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

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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。