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。
During the study period 2 years に when た る 2021 annual は, プ ラ ズ マ CVD を with い た 応 low power, high density カ ー ボ ン ナ ノ コ ン ポ ジ ッ ト membrane の integration membrane シ ス テ ム build に to し た. Youdaoplaceholder0, volume-combined プラズ CVD method を, <s:1> たa-C:H film-making method を検 to discuss た. Discharge electrode に substrate を buy い た カ ソ ー ド カ ッ プ リ ン グ が, grounding electrode に substrate を い た ア ノ ー ド カ ッ プ リ ン グ よ り も, high-density a - C: H film の high-speed accumulation に favorable で あ る こ と を Ming ら か に し た. Time に type, capacity, combining プ ラ ズ マ CVD で generated し た CNP サ イ ズ の ガ ス velocity dependence を Ming ら か に し た. Written の knowledge を に, 2 つ の プ ラ ズ マ source を prepared え た プ ラ ズ マ CVD equipment を い て a - C: H/CNP/a - C: H サ ン ド イ ッ チ tectonic の CNP コ ン ポ ジ ッ ト a - C: H film を cropping し た. ナ ノ particle accumulation is の な い a - C: H film (1.88 g/cm3 density, film thickness of 300 nm) の 圧 shrinkage force 応 は 1.59 GPa で あ る の に し seaborne て, CNP カ バ レ ッ ジ で 1.02 GPa (Cp) 8.9% (35.8%) ま で reduce し た. は こ の results, large area, high speed, the membrane に optimum し た プ ラ ズ マ CVD で も CNP コ ン ポ ジ ッ ト a - C: H film に よ り low 応 force may reduce が で あ る こ と を shown し た. こ こ ま で card be し た a - C: H/CNP/a - C: H サ ン ド イ ッ チ tectonic の CNP コ ン ポ ジ ッ ト a - C: H film に よ る 応 force low cut の メ カ ニ ズ ム interpret に け, Cp = 8.9% に お け る membrane ス ト レ ス の layer 3 の a - C: H film thickness dependence を review 価 し た. Layer 3 a - C: H film thickness が about below 50 nm で は, CNP な し と の occasions with じ ス ト レ ス を shown し た が, more than 50 nm か ら ス ト レ ス low to decrease が き, film thickness raised に す seaborne る ス ト レ ス raised rate requirement by が CNP no し に than べ て low く な る こ と を Ming ら か に し た. Cp = 8.9% に お け る CNP の accumulation condition 観 examine か ら, bulk し た CNP は under 5 nm の small サ イ ズ CNP と 5-30 nm の サ イ ズ van 囲 に あ る big サ イ ズ CNP に points か れ て お り, big サ イ ズ CNP の particle average distance between dc 50 nm と ス ト レ ス low began to film thickness reduction が consistent す る こ と を Ming ら か Youdaoplaceholder0 た.

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）
Low-stress diamond-like carbon films containing carbon nanoparticles produced by combining rf sputtering and plasma chemical vapor deposition
射频溅射和等离子体化学气相沉积相结合制备的含有碳纳米颗粒的低应力类金刚石碳膜
  • DOI：
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    Ako Ikegami;Andrew J Moorhouse;Daisuke Kato;Koichiro Haruwaka;Hiroyuki Konishi;Daisuke Motooka;Zhongtian Guo;Hiroshi Kiyama;Junichi Nabekura;Hiroaki Wake*;Sunghwa Hwang
  • 通讯作者：
    Sunghwa Hwang
CNP 層を挿入した a-C:H 膜の応力低減に対する CNP 被覆率の効果
CNP覆盖率对插入CNP层的a-C:H薄膜应力降低的影响
  • DOI：
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    Daichi Iijima;Atsushi Kobayashi;Gen Morimoto;Masami Hasegawa;Seiya Abe & Masashi Murakami;Yoshikawa Daichi
  • 通讯作者：
    Yoshikawa Daichi
Time of Flight Size Control of Carbon Nanoparticles Using Ar+CH4 Multi-Hollow Discharge Plasma Chemical Vapor Deposition Method
  • DOI：
    10.3390/pr9010002
  • 发表时间：
    2020-12
  • 期刊：
    Processes
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    S. Hwang;K. Koga;Y. Hao;P. Attri;T. Okumura;K. Kamataki;N. Itagaki;M. Shiratani;Jun‐Seok Oh;Susumu Takabayashi;T. Nakatani
  • 通讯作者：
    S. Hwang;K. Koga;Y. Hao;P. Attri;T. Okumura;K. Kamataki;N. Itagaki;M. Shiratani;Jun‐Seok Oh;Susumu Takabayashi;T. Nakatani
プラズマ CVD におけるナノ粒子成長とプラズマ生成の関係
等离子体 CVD 中纳米颗粒生长与等离子体生成之间的关系
  • DOI：
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    吉田知晃;阿部滉平;佐々木勇輔;山本晃大;山下大輔;奥村賢直;鎌滝晋礼;板垣奈穂;古閑一憲;白谷正治
  • 通讯作者：
    白谷正治
Ar+CH4平行平板型プラズマ CVD で作製した カーボンナノ粒子サイズに対するガス圧力の効果
气压对Ar+CH4平行板等离子体CVD制备碳纳米粒子尺寸的影响
  • DOI：
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    永井瑛;千菅太一;宮永顕正;工藤史貴;江口正;古閑 一憲
  • 通讯作者：
    古閑 一憲
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