－未来技術の鍵をにぎる新機能材料－
科学技術の進歩には、その中枢を担う機能材料の高性能化、さらには全く新しい機能をもった材料の創出が必須です。
また、それを応用した製品の実現には、高能率であるとともに、人や環境にやさしい製造プロセスの開発が要請されています。
私たちの研究室では、
- 1. 高性能な機能材料を作製する新しい環境調和型成膜技術を開発すること
- 2. 原子・電子レベルで制御された新機能材料を創成すること
- 3.最先端科学技術分野に不可欠な高機能薄膜を開発してデバイスに応用すること
を目的として研究を進めています。
現在、大気圧・超高周波プラズマの物理的・化学的特性を活用した低温・高速・高品質・エコクリーン成膜技術の開発と高性能太陽電池、薄膜トランジスタ、高感度センサ等、新機能デバイスへの応用技術の研究を行っています。
－研究テーマ－
- 1. 低温・高速で高品質を実現する大気圧プラズマCVD法の開発
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- 高品質エピタキシャルSiの低温・高速形成
- 太陽電池用Si薄膜の高速形成
- 多結晶および単結晶SiC薄膜の低温・高速形成
- SiO2およびSiNx薄膜の常温・高速形成
大気圧プラズマは、ラジカル密度が高く、イオンエネルギーが小さいという特性をもつ新しいプラズマです。本研究ではこれを活用し、低温・高速で、しかも高品質な半導体薄膜の形成法を開発しています。図は、従来法と比べて600℃以上低い温度で高速形成した無欠陥・高純度の単結晶シリコン薄膜の写真（左：集光灯下写真、中央：断面透過電子顕微鏡像）と、用いた大気圧プラズマ発光の様子（右写真）を示します。
- ２. フレキシブル電子デバイス用薄膜の低温・高速形成プロセス
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- 大気圧プラズマCVDによる微結晶Si薄膜の低温・高速形成
- 大気圧プラズマ酸化／窒化による絶縁膜の低温・高能率形成
近未来のエレクトロニクス産業として期待されるフィルムエレクトロニクスの実現のため、常温に近い温度で高機能な薄膜を高速形成する技術の開発を行っています。写真は、シリコンの低温・高速成膜の一例です。このように、100℃という低温でも結晶性のシリコン（微結晶シリコン）薄膜を高速形成できるため、耐熱性の低いプラスチックフィルムを基板として用いることができます。フレキシブルディスプレイやフィルム型センサ等への応用を目指しています。（左図：ラマン散乱スペクトル, 波数520cm-1のピークが結晶Siに対応）
- 3. 大気圧プラズマ化学輸送プロセス（APECT）の開発
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- APECTによる太陽電池用Si薄膜の形成
- 希ガス希釈APECT法によるSi選択エピ技術の開発
- IV族混晶・化合物薄膜（Si1-xGex，SiC）の形成とその応用
- CNT (Carbon nanotube) の形成
- 地球温暖化ガスを用いないドライエッチング・低誘電率膜形成技術
大気圧プラズマ化学輸送法とは、一切の原料ガス（例えばSiH4、B2H6、GeH4、CF4など）を用いず、安全で扱いやすい固体原料を利用して、成膜・エッチングを可能にする大気圧プラズマ技術です。本技術を利用して多結晶Si、SiGe、SiCなど、薄膜太陽電池への応用が期待される機能材料薄膜の高効率形成、さらには地球温暖化ガスを用いないエッチング法の確立を目指した研究を行っています。図は、本手法で形成した選択成長Si膜(a)(b)、さらにはカーボンナノファイバー(c)を電子顕微鏡により観察したものです。-
(a)
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(b)
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(c)
- 4. ミスト混合大気圧プラズマのバイオ・アグリプロセス応用
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- 大気圧ミストプラズマによる滅菌法の開発
「大気圧」と「プラズマ」：それぞれが持つ特性を利用して、医療、食品、農産業で必要とされる表面処理技術の開発を行っています。図は、開発している常温滅菌の一例を示しており、液体原料（水）をミスト状（微小液滴）にしてプラズマ中へ供給し、プラズマ中で生成される反応性分子を、生菌に照射した際に、菌（枯草菌）の形態が変化していく様子を示しています。
- 5. 成膜用基板表面の改質
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- ナノGe結晶を用いたガラス基板の核形成点制御
- 触媒金属材料の選択成長技術の開発
- 薄膜が成長する様式は、基板表面の状態に依存するため、基板表面を改質・制御することで、優れた特性をもつ薄膜材料を形成することが可能になります。図は、ガラス基板表面にシリコン結晶成長の核となるゲルマニウムナノ結晶を作製した例を示しています。ゲルマニウム結晶の直径と密度の制御には、新開発した酸素エッチングプロセスを用いています。
- 6. 炭素繊維強化プラスチックの高品位ソフト加工法の開発
- こちらの研究・開発については、JKAの補助を受けて実施しております。→詳しい内容についてはこちらをクリックしてください。
