マイクロプラズマの材料デバイスプロセスへの応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15075202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 寺嶋 和夫 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (30176911)
• 研究分担者: 越崎 直人 産業技術総合研究所, 界面ナノアーキテクトニクス研究センター, 研究チーム長(研究職) (40344197)
• キーワード: マイクロプラズマ / 超臨界流体 / 超臨界流体プラズマ / カーボンナノマテリアル / 材料デバイスプロセス / 大気圧マイクロプラズマジェット / 物質探索

研究概要

(A)超臨界流体プラズマを用いた超高速プラズマ超微細加工法(堆積)の開発
本年度は、超高速プラズマ超微細加工法(堆積)用の超臨界流体プラズマ材料プロセス装置の開発を行った。放電方法として、高圧雰囲気での安定性、制御性に富む、誘電体バリア放電をベースにしたビーム発生法を採用した。電源としては、交流(1〜10kHz程度)電源を用い、フロー式プロセスチャンバー(耐圧:100気圧、耐温度:100℃)は新たに作製した。主に、CO_2超臨界流体フプラズマの創製を行い、そのプラズマ発生特性(ガス圧、電圧など)を調べた。また、比較実験として、バッチ式のフローのない場合の発生も行った。
(B)新マテリアル/反応探索
(1)超臨界流体プラズマプロセスを用いた、カーボンナノマテリアル物質合成を行った。具体的には、CO2超臨界流体プラズマにより、通常のカーボンナノチューブやポリヘドロンなどが効率よく生成した。また、その生成機構として、従来のガスプラズマとは異なり、プラズマガス(超臨界CO2)を原料とし、かつ、触媒としてのNiなどの電極材料を不要とするものであった。
(2)水中VHFマイクロプラズマプロセスのプラズマ源のプロセス診断(コンピューターシミュレーション、レーザー吸収分光法、発行分光法)を行うとともに、本法を用いたカーボンナノマテリアル物質合成を行った。通常のグラファイト、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンオニオンのほかに、雲丹状のカーボンナノ組織化物質の合成も成功した。

研究成果

• [文献書誌] T.Ito, H.Fujiwara, K.Terashima: "Decreace of breakdown voltages for micrometer-scale-gap electrodes for carbon dioxide near the critical point : temperature and pressure dependences"J.Appl.Phys.. 94・8. 5411-5413 (2003)
• [文献書誌] Y.Shimizu, T.Sasaki, T.Ito, K.Terashima, N.Koshizaki: "Fabrication of spherical carbon via UHF inductively coupled microplasma CVD"J.Phys.D : Appl.Phys.. 36・23. 2940-2944 (2003)
• [文献書誌] T.Ito, H.Nishiyama, K.Terashima, K.Sugimoto, H.Yoshikawa, H.Takahashi, T.Sakurai: "Spectroscopic study on a thermoelectron-enhanced microplasma jet"J.Phys.D : Appl.Phys.. 37・3. 445-448 (2004)
• [文献書誌] T.Ito, K.Katahira, A.Asahara, S.A.Kulinich, K.Terashima: "Carbon system syntheses on a chip by multiple micrometer-scale plasma CVD"Sci.Tech.Adv.Mater.. (In press). (2004)