酸化グラフェンを触媒として用いた新規半導体表面加工技術の開発

以氧化石墨烯为催化剂开发新型半导体表面加工技术

• 批准号: 20J20411
• 负责人: 窪田 航
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kyoto 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 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20411/
• 关键词: 酸化グラフェン; 半導体加工; アシストエッチング; 触媒; シリコン; 活性点; 反応速度論

半導体表面微細加工技術の一つとして貴金属や炭素材料を触媒として用いたアシストエッチングが注目されている．触媒を担持した半導体基板を酸化剤を含むエッチング液に浸漬すると，触媒が酸化剤還元反応を促進することで触媒直下における半導体材料の酸化溶解が優先的に進行する．当研究室では触媒材料として，酸化剤還元反応に対して触媒活性である酸化グラフェン(GO:Graphene Oxide)を用いたSiアシストエッチングおよびその反応機構を報告してきた．本研究では新たにInPへのGOアシストエッチング適用を試みた．まず，InPのGOアシストエッチングにおける溶液種依存性を調査したところ，溶液に用いる酸によってアシストエッチング挙動が異なることが示された．そこで，エッチング後の試料表面を分析したところ，表面の酸化膜の有無がエッチング挙動に影響していることが示唆された．この結果は使用する溶液のInP表面に形成された酸化物の溶解度の違いがアシストエッチングにおける律速過程を支配していることが示唆された．溶液の酸化膜溶解度が高く，GOが触媒として機能する酸化剤還元が律速過程である場合は，GO直下の優先的なエッチングが進行する．一方で，溶液の酸化膜に対する溶解度が低く，酸化膜溶解が律速過程である場合はGOが酸化膜溶解を促進することはできずに物質拡散を阻害することでGOがエッチング反応を阻害し，マスクとして機能した．さらに，InPのアシストエッチングにおける酸化剤種の影響について検討を行い，使用する酸化剤によってもアシストエッチング挙動の違いが生じることが示された．GOアシストエッチングにおいてはGO上での酸化剤還元反応速度が対反応であるGO直下のInP酸化溶解反応速度と対応している．GOの酸化剤還元反応に対する触媒活性の違いがGO直下のInP酸化溶解反応速度に影響したことが示唆された．

Semiconductor surface micromachining technology is used for precious metals and carbon materials as catalysts and catalysts. The catalyst is used to hold the semiconductor substrate and the acidifying agent is impregnated with the acidic liquid, and the catalyst is acidified. The element reaction catalyst promotes the acidification and dissolution of the semiconductor material directly, and the acidification and dissolution of the semiconductor material is carried out preferentially. When the laboratory develops catalytic materials, the acidifying agent is reduced to the catalytic activity of the acidifying agent (GO: Graphene Oxide) is used as a report by the Anti-Response Agency. This study is based on the application of the new InPへのGO system.まず，InPのGOアシストエッチングにおけるSurvey of species dependence したところ, the solution is made of いる acid によってアシストエッチング挙动がisoなることが Show された. Analysis of the surface of the sample after the test The presence or absence of the chemical film is affected by the influence of the chemical film. The result is that the InP surface of the InP solution is used and the solubility of the acid compound is formed.がアシストエッチングにおけるtempo processをcontrolしていることがshows instigationされた. The solubility of the acidified membrane of the solution is high, the function of the catalyst of GO is the speed of the acidification and reduction process, and the direct flow of GO is the priority of the process. On the one hand, the solubility of the acidified film in the solution is low, and the dissolution of the acidified film is a rapid process, and the dissolution of the acidified film in the solution is accelerated when the acidified film is dissolved. The material is dispersed and hindered.さらに，InPのアシストエッチングにおけるAcidification of the species のeffect について検を行い, Use the する acidified によってもアシストエッチング挙动のvioli いが生じることがshow された. GO アシストエッチングにおいては GO acidifying agent reduction reaction speedが対応であるGO straight down InP acidification dissolution reaction speed と対応している． The catalytic activity of GO's acidification agent is reduced and the reaction rate is affected by the acidification and dissolution of GO directly.

项目成果

フッ硝酸を用いた酸化グラフェンアシストシリコンエッチング

使用氟硝酸的氧化石墨烯辅助硅蚀刻

• 发表时间: 2021
• 作者: 上田恭介;上田隆統志;成島尚之;真部研吾;窪田 航，島川 紘，宇都宮 徹，一井 崇，杉村 博之
• 通讯作者: 窪田 航，島川 紘，宇都宮 徹，一井 崇，杉村 博之

気相中酸化グラフェンアシストシリコンエッチング

氧化石墨烯辅助硅气相蚀刻

• 发表时间: 2021
• 作者: 真部 研吾;中野 美紀;三宅 晃司;則包 恭央;小畠秀和，隼瀬俊介，後藤琢也，小澤俊平，白鳥英，杉岡健一;窪田 航，宇都宮 徹，一井 崇，杉村 博之
• 通讯作者: 窪田 航，宇都宮 徹，一井 崇，杉村 博之

酸化グラフェンアシストシリコンエッチングにおける反応活性点

氧化石墨烯辅助硅蚀刻中的反应活性位点

• 发表时间: 2020
• 作者: Asuka Yamaguchi;Ippei Yamamoto;Yoshihiro Nakamura;Yumiko Harigane;Hanaya Okuda;村上友哉;窪田 航
• 通讯作者: 窪田 航

気相法によるマイクロパターン酸化グラフェンアシストシリコンエッチング

气相法微图案化氧化石墨烯辅助硅蚀刻

• 发表时间: 2023
• 作者: Wang Qian;Ma Ninshu;Luo Xiao-Tao;Li Chang-Jiu;小澤隆弘，近藤光，内藤牧男;上田 純平;山内祥弘;窪田航，山岡遼也，宇都宮徹，一井崇，杉村博之
• 通讯作者: 窪田航，山岡遼也，宇都宮徹，一井崇，杉村博之

Pattern etching of silicon assisted by graphene oxide in a vapor phase combined with micro-contact printing

氧化石墨烯气相辅助硅图案蚀刻结合微接触印刷

• 发表时间: 2022
• 作者: J. Ueda;A. Hashimoto;Y. Aoki;P. Dorenbos;S. Tanabe;Wataru Kubota; Ryoya Yamaoka; Toru Utsunomiya; Takashi Ichii; Hiroyuki Sugimura
• 通讯作者: Wataru Kubota; Ryoya Yamaoka; Toru Utsunomiya; Takashi Ichii; Hiroyuki Sugimura