in the formation of an insulating oxide layer on semiconductor surface"Proceedings of the 23^<rd> international Symposium on Space Technology and Science. 2002-h-05 (2002)