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2013 年度 実績報告書

自己組織化膜とプラズマの反応解析・制御による自己組織化膜への機能付与

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 25104720
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関長崎大学

研究代表者

篠原 正典  長崎大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80346931)

研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2015-03-31
キーワード自己組織化膜 / プラズマ / 赤外吸収分光 / 官能基 / シリコン
研究概要

物質創成・物質加工において水素の反応が大きく関与する。水素の反応を検出する方法は少ない。そこで,水素の検出感度の高い赤外分光法に注目し,高感度化した多重内部反射赤外分光法(MIR-IRAS)を用いた反応解析を行った。この方法では,シリコンなど半導体基板に赤外光を入射させ,基板内部で多重反射させることにより,基板表面の状態や表面に吸着した物質の検出感度を向上させている。それゆえ,シリコン基板自体の反応,シリコン基板へのシリコン基板上に堆積した物質の反応,およびシリコン基板への堆積過程について調べることが可能である。さらに,本方法は赤外光を用いるため,基板が置かれる雰囲気について制限されない。もちろん,プラズマ中でも制限されることなく,基板の表面状態を調べることが可能である。
また,プラズマは半導体の微細加工,様々な成膜プロセスに使われてきたが,その詳細な反応については分かっていない。詳細な反応が分かれば,微細加工および成膜プロセスの向上が見込まれる。本研究では,プラズマと物質の相互作用や表面反応の詳細を理解するために,シリコン自体の反応ばかりでなく,自己組織化膜との反応について赤外分光法を用いて調べ,反応プロセスの詳細を検討した。シロキサン結合を介してシリコン基板と結合上に堆積させることが可能な分子をの中で,単純な構造で,広く用いられているトリクロロオクタデシルシランを用いて,CH3で終端された自己組織化膜をSi表面に形成した。この膜に,エッチングや膜形成に最も基本となるプラズマである,水素プラズマや酸素プラズマとの反応を調べ,その反応プロセスを明らかにした。この自己組織化膜は,水素プラズマでは水素化により,酸素プラズマでは酸化によりエッチングされることが分かった。

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

トリクロロオクタデシルシランを用いてSi基板上に作製したCH3で終端されたSAMに,酸素プラズマ,水素プラズマを曝露し,その反応過程について多重内部反射赤外吸収分光法で調べ,反応モデルを作製できた。今後,この反応モデルをゆるぎないものにするとともに,プラズマの種類・状態をかえて曝露して,その反応の変化を明らかにする。
NH2で終端されたSAMについては実験データは得られているが,スペクトルの解釈が十分ではないため,今後,解釈を突き詰めていきたい。

今後の研究の推進方策

トリクロロオクタデシルシランを用いた SAMの酸素プラズマ,水素プラズマによるエッチング機構については,昨年度に解析することができた。ここで,酸素プラズマ照射ではSAMにOH基の形成が見られなかった。そこで,OH基を含むアルコール,水などの化合物をチャンバー内に導入しプラズマ化させてSAM表面への照射を試みる。この照射時に,プラズマ-膜表面相互作用,膜表面反応について多重内部反射赤外分光法で解析し,反応過程について明らかにする。
また,NH2で終端されたSAMについては得られた実験データの解析および実験を行い,酸素プラズマ,水素プラズマのとの反応について明らかにする。正に帯電しているこのSAM表面の電位を様々なプラズマ照射により制御する方法を探索する。
ここから,SAMの表面処理法について明らかにする。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Reactions of Plasma with Self-Assemble Monolayer for plasma-bio application2014

    • 著者名/発表者名
      Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Yujiro Taniguchi, Shohei Yagi, Masanori Shinohara, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
    • 雑誌名

      Proceedings of 8th International conference on reactive plasmas

      巻: 1 ページ: 6P-AM-S06-P22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Infrared spectroscopy of hydrogenation of Si surface exposed to hydrogen plasm2014

    • 著者名/発表者名
      Masanori Shinohara1, Naoki Maruno, Shohei Yagi, Yujiro Taniguchi, Takayoshi Tsumura, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
    • 雑誌名

