大気圧プラズマを用いた硬脆難加工材料のナノ製造プロセスの開発

常压等离子体硬脆材料纳米制造工艺开发

基本信息

批准号：
19J20167
负责人：
SUN RONGYAN
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

AlNセラミックスは高硬度、電気絶縁性、高熱伝導率などの特性を有することから、ヒートシンクやマイクロエレクトロニクスデバイス作製用の基板に適している。AlNはGaNと近い格子定数と熱膨張係数を有するため、GaNのエピタキシャル成長用基板として期待されている。しかしながら、AlNセラミックスは焼結体材料であるため、従来の機械的な加工プロセスを適用した場合、AlN粒子間の結合強度が弱いため、表面から粒子が脱落する「脱粒」という現象が生じやすい。実際、加工後の表面には、脱粒により形成されたと推測されるピットが数多く存在し、高品質な平滑表面が得られていない。脱粒を防ぐために極低研磨圧力が不可欠だが、従来の機械研磨は極低研磨圧力下で殆ど進行できない。これらの問題を解決するため、当該研究グループはプラズマ援用研磨法(Plasma-assisted polishing: PAP)の適用を提案している。PAPにおいては、プラズマにより生成した反応ラジカルの照射により高硬度な表面を改質して軟質化する。つぎに、軟質砥粒や極低研磨圧力条件を用いて、軟質化した表面層のみを除去することで、スクラッチ痕や脱粒ピットが無い表面が高能率に得られる。前年度に、私はビトリファイドボンド砥石とCF4を含有するプラズマを用いたプラズマ援用研磨を適用することで、従来の機械研磨プロセスでは研磨できない極低研磨圧力条件下でも研磨が進行し、脱粒フリーな高品位焼結AlN表面を得たが、研磨メカニズムはまだ不明である。プラズマ援用研磨法における研磨メカニズムを解明するため、CF4プラズマ照射前後の焼結AlN基板とダイヤモンド砥粒との吸着力の変化をフォースカーブで評価した。CF4プラズマ照射により、AlN基板とダイヤモンド砥粒との吸着力は約3倍増加した。これは極低研磨圧力下でPAPも進行できる理由の一つだと考えられる。

ALN陶瓷具有高硬度，电绝缘和高热电导率等特征，因此它们适用于散热器和制造微电子设备的底物。 ALN具有接近GAN的网格常数和热膨胀系数，因此预计将是GAN外延生长底物。但是，由于ALN陶瓷是烧结的材料，因此应用常规的机械处理过程，Aln颗粒之间的结合强度很弱，因此“去除”现象从表面掉落了发生。实际上，在处理后，由于表面上的去除而形成了许多凹坑，并且没有获得高质量的平滑表面。极低的压力是必不可少的，以防止去除，但是在极端低的抛光压力下，传统的抛光几乎无法进行。为了解决这些问题，研究小组提出了血浆辅助抛光（PAP）的应用。在PAP中，高度硬表面通过血浆产生的反应的辐射来修饰和软化。接下来，通过仅使用软砂颗粒或非常低的生长压力条件去除软化的表面层，以高效率获得没有划痕或凹坑清除坑的表面。在上一个财政年度，我使用Vitrafide Bond磨砂器和含有CF4的等离子体应用了等离子的抛光，因此即使在极端低的压力条件下进行抛光也可以通过传统的机械抛光过程和谷物进行抛光，并进行抛光。 - 无谷物。为了阐明血浆支持抛光方法中的抛光机制，通过力曲线评估了CF4血浆照射和钻石磨料粒之间吸附功率的变化。 CF4血浆辐照增加了ALN底物和钻石磨料之间的吸附功率大约两倍。这被认为是PAP在极低的抛光压力下进行的原因之一。

项目成果

期刊论文数量（22）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ビトリファイドボンド砥石とフッ素系プラズマを用いたドレスフリー研磨法の開発

使用陶瓷结合剂磨石和氟基等离子体的免修整抛光方法的开发

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
R. Ishikawa;M. Hara;H. Tanaka;M. Kaneko;and T. Kimoto;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也
通讯作者：
孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也

Novel highly-efficient and dress-free polishing technique with plasma-assisted surface modification and dressing

新型高效免修整抛光技术，采用等离子体辅助表面改性和修整

DOI：
10.1016/j.precisioneng.2021.05.003
发表时间：
2021
期刊：
Precision Engineering
影响因子：
0
作者：
Sun Rongyan;Nozoe Atsunori;Nagahashi Junji;Arima Kenta;Kawai Kentaro;Yamamura Kazuya
通讯作者：
Yamamura Kazuya

アルゴンベースの大気圧プラズマ処理方法及び大気圧プラズマ化学気相加工方法

氩基常压等离子体处理方法及常压等离子体化学气相处理方法

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

High-quality plasma-assisted polishing of aluminum nitride ceramic

DOI：
10.1016/j.cirp.2020.04.096
发表时间：
2020
期刊：
CIRP Annals
影响因子：
0
作者：
Rongyan Sun;Xu Yang;Kenta Arima;K. Kawai;K. Yamamura
通讯作者：
Rongyan Sun;Xu Yang;Kenta Arima;K. Kawai;K. Yamamura

プラズマ援用研磨法の開発（第21報）－ビトリファイドボンド砥石を用いたドレスフリー研磨法の開発－

等离子辅助研磨方法的开发（第21次报告） - 使用陶瓷结合剂砂轮的免修整研磨方法的开发 -

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
R. Sun;T. Tao;K. Kawai;K. Arima;K. Yamamura;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也;孫栄硯，川合健太郎，有馬健太，山村和也，永橋潤司，野副厚訓
通讯作者：
孫栄硯，川合健太郎，有馬健太，山村和也，永橋潤司，野副厚訓