大気圧ラジカル支援ミストCVDによる酸窒化亜鉛薄膜の合成とラジカル反応機序の解明

常压自由基辅助雾气CVD合成氮氧化锌薄膜并阐明自由基反应机理

基本信息

批准号：
21K03526
负责人：
竹田圭吾
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Meijo 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

项目摘要

本研究では、大気圧ラジカル源をミスト化学気相堆積（CVD）に組み合わせ、金属酸化物系薄膜の更なる低温プロセスの実現、更には高機能化薄膜の合成技術の構築を目的としている。これまでに、放電ガスとして窒素・水素混合ガスを用いたAC励起大気圧プラズマ装置をベースとしたラジカル供給装置を構築し、NHラジカルの供給量制御の可能性を見出すとともに、本装置を用いたラジカル支援ミストCVD装置の構築に成功している。またミストCVDで合成した酸化亜鉛（ZnO）膜に対し、上記のラジカル源で生成された活性種を照射することでZnO膜の膜厚減少が確認されている。以上のことを踏まえ、R4年度はミストCVDによるZnO合成時におけるラジカル支援の効果検証を更に行うとともに、その最適化を行った。まず、ラジカル源と成膜基板との距離依存性として、照射距離を10mmから15mm、20mmと変化させて成膜実験を行った結果、10mmの条件下ではある一定以上の温度でエッチング作用の増大により薄膜堆積が生じない部分が確認されたものの、照射距離を増加することでエッチング反応を抑制し、均一な薄膜の合成に成功した。これは照射距離を離したことで供給されるラジカルの種類が変化したためと考えられる。次に、照射距離20mmの下でラジカル支援の効果を検証した結果、窒素水素混合ガスを用いたラジカル源による支援を行うことで、同時間の成膜においてラジカル支援無しの約3倍、窒素ガス単体によるラジカル源の約1.5倍の膜厚が得られ、窒素水素混合ガスを用いたラジカル源による成長支援効果が高いことが確認された。また、ラジカル支援無しで成膜した薄膜と比べ、窒素ガスを用いたラジカル源による支援では欠陥割合が増加するものの、窒素水素混合ガスによる支援では欠陥割合が減少する結果が得られ、供給するラジカル種により欠陥量の制御が可能であることが示唆された。

在这项研究中，我们的目标是将常压自由基源与雾化学气相沉积（CVD）相结合，实现金属氧化物薄膜的更低温度工艺，并开发高功能薄膜的合成技术。到目前为止，我们已经构建了基于交流激励大气压等离子体装置的自由基供给装置，该装置使用氮/氢混合气体作为放电气体，发现了控制NH自由基供给量的可能性，并开发了一种系统我们已经成功构建了自由基辅助雾气CVD装置。另外，已经确认，通过雾气CVD合成的氧化锌(ZnO)膜，通过照射由上述自由基源产生的活性种，膜厚变薄。基于此，在R4年，我们进一步验证了雾气CVD合成ZnO过程中自由基支持的有效性，并对其进行了优化。首先，为了确定自由基源与成膜基板之间的距离依赖性，将照射距离从10mm变更为15mm、20mm进行成膜实验，结果发现，在一定温度以上，蚀刻效果提高。虽然确认了在10mm的条件下存在未发生薄膜沉积的部分，但增加照射距离抑制了蚀刻反应，并成功地合成了均匀的薄膜。这被认为是因为随着照射距离的增加，供给的自由基的种类发生变化。接下来，在20mm的照射距离下验证自由基负载的效果，结果发现，通过使用氮氢混合气体负载自由基源，成膜时间比没有自由基的情况增加约3倍。与单一自由基源相比，在同一成膜期间得到了大约1.5倍的膜厚，确认了使用氮氢混合气体的自由基源对于生长的支持效率高。另外，与没有自由基支撑形成的薄膜相比，使用氮气的自由基源的支撑增加了缺陷率，但是使用氮-氢混合气体的支撑降低了缺陷率。根据品种进行控制。