プラズマCVDを用いた低応力・高密度カーボンナノコンポジット膜の高速製膜法の創成

使用等离子体CVD创建低应力、高密度碳纳米复合材料薄膜的高速薄膜生产方法

基本信息

批准号：
20J13122
负责人：
HWANG SUNG HWA
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究期間2年目に当たる2021年度は、プラズマCVDを用いた低応力・高密度カーボンナノコンポジット膜の統合製膜システム構築に着手した。まず、容量結合型プラズマCVD法を用いたa-C:H製膜方式を検討した。放電電極に基板を置いたカソードカップリングが、接地電極に基板を置いたアノードカップリングよりも、高密度a-C:H膜の高速堆積に有利であることを明らかにした。次に、容量結合型プラズマCVDで生成したCNPサイズのガス流速依存性を明らかにした。上記の知見を基に、2つのプラズマ源を備えたプラズマCVD装置を用いてa-C:H/CNP/a-C:Hサンドイッチ構造のCNPコンポジットa-C:H膜を作製した。ナノ粒子堆積のないa-C:H膜（密度1.88 g/cm3、膜厚300 nm）の圧縮応力は1.59 GPaであるのに対して、CNPカバレッジ（Cp）8.9 %で1.02 GPa（35.8 %減少）まで減少した。この結果は、大面積・高速製膜に適したプラズマCVDでもCNPコンポジットa-C:H膜により応力低減が可能であることを示した。ここまで実証したa-C:H/CNP/a-C:Hサンドイッチ構造のCNPコンポジットa-C:H膜による応力低減のメカニズム解明に向け、Cp= 8.9 %における膜ストレスの第３層のa-C:H膜厚依存性を評価した。第３層a-C:H膜厚が約50nm以下では、CNPなしの場合と同じストレスを示したが、50nm以上からストレス低減が起き、膜厚増加に対するストレス増加率がCNP無しに比べて低くなることを明らかにした。Cp＝8.9%におけるCNPの堆積状況観察から、堆積したCNPは5nm以下の小サイズCNPと5-30nmのサイズ範囲にある大サイズCNPに分かれており、大サイズCNPの粒子間平均距離dc=50nmとストレス低減開始膜厚が一致することを明らかにした。

2021年，即研究期的第二年，我们开始利用等离子体CVD构建低应力、高密度碳纳米复合材料薄膜的集成薄膜生产系统。首先，我们研究了使用电容耦合等离子体CVD的a-C:H膜形成方法。我们发现，将基板放置在放电电极上的阴极耦合比将基板放置在接地电极上的阳极耦合更有利于高密度a-C:H薄膜的快速沉积。接下来，我们阐明了电容耦合等离子体 CVD 生成的 CNP 尺寸的气体流量依赖性。基于上述发现，使用配备有两个等离子体源的等离子体CVD装置制备了具有a-C:H/CNP/a-C:H夹层结构的CNP复合a-C:H膜。没有纳米粒子沉积的a-C:H薄膜（密度1.88 g/cm3，薄膜厚度300 nm）的压应力为1.59 GPa，而当CNP覆盖率（Cp）为8.9 %时，压缩应力高达1.02 GPa（减少35.8 %）。减少了。该结果表明，即使在等离子体CVD中，CNP复合a-C:H膜也可以降低应力，适合大面积、高速成膜。为了阐明迄今为止所展示的具有a-C:H/CNP/a-C:H夹层结构的CNP复合a-C:H薄膜的应力降低机制，我们研究了薄膜应力对第三层a-C:H薄膜厚度的依赖性评估 Cp = 8.9%。当第三层a-C:H膜厚约为50nm以下时，应力与没有CNP时相同，但从50nm以上开始发生应力减少，并且相对于膜厚增加的应力增加率低于没有CNP透露。观察Cp=8.9%时的CNP沉积情况，沉积的CNP分为5 nm以下的小尺寸CNP和5~30 nm尺寸范围的大尺寸CNP，颗粒间平均距离为大尺寸的CNP为dc=50nm，可知应力降低开始时的膜厚与膜厚一致。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

マルチホロー放電プラズマ CVDを用いて作製したカーボンナノ粒子輸送量に対する電極基板間距離の効果

电极-基底距离对多空心放电等离子体CVD生产的碳纳米粒子传输量的影响

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
古閑一憲;　S. H. Hwang;　奥村賢直;　Y. Hao;　山下大輔;　松尾かよ;　板垣奈穂;　鎌滝晋礼;　白谷正治
通讯作者：
　白谷正治

Time of Flight Size Control of Carbon Nanoparticles Using Ar+CH4 Multi-Hollow Discharge Plasma Chemical Vapor Deposition Method

Ar CH4 多空心放电等离子体化学气相沉积法控制碳纳米粒子的飞行时间尺寸

DOI：
10.3390/pr9010002
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
3.5
作者：
Hwang Sung Hwa;Koga Kazunori;Hao Yuan;Attri Pankaj;Okumura Takamasa;Kamataki Kunihiro;Itagaki Naho;Shiratani Masaharu;Oh Jun;Takabayashi Susumu;Nakatani Tatsuyuki
通讯作者：
Nakatani Tatsuyuki

Transport of Nanoparticles in Afterglow Region Using Multi-Hollow Discharge Plasma CVD

使用多空心放电等离子体 CVD 在余辉区域传输纳米颗粒