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2015 年度 実施状況報告書

燐光現象を利用した低温場の高速測定技術の構築とその光アニールプロセスへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 26420717
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

篠田 健太郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 先進コーティング技術研究センター, 主任研究員 (10442732)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードエキシマレーザー / 塗布光照射法 / 高速温度計測 / 放射温度計
研究実績の概要

機能性酸化物の大気圧下での低温製膜の実現に向けて期待されている塗布光照射法では、エキシマレーザーなど紫外パルスレーザー照射時の光結晶成長機構の解明が重要であり、高速温度測定による光-熱反応の定量化が求められてきた。その定量化に向けて、ナノ秒レベルでの高速温度測定法の確立を目指してきた。前年度の研究において、従来計測していた放射温度に蛍光信号が含まれている可能性が示唆された。そこで、本年度は、温度計測の妥当性、実プロセスとの相関をとるためにこれまでの複雑酸化物系に加えて、組成の影響を極力排除するために、単純酸化物系であるスズ酸化物を選定し、中心材料として計測に取り組んだ。塗布光照射法における酸化スズ膜の光結晶化過程においては、初期の塗布膜厚がレーザー照射時の結晶化に大きな影響を与えることを確認した。ただし、得られた結晶相は純粋なSnO2相とは異なっており、レーザー照射時の還元の影響が考えられた。結晶相の同定に加えて、引き続き結晶条件の最適化が必要である。その際に得られる検出光については、膜厚、レーザーフルエンス(強度)によって、最大強度、ピーク数、減衰挙動が異なることを確認した。基材の影響、初期膜厚の影響を系統的に調査した結果、従来の数値計算で予測されるよりも強く基材の影響を受けている可能性が示唆された。得られた検出光から放射温度成分と蛍光成分を分離し、温度計測に結びつける必要性が課題として明らかになった。

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

当初想定していた、Y2O3:Eu3+系での計測に対して、単純酸化物系であるSnO2系での計測実験が中心となった。塗布光照射法における光結晶成長機構の解明に向けて、ナノ秒という高速度域での温度測定の確立が重要であり、その目的達成のためには、得られた信号の精緻な解析が必要である。本解析に時間を要しているが、対象材料からの目的とする信号の十分な強度は得られており、目的達成に向けて、順調に進展できていると考える。

今後の研究の推進方策

昨年度に引き続き、スズ酸化物系の材料について、検出光から放射温度成分と蛍光成分の分離に取り組む。解析の相当の時間を要するため、プロセス解析については、産総研土屋哲男副センター長と、データ解釈については、燐光計測に実績のある産総研の染矢聡グループ長と連携していく。また、レーザープロセスに実績のある芝浦工大の湯本敦史先生のグループとさらに連携を深め、マンパワーをかけていく。また、蛍光成分の同定のため、Y2O3:Eu3+をターゲット材料として用い、燐光計測と放射温度計測の両輪により、ナノ秒温度計測法を確立するとともに、塗布光照射法の光結晶成長機構の解明をおこない、当該課題の達成を目指す。また、本手法は、低温計測法としても有効であるため、研究が順調に進展した場合には、溶射、エアロゾルデポジション法という他のセラミックスコーティング手法における高速温度計測法にも積極的に展開を図りたい。

次年度使用額が生じた理由

主として、エキシマレーザー用の消耗品として計上していたネオンガスが高騰したため、今年度は購入を見送らざるをえなかった結果、次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

ネオンガスの価格も落ち着いてきたため、ネオンガスとして次年度購入予定である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [学会発表] In situ temperature measurement of crystallization process of tin oxide films in ELAMOD process at nano second time scale2016

    • 著者名/発表者名
      勝木司、湯本敦史、中島智彦、土屋哲男、篠田健太郎
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京都目黒区東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-21 – 2016-03-21
  • [学会発表] Understanding of low temperature fabrication process of oxide thin films in excimer laser-assisted metal organic deposition2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Shinoda, Tsukasa Katsuki, Tomohiko Nakajima, Tetsuo Tsuchiya, Atsushi Yumoto, Jun Akedo
    • 学会等名
      40th International Symposium and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC40)
    • 発表場所
      Hilton Daytona Beach, Daytona Beach, FL, USA
    • 年月日
      2016-01-28 – 2016-01-28
    • 国際学会
  • [学会発表] 塗布光照射法における酸化スズ膜結晶化過程のその場計測2015

    • 著者名/発表者名
      勝木司、湯本敦史、中島智彦、土屋哲男、篠田健太郎
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-13
  • [学会発表] Ultrafast radiation thermometry for monitoring fabrication process of oxide thin films in excimer laser-assisted metal organic deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Shinoda, Tsukasa Katsuki, Atsushi Yumoto, Tomohiko Nakajima, Tetsuo Tsuchiya
    • 学会等名
      11th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications
    • 発表場所
      Hyatt Regency Vancouver, Vancouver, Canada
    • 年月日
      2015-06-14 – 2015-06-14
    • 国際学会
  • [備考] Dr. Kentaro Shinoda's Homepage

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/kentaro.shinoda/

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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