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2021 年度 実績報告書

時空間的電場振動中のナノ粒子成長に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K03809
研究機関九州大学

研究代表者

鎌滝 晋礼  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60582658)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードナノ粒子成長 / 電場揺動 / 反応生プラズマ
研究実績の概要

本研究は、プラズマ中の時空間的電場揺らぎが存在する中のナノ粒子の成長のメカニズムを解明する目的に研究を行っている。IoTデバイス創成における工程の70%以上はプラズマプロセスが占めている。そのプラズマプロセスにおける重要な技術は、ナノ粒子のサイズのコントロール技術である。申請者を含む研究グループは、プラズマに電場揺らぎを印加することで、通常の放電時と比べ、サイズ分散も、サイズも小さいナノ粒子を製成できることを見出した。しかし、この現象は、従来のプラズマプロセスにおける考え方を変えざるを得ない結果(放電電力とプラズマ密度の関係の矛盾等)が含んでおり、この電場揺らぎがなぜナノ粒子の成長を抑制するのかについては、明確なメカニズムは解明されていない。そこで、本研究において、AM変調放電において電極間の電場がAM周波数で振動することを、実験でも数値計算においても確認した。実験ではEOセンサー、数値計算ではPIC-MCCモデルを用いた。また、高速度カメラ2台を用いた同時計測により、プラズマ発光とナノ粒子の成長の時空間構造を明らかにした。プラズマ発光の増減と電場揺動とナノ粒子の位置揺動はAM周波数と一致しており、それぞれ非常に高い相関があることもわかった。また、数値計算によって、イオンエネルギー分布及びイオン角度分布もAM周波数で変化することも明らかにした。これらのイオンの振る舞いは、低圧において軸方向の電場強度の時間変化に強い相関があった。さらに、AM放電プラズマ中に浮遊するナノ粒子にかかる力を検討した。これらの結果から、電場揺動起因のナノ粒子の浮遊位置揺動により、ナノ粒子がシーストラップから離脱することがわかった。これが、時空間的電場振動中のナノ粒子成長の抑制に影響していることを明らかにした。さらに、少ない成膜データで、成膜における重要パラメータの予測を行える機械学習手法を開発した。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 学会発表 (14件) (うち国際学会 11件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] Investigation of relationship between growth of nanoparticle and plasma generation due to amplitude modulated discharge voltage in TEOS plasma2022

    • 著者名/発表者名
      Kunihiro Kamataki, Kohei Abe, Akihiro Yamamoto, Iori Nagao, Michihiro Otaka, Daisuke Yamashita, Naho Itagaki, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      The 39th Symposium on Plasma Processing/The 34th Symposium on Plasma Science for Materials (SPP-39/SPSM34)
    • 国際学会
  • [学会発表] Predictive analytics in plasma process using machine learning tools and techniques2021

    • 著者名/発表者名
      Kunhiro KAMATAKI, Chen Feiyu, Tao Yang, Sakyo Okunaga, Daisuke Yamashita, Takamasa Okumura, Naho Itagaki, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      1st Workshop on Artificial Intelligence in Plasma Science - Satellite Workshop of EU-Japan Joint Symposium on Plasma Processing
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Particle-In-Cellモンテカルロ衝突モデルによる容量結合型Arプラズマにおける下部バイアス電圧印加シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      阿部滉平, 山本晃大, 長尾伊織, 大高真寛, 山下大輔, 鎌滝晋礼, 奥村賢直, 板垣奈穂, 古閑一憲, 白谷正治
    • 学会等名
      令和3年度日本表面真空学会 九州支部学術講演会
  • [学会発表] Better step coverage of TEOS-PECVD SiO2 films realized by amplitude modulation of RF discharge voltage2021

