低誘電率・高絶縁耐力プラズマ堆積C_xF_y膜を用いたSF_6代替絶縁方式の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555077
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 酒井 洋輔 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20002199)
• 研究分担者: 須田 善行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70301942) ; 赤澤 正道 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 助教授 (30212400) ; 菅原 広剛 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90241356) ; 中島 昌俊 日本AEパワーシステムズ, 開閉装置事業部, 主任研究員 ; BRATESCU Maria A. 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70312379)
• キーワード: 電気絶縁 / アモルファスCF薄膜 / パーフルオロカーボン / パッシェン曲線 / 絶縁体力向上

研究概要

本研究は地球温暖化ガスの一つとして使用量の削減が迫られているSF_6ガスに替わり窒素や酸素あるいは合成空気と導体部に低誘電率・高絶縁耐力をもつアモルファスC_xF_y,(a-C:F)膜を堆積し二次電子放出を抑え、これまで同様あるいはそれ以上の絶縁耐力を得ようとすることである。絶縁膜原料には、C_7F_<16>とC_8F_<18>(常温では液体で、蒸気圧は数〜数十Torr)を用い、RFプラズマCVD法により作成し、これの化学的・電気的特性を含め、平成15年度には特に絶縁特性を評価した。成果は以下のとおりである。
1.本a-C:FをAl電極上に堆積したものを用いてN_2、ArとHeガスのパッセン曲線を測定したが、破壊電圧V_sはAl電極の場合に比べて低pd(気圧x電極間隙)領域で3倍程度上昇した。また、pd<20Torr・cmでは、SF_6のV_sよりも向上することが分かった。
2.この縁耐力向上の原因は、二次電子放出係数が、金属のものに比べ圧倒的に小さく、10^<-5>オーダの小さな値を与えたことによることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] C.Biloiu, I.A.Biloiu, Y.Sakai, Y.Suda, M.Nakajima: "Enhancement of Nitrogen Gas Breakdown Voltage between Coated Aluminum Electrodes with Fluorocarbon Polymer Film Prepared in C_8F_<18> Vapor RF Plasma"Jpn.J.Appl.Phys.. 42(2,2B). L201-L203 (2003)
• [文献書誌] 太田章嗣, C.Biloiu, 酒井洋輔, M.A.Bratescu, 須田善行: "C_8F_<18>プラズマCVDを用いたa-C:F膜の生成とその特性の評価"電気学会放電研究会資料. ED-03-115. 49-54 (2003)
• [文献書誌] C.Biloiu, I.A.Biloiu, Y.Sakai, Y.Suda, A.Ohta: "Amorphous fluorocarbon polymer films prepared in perfluorooctane (C_8F_<18>) vapor plasma CVD for an application of electrical insulation"Proc.of Int.Sym.on Plasma Chemistry. 500-505 (2003)
• [文献書誌] C.Biloiu, I.A.Biloiu, Y.Sakai, Y.Suda, A.Ohta: "Amorphous fluorocarbon polymer (a-C:F) films obtained by plasma enhanced chemical vapor deposition from perfluorooctane (C_8F_<18>) vapor I : deposition, morphology, structural and chemical properties"J.Vac.Sci.Technol.. 22. 13-19 (2004)
• [文献書誌] A.Ohta, S.Tazawa, Y.Sakai, M.A.Bratescu: "Relationship between the C_8F_<18> plasma and a-C:F film properties by PECVD"第21回プラズマプロセシング研究会論文集. 32-33 (2004)
• [文献書誌] S.Tazawa, A.Ohta, Y.Sakai, M.A.Bratescu: "Enhancement of Breakdown Voltages between a-C:F Film Coated Electrodes in N_2, Ar and He Gases"第21回プラズマプロセシング研究会論文集. 154-155 (2004)