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2018 年度 実施状況報告書

粉体ターゲットのコントロールによるスパッタリング成膜の高度化

研究課題

研究課題/領域番号 17K05102
研究機関佐世保工業高等専門学校

研究代表者

大島 多美子  佐世保工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (00370049)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード粉体ターゲット / スパッタリング / 混合粉体 / 透明導電薄膜
研究実績の概要

本研究は、粉体をそのままターゲットとして用いたスパッタリング法において、固体ターゲットの作製が困難な低融点有機材料や多元素複合材料を安価で容易に作製する手法の確立を目的としている。平成30年度は、ZnOにAl2O3またはGa2O3を混合させた混合粉体を用いて、透明導電薄膜の作製を行った。また、移動磁界型のカソードを導入しマグネットを10rpmで回転しながら実験を行った。
まず、混合前のZnO、Al2O3、Ga2O3粉体について、RF電力、ターゲット-基板間距離、Arガス圧力の条件を変化させて薄膜の作製を行った結果、それぞれ100W、50mm、0.3Paの条件において安定して膜が堆積することがわかった。また、粉体の種類によって堆積速度に差が見られ、Ga2O3が3.3nm/min、ZnOが2.3nm/min、Al2O3が1.6nm/minとなった。基板加熱による結晶性の評価では、ZnOは基板温度の上昇に伴いZnO(002)ピーク強度が増大し結晶性の向上が確認されたが、Al2O3とGa2O3では基板温度が200℃から400℃に上昇すると、それぞれAl2O3からAl、Ga2O3からGaへのピークシフトが見られた。
次に、ZnOとAl2O3、ZnOとGa2O3を50:50wt%の混合粉体を用いて、上記のスパッタリング条件下で基板温度を変化させてAZO(AlドープZnO)とGZO(GaドープZnO)薄膜の作製を行った。その結果、基板温度200℃で作製したAZO薄膜において抵抗率が7.3×10^-3Ωcmの導電性を確認することができた。
以上のことから、異なる種類の粉体を混合した混合粉体による成膜では、各粉体のスパッタリング率や基板加熱による堆積膜の構造変化等を考慮し、混合比やスパッタリング条件等を最適化することにより目的の組成比を有する多元素複合材料薄膜の作製が可能であることを示唆した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成30年度は、まず、移動磁界型カソードを導入しマグネットの回転速度を変化させることで、粉体ターゲット表面の温度上昇を防ぐ実験を行った。次に、混合する前の粉体を用いて薄膜の作製とその評価を行い、粉体の種類によって異なる成膜プロセスが生じることを明らかとした。また、異なる種類の粉体を混合して作製した混合粉体を用いて透明導電薄膜の作製を行い、導電性を有するAZO透明導電薄膜の作製が可能となった。よって、おおむね研究は順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

令和元年度は、平成30年度に引き続き、異なる種類の粉体を混合させた混合粉体を用いて、多元素複合薄膜や組成傾斜膜の作製を行い、混合粉体の混合比と堆積膜の組成比について相関を明らかにする。また、粉体ターゲットの圧縮や光照射など、ターゲットをコントロールすることで堆積膜に与える効果や影響を調査し、粉体スパッタリングプロセスの新しいアプローチを検証する。

次年度使用額が生じた理由

一万数千円程度の少額であり、次年度、新たな粉体ターゲットの購入に充てることで、より効果的な予算の執行ができると考えたため。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Preparation of Sn doped SiO2 thin films by magnetron sputtering deposition using metal and metal-oxide powder targets2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kawasaki, T. Ohshima, Y. Yagyu, T. Ihara, M. Shinohara, Y. Suda
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 58 ページ: SAAD04

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aaea67

  • [雑誌論文] Sterilization for Bacillus Subtilis var. natto by Low Pressure Sputtering and Laser Ablation Plasma using Metal Powder Target2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kawasaki, Y. Yagyu, T. Ohshima, T. Ihara, M. Shinohara
    • 雑誌名

      Trans. Mat. Res. Soc. Japan

      巻: 43 ページ: 293-296

    • DOI

      10.14723/tmrsj.43.293

    • 査読あり
  • [学会発表] 粉体ターゲットによる2次元薄膜の作製I2019

    • 著者名/発表者名
      川崎仁晴,大島多美子,柳生義人,猪原武士,篠原正典
    • 学会等名
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
  • [学会発表] Trial of the two-dimentional functional thin film preparation by sputtering method using powder targets2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kawasaki, T. Ohshima, Y. Yagyu, T. Ihara, M. Shinohara
    • 学会等名
      11th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials, 12th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 国際学会
  • [学会発表] スパッタリング法による混合粉体ターゲットを用いた透明導電性膜の作製2019

    • 著者名/発表者名
      大島多美子,中村将樹,山戸洋弥,久保川将也, 川崎仁晴,篠原正典,柳生義人,猪原武士,須田義昭
    • 学会等名
      平成31年電気学会全国大会
  • [学会発表] Fabrication of functional thin films by sputtering method using powder target2018

    • 著者名/発表者名
      T. Ohshima, H. Kawasaki, M. Shinohara, Y. Yagyu, T. Ihara, Y. Suda
    • 学会等名
      The 2018 European Materials Research Society Spring Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザアブレーションプラズマによる滅菌I2018

    • 著者名/発表者名
      川崎仁晴,大島多美子,柳生義人,猪原武士,篠原正典
    • 学会等名
      2018年 第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Metal doped Thin Film Preparation using Metal and Metal Oxide Powder Mixture Targets2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kawasaki, T. Ohshima, Y. Yagyu, T. Ihara, M. Shinohara
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures, 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • 国際学会
  • [学会発表] Method for preventing hydrogen embrittlement using plasma process2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kawasaki, H. Nishiguchi, T. Ohshima, Y. Yagyu, T. Ihara, M. Shinohara, K. Higashide
    • 学会等名
      2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of several kinds of elements mixed thin films by plasma process using powder targets III2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kawasaki, T. Ohshima, Y. Yagyu, T. Ihara, M. Shinohara
    • 学会等名
      The 40th International Symposium on Dry Process
    • 国際学会
  • [学会発表] 佐世保高専におけるプラズマプロセスを用いた薄膜作製研究2018

    • 著者名/発表者名
      川崎仁晴,大島多美子,柳生義人,猪原武士,篠原正典,須田義昭
    • 学会等名
      第35回プラズマ・核融合学会年次大会
  • [学会発表] スパッタリング法による混合粉体ターゲットを用いた酸化物薄膜の作製2018

    • 著者名/発表者名
      久保川将也,大島多美子,川崎仁晴,柳生義人,猪原武士
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Preparation of Oxide Thin Film Using Mixed Powder Target by Sputtering method2018

    • 著者名/発表者名
      M. Kubokawa, T. Ohshima, H. Kawasaki, M. Shinohara, Y. Yagyu, T. Ihara
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会
  • [学会発表] プラズマプロセスによる窒化ニッケル薄膜の作製2018

    • 著者名/発表者名
      K. Maruta, T. Ohsima, K. Ichikawa. Kawasaki, M. Shinohara, Y. Yagyu, T. Ihara1
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Preparation of thin film using powder target by sputtering method2018

    • 著者名/発表者名
      S. Suetake, T. Ohshima, H. Kawasaki, M. Shinohara, Y. Yagyu ,T. Ihara
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会

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公開日: 2019-12-27  

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