Rapid deposition of oxide semiconductor film by innovative atmospheric solution precursor spray using vortex thermal plasma flow

点击翻译按钮获取中文摘要

液相前駆体プラズマ溶射（Solution Precursor Plasma Spray; SPPS）は、液相前駆体を出発原料とするプラズマ溶射であり、減圧下で施工した場合には、従来のCVDと同様の緻密質薄膜の形成が可能であるうえ、薄膜の微細組織や組成の制御も容易である事から、機能性薄膜の高速形成プロセスとしての実用化が期待されている。しかしながら、大気圧下でのSPPSにより形成された薄膜は、強度が低く実用性に乏しいのが現状である。そこで本研究では、高強度機能性薄膜の形成が可能な大気SPPS装置の開発を目的として、上流部と下流部に設置した2台のプラズマトーチにより構成された複合トーチを有する大気SPPS装置を考案・試作し、当該装置の高強度TiO2薄膜形成能力の検証を行っている。当該装置の上流部熱プラズマでは噴霧された出発原料からのTiO2微粒子形成、下流部熱プラズマではTiO2微粒子の溶融および基板上への輸送を行うことにより、機能性、強度とも従来の機能性薄膜形成プロセス（CVD、PVD、噴霧熱分解法など）で形成されたものと同等のTiO2薄膜の高速合成を可能とする。2021年度までに、複合トーチによる高強度薄膜形成が可能であることを明らかにし、2022年度は高強度薄膜形成メカニズムに関する検証を行った。その結果、出発原料に蒸留水を混合させなかった場合には高強度薄膜が形成されなかったのに対し、出発原料に蒸留水を添加した場合は溶射距離を短くするにつれて形成された薄膜のビッカース硬さは向上した。この結果から、上流で微粒子が形成されない場合は前駆体のまま基板に到達するため、溶射距離が短い場合前駆体が熱分解されるのに対し、上流で微粒子が形成される場合は、溶射距離が短い場合基板に到達した微粒子が焼結され高強度薄膜になる事が明らかになった。