触媒反応を利用した純水のみによる超精密表面加工法の開発

利用催化反应开发仅使用纯水的超精密表面加工方法

基本信息

批准号：
14J01623
负责人：
礒橋藍
金额：
$ 2.05万
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

加工能率の向上を目的とし，①反応速度自体の向上，②新規反応（表面酸化）の援用という2手法を提案した．①の達成には触媒活性に優れたNi触媒の使用が効果的であると予想される．Niの表面酸化などを原因とした触媒被毒を回避した，長期的・安定的な触媒活用手法として電解めっき技術を応用した加工雰囲気下での触媒再生機構を考案した．本手法では電極上でのNiのイオン化反応を利用し，電極電位を制御する事で触媒薄膜の形成，溶解を繰り返し行う．4H-SiC基板の加工を行った結果，従来のPt触媒を使用した系を大きく上回る加工能率を実現した．加工条件こそ異なるが，先行研究成果として報告されていたHF溶液，Pt触媒を使用した加工系に迫る加工速度であった．②に対しては，紫外光を照射することで光電気化学反応を援用し，サンプルの表面酸化を促進，加工の容易な酸化物の加工系へと変容させることで従来の純水，白金の反応系と比較し，1000倍にあたる加工能率が実現されることを明らかにした．また，加工原理の解明を目的として，重水を利用した速度論的同位体効果 (Kinetic Isotope Effect; KIE) による反応律速過程の同定実験を実施した．本加工法では加水分解をベースとした材料除去反応が進行すると考えており，重水を加工液に用いることでKIEを利用した反応機構の考察が可能であると考えた．実験の結果，重水中では，純水に比べて約2～4倍の加工速度となることを明らかにした．これは逆同位体効果と呼ばれる現象であると考察した．本加工法における材料除去反応は①水の触媒上への解離吸着過程，②プロトンの移動反応の2つの素反応から成るが，このうち，②では同位体効果が確認されるとの報告が既にある．そのため，①水の解離吸着過程における逆同位体効果が支配要因であり，①こそが反応律速過程であると結論付けた．

为了提高加工效率，我们提出了两种方法：1）提高反应速率本身，2）使用新的反应（表面氧化）。使用具有优异催化活性的Ni催化剂有望有效实现①。我们设计了一种在处理气氛中的催化剂再生机制，采用电解电镀技术作为长期稳定的催化剂利用方法，避免镍表面氧化引起的催化剂中毒。该方法利用Ni在电极上的电离反应，通过控制电极电位反复形成和溶解催化剂薄膜。通过处理 4H-SiC 基板，我们实现了远远超过使用 Pt 催化剂的传统系统的处理效率。尽管加工条件不同，但加工速度与使用 HF 溶液和 Pt 催化剂的加工系统接近，这是先前研究的结果。对于②，我们通过用紫外光照射样品，利用光电化学反应促进样品表面氧化，并将其转变为易于加工的氧化物加工系统，结果显示加工效率比反应高1000倍。系统。此外，为了阐明处理原理，我们进行了一项实验，以确定利用重水的动力学同位素效应（KIE）决定反应速率的过程。在这种处理方法中，我们相信基于水解的材料去除反应会进行，并且我们认为通过使用重水作为处理流体，可以使用 KIE 研究反应机理。实验表明，重水中的加工速度比纯水中快约 2 至 4 倍。我们认为这是一种称为反同位素效应的现象。该处理方法中的材料去除反应由两个基本反应组成：（1）水在催化剂上的解离和吸附，以及（2）质子转移反应，其中，已经有报道证实了同位素效应。 2）。因此，我们得出结论：（1）水解离和吸附过程中的反同位素效应是主导因素，（1）是反应速率决定过程。

项目成果

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Planarization of SiC and GaN Wafers by Catalyst-Referred Etching Employing a Photo-electrochemical Reaction

采用光电化学反应的催化剂参考蚀刻对 SiC 和 GaN 晶圆进行平坦化

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Isohashi;Y. Sano;and K. Yamauchi;呉彦霖;佐藤　敬志;礒橋藍
通讯作者：
礒橋藍

触媒表面基準エッチング法における白金に代わる新規触媒の検討

催化剂表面蚀刻法中替代铂的新型催化剂的研究

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Summers;D.;Y. Omura;S. Nakamura;and C. A. Kletzing;Takashi Sato;礒橋藍;Nakamura Satoko;礒橋藍
通讯作者：
礒橋藍

Planarization of 4H-SiC(0001) by Catalyst-Referred Etching Using Pure Water Etchant

使用纯水蚀刻剂通过催化剂参考蚀刻平坦化 4H-SiC(0001)

DOI：
10.1109/icpt.2014.7017297
发表时间：
2014
期刊：
014 International Conference on Planarization/CMP Technology (ICPT2014) Proceedings
影响因子：
0
作者：
A. Isohashi;Y. Sano;and K. Yamauchi
通讯作者：
and K. Yamauchi

電気化学反応を利用した4H-SiC基板に対する触媒表面基準エッチング法の開発

利用电化学反应开发 4H-SiC 衬底催化剂表面蚀刻方法