大気圧プラズマを用いた硬脆難加工材料のナノ製造プロセスの開発

常压等离子体硬脆材料纳米制造工艺开发

• 批准号: 19J20167
• 负责人: SUN RONGYAN
• 金额: $ 2.18万
• 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: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20167/
• 关键词: プラズマ援用研磨法（PAP）; 吸着力; ビトリファイド砥石; ドレスフリー研磨法; プラズマCVM; エタノール添加; 安定なグロー放電; 反応生成物再堆積

AlNセラミックスは高硬度、電気絶縁性、高熱伝導率などの特性を有することから、ヒートシンクやマイクロエレクトロニクスデバイス作製用の基板に適している。AlNはGaNと近い格子定数と熱膨張係数を有するため、GaNのエピタキシャル成長用基板として期待されている。しかしながら、AlNセラミックスは焼結体材料であるため、従来の機械的な加工プロセスを適用した場合、AlN粒子間の結合強度が弱いため、表面から粒子が脱落する「脱粒」という現象が生じやすい。実際、加工後の表面には、脱粒により形成されたと推測されるピットが数多く存在し、高品質な平滑表面が得られていない。脱粒を防ぐために極低研磨圧力が不可欠だが、従来の機械研磨は極低研磨圧力下で殆ど進行できない。これらの問題を解決するため、当該研究グループはプラズマ援用研磨法(Plasma-assisted polishing: PAP)の適用を提案している。PAPにおいては、プラズマにより生成した反応ラジカルの照射により高硬度な表面を改質して軟質化する。つぎに、軟質砥粒や極低研磨圧力条件を用いて、軟質化した表面層のみを除去することで、スクラッチ痕や脱粒ピットが無い表面が高能率に得られる。前年度に、私はビトリファイドボンド砥石とCF4を含有するプラズマを用いたプラズマ援用研磨を適用することで、従来の機械研磨プロセスでは研磨できない極低研磨圧力条件下でも研磨が進行し、脱粒フリーな高品位焼結AlN表面を得たが、研磨メカニズムはまだ不明である。プラズマ援用研磨法における研磨メカニズムを解明するため、CF4プラズマ照射前後の焼結AlN基板とダイヤモンド砥粒との吸着力の変化をフォースカーブで評価した。CF4プラズマ照射により、AlN基板とダイヤモンド砥粒との吸着力は約3倍増加した。これは極低研磨圧力下でPAPも進行できる理由の一つだと考えられる。

AlN has the characteristics of high hardness, electrical insulation and high thermal conductivity, and is suitable for substrate manufacturing. AlN is a substrate for GaN growth with constant lattice number and thermal expansion coefficient. When AlN particles are sintered, the bonding strength between AlN particles is weak, and the particles on the surface fall off. In fact, after processing, the surface is not formed, and it is estimated that there are many high quality smooth surfaces. Threshing can be carried out under extremely low grinding pressure. This problem is solved by applying Plasma-assisted Polishing (PAP) to the study. The surface of PAP is modified and softened by irradiation. In addition, soft abrasive grains and extremely low grinding pressure conditions are used to remove the softness of the surface layer. As a result, the smooth surface and high efficiency of the threshing blade are achieved. In the past year, the grinding process was carried out under extremely low grinding pressure conditions, and the grinding process was carried out under extremely low grinding pressure conditions. Sintered AlN substrates before and after irradiation were evaluated for the change in absorption force of abrasive particles by grinding method. The absorption force of CF4 particles under irradiation and AlN substrate is increased by about 3 times. The reason for this is that the PAP is carried out under extremely low grinding pressure.

项目成果

ビトリファイドボンド砥石とフッ素系プラズマを用いたドレスフリー研磨法の開発

使用陶瓷结合剂磨石和氟基等离子体的免修整抛光方法的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Ishikawa;M. Hara;H. Tanaka;M. Kaneko;and T. Kimoto;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也
• 通讯作者: 孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也

Novel highly-efficient and dress-free polishing technique with plasma-assisted surface modification and dressing

新型高效免修整抛光技术，采用等离子体辅助表面改性和修整

• DOI: 10.1016/j.precisioneng.2021.05.003
• 发表时间: 2021
• 期刊: Precision Engineering
• 作者: Sun Rongyan;Nozoe Atsunori;Nagahashi Junji;Arima Kenta;Kawai Kentaro;Yamamura Kazuya
• 通讯作者: Yamamura Kazuya

アルゴンベースの大気圧プラズマ処理方法及び大気圧プラズマ化学気相加工方法

氩基常压等离子体处理方法及常压等离子体化学气相处理方法

• 发表时间: 2020

プラズマCVMによる多成分材料の高精度加工に関する研究（第3報） －反応焼結SiC材の加工における反応生成堆積物の影響－

利用等离子体CVM进行多组分材料高精度加工的研究（第三次报告） - 反应产物沉积对反应烧结SiC材料加工的影响 -

• 发表时间: 2019
• 作者: 孫栄硯;川合健太郎;有馬健太;大久保雄司;山村和也
• 通讯作者: 山村和也

プラズマ援用研磨法の開発（第21報）－ビトリファイドボンド砥石を用いたドレスフリー研磨法の開発－

等离子辅助研磨方法的开发（第21次报告） - 使用陶瓷结合剂砂轮的免修整研磨方法的开发 -

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Sun;T. Tao;K. Kawai;K. Arima;K. Yamamura;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也;孫栄硯，陶通，川合健太郎，有馬健太，山村和也;孫栄硯，川合健太郎，有馬健太，山村和也，永橋潤司， 野副厚訓
• 通讯作者: 孫栄硯，川合健太郎，有馬健太，山村和也，永橋潤司， 野副厚訓