| 研究概要 |
マイクロ波照射下での化学反応は、特定成分の選択加熱による微視領域での熱的非平衡反応としての特徴を有し、ナノ・メソスケールでの非平衡組織・構造を有する革新的新素材創製につながる。本研究では、新しい無機材料プロセッシングの構築を目的として、マイクロ波照射による非平衡反応下でのナノ・メソスケール構造体を形成し、交番電磁界中でのプロセッシングの特長を活かした電気的,磁気的,光学的物性制御・機能発現を検討する。本年度は、選択加熱系における熱的非平衡反応メカニズムの解明、非平衡反応下におけるナノ・メソスケール構造体の形成、を目指し、二成分系酸化物を中心に、ミリ波帯域のマイクロ波照射下での相分離によるメゾスコピック組織形成を行った。ルチル型構造の酸化スズ-酸化チタン系では、酸化スズの強いマイクロ波吸収を利用した選択加熱下での非平衡反応により、両相が10〜30nm周期で層状に積層したメゾスコピック組織の形成に成功した。電気炉加熱等の通常の化学反応では、スピノーダル分解による相分離組織形成には長時間の熱処理を要するが、マイクロ波照射下では微視領域での熱揺らぎにより固相拡散が促進され、極めて短い時間スケールでメゾスコピック組織の形成が可能となることを明らかにした。
マイクロ波照射下での選択加熱は、基板上に形成された薄膜デバイスの結晶化にも有効であり、シリコン半導体基板上に形成されたPZT系誘電体薄膜の低温・短時間での結晶化も実現された。マイクロ波照射による無機材料プロセッシングは、加熱効率の高い省エネルギープロセスであるとともに、非平衡反応場として薄膜プロセスへも有効であることが示された。
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