    • 著者名/発表者名
      K. Kamataki, K. Abe, A. Yamamoto, I. Nagao, M. Otaka, D. Yamashita, N. Itagaki, T. Okumura, K. Koga, M. Shiratani, S. Tahara, Y. Mizokami, Y. Miyata, K. Tabuchi, T. Tanikuni, S. Hiyama, K. Nagahata
    • 学会等名
      DPS2021, 42nd International Symposium on Dry Process
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on growth of nanoparticle in TEOS plasma-CVD using amplitude modulation discharge method2021

    • 著者名/発表者名
      K.Abe, A.Yamamoto, I.Nagao, M.Otaka, D.Yamashita, K.Kamataki, T.Okumura, N.Itagaki, K.Koga, M.Shiratani
    • 学会等名
      5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics(AAPPS-DPP2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of effect of amplitude modulated discharge on growth of nanoparticles in TEOS plasma2021

    • 著者名/発表者名
      M.Shiratani, K. Kamataki, K. Abe, A. Yamamoto, I. Nagao, M. Otaka, D. Yamashita, N. Itagaki, T. Okumura, K. Koga
    • 学会等名
      DPS2021, 42nd International Symposium on Dry Process
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of growth suppression mechanism of nanoparticles through amplitude modulation discharge method in TEOS plasma2021

    • 著者名/発表者名
      Kunihiro. Kamataki, Kohei Abe, Akihiro Yamamoto, Iori Nagao, Michihiro Otaka, Daisuke Yamashita, Naho Itagaki, Takamasa Okumura, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology (APSPT-12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Ion Energy Distribution Function in DC Pulse biased Capacitively Coupled Plasma Discharge by using Particle-In-Cell/Monte Carlo Collision Model2021

    • 著者名/発表者名
      Kohei Abe, Akihiro Yamamoto, Iori Nagao, Michihiro Otaka, Daisuke Yamashita, Kunihiro Kamataki, Takamasa Okumura, Naho Itagaki, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      MRM2021, Materials Research Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Developing Prediction of Key Process Parameters of Plasma CVD for Fabricating a-Si:H Solar Cells through Boosting Technique2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Feiyu, Kunihiro Kamataki, Tao Yang, Sakyo Okunaga, Daisuke Yamashita, Takamasa Okumura, Naho Itagaki, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      MRM2021, Materials Research Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of Radial and Vertical Electric Field in Capacitively Coupled Plasma2021

    • 著者名/発表者名
      Tao Yang, Daiki Nagamatsu, Kunihiro Kamataki, Daisuke Yamashita, Takamasa Okumura, Naho Itagaki, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      MRM2021, Materials Research Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of rf bias on properties of amorphous silicon oxide films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition2021

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Yamamoto, Kohei Abe, Iori Nagao, Michihiro Otaka, Daisuke Yamashita, Kunihiro Kamataki, Takamasa Okumura, Naho Itagaki, Kazunori Koga1, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      MRM2021, Materials Research Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] N2/SiH4 flow rate ratio dependence of nanoparticle incorporation in SiNx films deposited by plasma CVD2021

    • 著者名/発表者名
      M. Shiratani, Y. Sasaki, K. Kamataki, N. Itagaki, K. Koga
    • 学会等名
      MRM2021, Materials Research Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] PIC-MCCMを用いた平行平板容量結合プラズマに対する放電周波数依存性に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      陶陽,阿部滉平,鎌滝晋礼,山下大輔,奥村賢直,山下尚人,板垣奈穂,古閑一憲,白谷正治
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第 25 回 支部大会
  • [学会発表] 平行平板容量結合高周波放電プラズマのAM変調周波数依存性に関するPIC-MCCシミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      長尾伊織,阿部滉平,山本晃大,鎌滝晋礼,山下大輔,奥村賢直,山下尚人,板垣奈穂,古閑一憲,白谷正治
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第 25 回 支部大会
  • [備考] 九州大学 プラズマ工学研究室

    • URL

      http://plasma.ed.kyushu-u.ac.jp/index.html

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公開日: 2022-12-28  

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