Development of 3D nanostructured zinc oxide thin film formation technology with plasma assisted process using microdroplets

使用微滴等离子辅助工艺开发 3D 纳米结构氧化锌薄膜形成技术

• 批准号: 21K04711
• 负责人: 竹中 弘祐
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04711/
• 关键词: ミストCVD; 酸化亜鉛; ガスセンサ; プラズマ支援プロセス; ガスセンサー

本研究では酸化物半導体材料の新しい表面微細構造形成プロセス技術として、酸化物半導体材料の表界面領域の物理的・化学的特性付与によって発現した機能によりデバイス特性を大きく向上させた革新的な半導体デバイス創製にブレークスルーをもたらす技術開発を念頭に、プラズマの高密度・高活性な反応場の能動制御と気相・液相界面反応の精密制御より、デバイス応用に最適な結晶構造・組成を有し、なおかつ比表面積が極大になる薄膜構造を有する高品質酸化亜鉛薄膜形成を実現に向けて、１）マイクロプラズマ支援による単一微小液滴をテンプレートとした比表面積の増大にむけた酸化亜鉛中空微粒子形成の実現と、２）酸化亜鉛中空微粒子を用いた３次元ナノ構造酸化亜鉛薄膜形成技術の開発とその構造制御技術の確立を目的に、以下の研究を行った。反応性に関わる粒子種(ラジカル)および粒子密度の変化を調べるために真空紫外吸収分光装置の構築に取り組んだ。真空紫外光源、および真空紫外光が測定可能な分光装置を設置し、大気圧中でのマイクロプラズマの微小な吸収を捉えるために、吸収長を放電領域に合わせるための最適化を進めた。これと同時にプラズマ中の液滴の振る舞いを調べるために、マイクロプラズマ中の液滴の数値計算を行い、プラズマ中の液滴の蒸発の状態を調べた。これらの結果から、プラズマ中での液滴から酸化亜鉛微粒子形成に、液滴の蒸発と液滴から供給される蒸気に起因したプラズマ中で生成されるラジカルによって、微粒子の形成および微粒子の材料としての品質に影響を与えていることを示唆する結果を得た。

在这项研究中，我们将开发一种创新的半导体器件，通过赋予氧化物半导体材料的表面和界面区域物理和化学特性而开发的功能，显着改善器件特性，目标是开发能够在制造、活性方面取得突破的技术。对等离子体高密度、高活性反应场的控制以及对气液界面反应的精确控制使其成为器件应用的理想选择。为了实现具有使比表面积最大化的晶体结构和组成的薄膜结构的高质量氧化锌薄膜的形成，1)使用单个微滴作为比表面积的微等离子体辅助开发进行以下研究的目的是实现中空微细氧化锌颗粒的形成以增加氧化锌的尺寸，以及2)开发利用中空微细氧化锌形成三维纳米结构氧化锌薄膜的技术粒子，并建立控制其结构的技术。我们构建了真空紫外吸收光谱仪来研究与反应性相关的粒子种类（自由基）和粒子密度的变化。我们安装了真空紫外光源和能够测量真空紫外光的光谱仪，并进行了优化，使吸收长度与放电区域相匹配，以捕获大气压下微等离子体的微小吸收。同时，为了研究液滴在等离子体中的行为，我们对微等离子体中的液滴进行了数值计算，并研究了液滴在等离子体中的蒸发状态。这些结果表明，氧化锌微粒是由等离子体中的液滴形成的，并且由于液滴蒸发和从液滴供给的蒸气而在等离子体中产生的自由基导致微粒的形成，并作为微粒的材料。表明产品质量受到影响。

项目成果

プラズマ支援反応性プロセスを用いた機能性薄膜の低温形成

使用等离子体辅助反应工艺低温形成功能薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹中 弘祐，都甲 将，内田 儀一郎，江部 明徳;節原 裕一
• 通讯作者: 節原 裕一

反応性プラズマプロセスによる酸化物半導体薄膜形成

通过反应等离子体工艺形成氧化物半导体薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Takenaka;S. Toko and Y. Setsuhara;竹中 弘祐，都甲 将，節原 裕一
• 通讯作者: 竹中 弘祐，都甲 将，節原 裕一

Plasma-assisted reactive processes for low-temperature formation of functional materials

用于低温形成功能材料的等离子体辅助反应过程

• 发表时间: 2021
• 作者: Kosuke Takenaka;Yuji Hayashi;Hibiki Komatsu;Susumu Toko;Giichiro Uchida;Akinori Ebe;Yuichi Setsuhara
• 通讯作者: Yuichi Setsuhara

プラズマ支援ミストCVDによる３次元ナノ構造酸化亜鉛薄膜形成に向けたプラズマ中の液滴蒸発挙動の解析

等离子体辅助雾气CVD形成三维纳米结构氧化锌薄膜的液滴蒸发行为分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Kosuke Takenaka;Susumu Toko and Yuichi Setsuhara;竹中 弘祐，都甲 将，節原 裕一
• 通讯作者: 竹中 弘祐，都甲 将，節原 裕一

Droplet-Vaporization Behavior Analysis in Plasma for Fabrication of 3D Nanostructured Zinc Oxide Thin Films by Plasma-assisted Mist CVD

等离子体辅助雾气 CVD 制造 3D 纳米结构氧化锌薄膜的液滴蒸发行为分析

• 发表时间: 2023
• 作者: Kosuke Takenaka;Susumu Toko and Yuichi Setsuhara
• 通讯作者: Susumu Toko and Yuichi Setsuhara