      Proceedings of 8th International conference on reactive plasma

      巻: 1 ページ: 5C-PM-O1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reactions of Surface Hydrogen on Amorphous Carbon Films with Hydrogen Plasma2014

    • 著者名/発表者名
      Masanori Shinohara, Taka-aki Kawakami, Ko-jiro Hara, Shohei Yagi, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53 ページ: 010204

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.010204

    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズマ工学の最新動向 ―プラズマプロセスの赤外分光解析, グラフェン研究におけるプラズマプロセス―2014

    • 著者名/発表者名
      篠原 正典, 金 載浩
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A(基礎・材料・共通部門誌)

      巻: 134 ページ: 41-46.

    • DOI

      10.1541/ieejfms.134.41

  • [雑誌論文] Infrared spectroscopic study on deposition process of the amorphous carbon film with benzene molecule as a source in plasma enhanced chemical vapor deposition2014

    • 著者名/発表者名
      Masanori Shinohara, Yujiro Taniguchi, Yuya Takaki, Shohei Yagi, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
    • 雑誌名

      JPS Conference. Proceedings

      巻: 1 ページ: 015081

    • DOI

      10.7566/JPSCP.1.015081

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evolution of Hydride Components Generated by Hydrogen Plasma Irradiation of a Si(110) Surface, Investigated with In-situ Infrared Absorption Spectroscopy in Multiple Internal Reflection Geometry2013

    • 著者名/発表者名
      Masanori Shinohara, Yoshiki Takami, Susumu Takabayashi, Akinori Oda, Yoshinobu Matsuda, and Hiroshi Fujiyama
    • 雑誌名

      IEEE Transactions of Plasma Science

      巻: 41 ページ: 1878-1883

    • DOI

      10.1109/TPS.2013.2263850

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of an in-situ infrared spectroscopic measurement of plasma-induced reactions in ethanol2013

    • 著者名/発表者名
      Masanori Shinohara, Akihiro Fuakae, Katsuhiro Amano, Yuta Yoshida, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52 ページ: 11NC06

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.11NC06

    • 査読あり
  • [学会発表] 自己組織化単分子膜とプラズマの反応の赤外分光解析2013

    • 著者名/発表者名
      丸野尚紀,谷口雄二郎,吉田裕太,八木翔平,篠原正典, 松田良信, 藤山 寛
    • 学会等名
      応用物理学会九州支部学術講演会
    • 発表場所
      長崎大学 (長崎県長崎市)
    • 年月日
      20131130-20131201
  • [学会発表] Infrared spectroscopy of reactions induced by plasma2013

    • 著者名/発表者名
      Masanori Shinohara, Shohei Yagi, Yujiro Taniguchi, Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
    • 学会等名
      原子分子データのフォーラム
    • 発表場所
      核融合科学研究所 (岐阜県土岐市)
    • 年月日
      20131030-20131101
    • 招待講演
  • [学会発表] Infared spectroscopic study on changes of chemical states of SAM films due to plasma exposure2013

    • 著者名/発表者名
      Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Masanori Shinohara, Yoshinobu, Matsuda and Hiroshi Fujiyama
    • 学会等名
      2013 JSAP-MRSジョイントシンポジウム
    • 発表場所
      同志社大学 (京都府京都市)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Reaction of plasmas with a self-assembly monolayer film, investigated with infrared spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Yuta Yoshida, Noaki Maruno, Yujiro Taniguchi, Masanori Shinohara, Yoshinobu Matsuda and Hiroshi Fujiyama
    • 学会等名
      The 9th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering
    • 発表場所
      ラマダホテル済州 (韓国 済州市)
    • 年月日
      20130825-20130830
  • [学会発表] Hydrogenation process of Si substrate due to hydrogen plasma exposure, investigated with infrared spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Naoki Maruno, Yujiro Taniguchi, Takayoshi Tsumura, Masanori Shinohara, Yoshinobu Matsuda and Hiroshi Fujiyama
    • 学会等名
      The 9th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering
    • 発表場所
      ラマダホテル済州 (韓国 済州市)
    • 年月日
      20130825-20130830

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公開日: 2015-05-28  

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