| 研究課題/領域番号 |
19K03810
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
松田 良信 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (60199817)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | イオンエネルギー分布 / 反射電界型エネルギー分析器 / 磁気フィルタ / マグネトロンスパッタリング / 負イオン / 金属添加酸化亜鉛 / 透明導電膜 |
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| 研究実績の概要 |
スパッタリング成膜中の基板に入射する正・負イオンのエネルギー分布関数（EDF）を安価で簡便に計測するために、磁気フィルタを利用した反射電界型エネルギー分析器（Retarding field energy analyzer: RFEA）を提案し、ターゲット浸食領域対向部付近で高エネルギーの負イオンが基板に入射することを確認してきた。
前年度までに、(1)RFEA前面に局所的な交差磁場領域を形成すると、RFEAへの負イオン流入束はほとんど影響を受けないが、電子流入束が2桁以上抑制され、正イオン流入束も一桁程度抑制されること、(2)RFEA内の荷電粒子のグリッド透過率を向上させ、グリッド電位分布を最適化することでコレクタ電流が増加することを確認した。また、(3)磁気フィルタの磁束密度の最適値が50mTより弱磁場側にあること、(4)微小電流測定性能が高いデジタルマルチメーターを利用することでエネルギー分解能の向上とデータ取得時間の短縮を行えることを確認した。その結果、直流マグネトロンスパッタリング（DCMS）における基板入射荷電粒子のEDF測定において、高エネルギー酸素負イオンによると考えられるEDFの構造がより詳細に確認できた。
R3年度は、データ収集・解析・可視化の効率化とデータ処理効率の改善を継続実施するとともに保守・メンテナンスを容易にするために新たに2号機を製作した。それらの改善の結果、実験データの収集効率の改善といっそうのSN比の改善が進み、高周波マグネトロンスパッタリング（RFMS）における高エネルギー負イオンのEDFの構造についてもこれまで以上により詳細に確認することができるようになった。ただし、磁気フィルタの系統的な最適条件探索はまだ途上にある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
交差磁界の荷電粒子束への影響は、最初は荷電粒子のラーマ―半径の違いだけで簡単に評価できると考えていたが、交差磁場中のParallel伝導度、Pedersen伝導度、Hall伝導度などを解析的に検討するだけでは不十分で、3次元構造をもつ局所磁場中の有限サイズのプラズマ中の荷電粒子の輸送の評価と解析を必要とすることがわかった。
これらの理論的検討とシミュレーションを実施することが非常に重要であるが、それらは実験的研究を意図した本研究の対象範囲を超えており、軽々に取り扱うことは容易でないと判断される。
本研究では、磁気フィルタの最適化に関しては、負イオン流入束に対する電子流入束や正イオン流入束の相対的な抑制効果を、永久磁石と鉄心の複数の組み合わせに対して実験的に比較検討したが、最適条件を系統的に決定するまでには至らなかった。
そこで、電磁石を利用して磁束密度を連続的に変化させて負イオン流入束に対する電子流入束や正イオン流入束の相対的な抑制効果を系統的に調査する方向で検討を進めたが、電磁石の設計・製作に十分な時間を割くことができず、電磁石を用いた実験を実施できていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に引き続き、下記の項目を実施予定である。
１．研究成果の公開：これまでに得られた研究成果（DCMSとRFMSにおける基板入射正・負イオンのEDFの特徴）を論文誌に投稿し、公表する。また、ホームページでの研究状況を可能な限り公開する。
２．データ収集・解析・可視化の効率化：データ収集効率の向上とデータ処理効率の改善による測定の高速化・効率化・SN比向上を図る。
３．EDFのより詳細な調査研究：DCMSとRFMSにおける基板入射正・負イオンのEDFのより詳細な調査研究を行い、基板入射荷電粒子のEDFに関するより詳細な知見を得る。
４．磁気フィルタの影響の定量的評価とその最適設計：電磁石を利用して、磁束密度の影響を系統的に調査する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルス感染症防護対策の影響もあり、研究の進捗が予定通り進まなかった。このため、補助事業の目的をより精緻に達成するための研究の実施（追加（再現）実験の実施や学会参加、論文投稿など)を事由として、補助事業期間延長申請を2022年2月に行い、承認を2022年3月に受けた。このため2021年度末の残予算をそのまま留保したため次年度使用額が発生した。この予算は2022年度の研究の遂行に必要な消耗品の購入費用などに有効活用する予定である。
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