パルス変調ICPと固体の化学的相互作用を活用したセラミックス材料の高機能化

利用脉冲调制 ICP 和固体之间的化学相互作用提高陶瓷材料的功能

• 批准号: 14658135
• 负责人: 石垣 隆正
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14658135/
• 关键词: 酸化亜鉛; 紫外発光体; 水素ドーピング; 高周波熱プラズマ; パルス変調発生; プラズマプロセッシング

研究代表者らが新しく開発したパルス変調高周波熱プラズマ〔PM-ICP〕は、従来にない特異な反応場を提供する。PM-ICPの重要な特徴として、通常高温熱源として利用される熱プラズマの化学的側面が顕在化されることが見いだされた。すなわち、水素ラジカルのように高化学活性な化学種を高濃度に発生するプラズマ源として働く。このプラズマ源を材料プロセスに応用する第一歩として、酸化亜鉛セラミックスへのプラズマ処理を行い、プラズマ特性と酸化亜鉛の発光特性の関係を調べ、高効率紫外発光デバイスへの応用に資することをめざした。14年度の研究で、酸化亜鉛中への数十ppmの水素溶解が高効率紫外発光と関係することを見いだした。本年度は、水素ドーピング機構の解明をめざした。そのために、格子欠陥の種類が異なる数種の試料を準備して、水素プラズマ照射処理を行い、発光との関連をしらべた。その結果、水素が酸化亜鉛中に溶解するときには電子を放出すること、さらに、酸化亜鉛中に電子を受け取れる格子欠陥があるときのみ、格子中に水素が溶解し格子欠陥が補償されてバンド端発光である波長約380nmの紫外発光が発現することがわかった。さらに、プラズマの化学組成を変化させて、プラズマから酸化亜鉛試料への熱伝導を制御することにより、緩やかな試料加熱が水素のドーピングにちょうどいいエネルギーを与え、試料の温度上昇による水素脱離を抑制して水素溶解が最適化されることも見いだした。

New research representatives ら が し く open 発 し た パ ル ス - adjustable high frequency hot プ ラ ズ マ (PM - ICP) は, 従 に な い を provide specific な anti 応 field す る. PM and ICP の important な 徴 と し て, usually high temperature heat source と し て using さ れ る hot プ ラ ズ マ の chemical profile が 顕 in turn さ れ る こ と が see い だ さ れ た. す な わ ち, water element ラ ジ カ ル の よ う に Gao Huaxue な chemical active kind of を high-concentration に 発 raw す る プ ラ ズ マ source と し て 働 く. こ の プ ラ ズ マ source を material プ ロ セ ス に 応 with す る first step と し て, acidification 亜 lead セ ラ ミ ッ ク ス へ の プ ラ ズ マ 処 を line い, プ ラ ズ マ features と acidification 亜 lead の 発 light feature の masato is を べ, high rate of unseen ultraviolet light 発 デ バ イ ス へ の 応 using に す る こ と を め ざ し た. 14 year の research で, acidification 亜 lead へ の tens of PPM の water element dissolved が high working rate ultraviolet light 発 と masato is す る こ と を see い だ し た. This year, the ド, ド, ピ, グ and グ institutions have explained that をめざ and た. Owe 陥 そ の た め に, grid の kinds が different な る several の sample を prepare し て, water element プ ラ ズ を line い 処 マ exposure and 発 light と の masato even を し ら べ た. そ の results, water element が acidification 亜 lead す に dissolve る と き に は electronic を release す る こ と, さ ら に, acidification 亜 lead in に を electron け take れ る grid owe 陥 が あ る と き の み が dissolve し に water in grid and grid owe 陥 が compensation さ れ て バ ン ド end 発 light で あ る about 380 nm wavelength の ultraviolet light 発 が 発 now す る こ と が わ か っ た. さ ら に, プ ラ ズ マ の chemical composition を variations change さ せ て, プ ラ ズ マ か ら acidification 亜 lead sample へ の hot 伝 guide を suppression す る こ と に よ り, slow や か な が water sample heating element の ド ー ピ ン グ に ち ょ う ど い い エ ネ ル ギ ー を and え, sample の temperature rise に よ る water element from を inhibit し て optimal water element dissolved が さ れ る こ と も see い だ し た.

项目成果

K.C.Paul, 石垣隆正, J.Mostaghimi, 作田忠裕: "Nonequilibrated Situations of Pulse Modulated Ar-H_2 and Ar-N_2 Themal Plasmas at Atmospheric Pressure"Journal of Applied Physics. (印刷中).

K.C.Paul、Takamasa Ishigaki、J.Mostaghimi、Tadahiro Sakuta：“大气压下脉冲调制 Ar-H_2 和 Ar-N_2 热等离子体的非平衡情况”应用物理学杂志（正在出版）。

大橋直樹, 石垣隆正, 関口隆史, 坂口勲, 羽田肇: "Passivation of Defects in ZnO by Hydrogen Plasma Irradiation"Mater.Res.Soc.Sympo.Proc.. 744巻. M5.3.1-M5.3.6 (2003)

Naoki Ohashi、Takamasa Ishigaki、Takashi Sekiguchi、Isao Sakaguchi、Hajime Hada：“氢等离子体辐照对 ZnO 中缺陷的钝化”Mater.Res.Soc.Sympo.Proc.. Vol. 744. M5.3.1-M5.3.6 (2003) ）

大橋直樹, 石垣隆正, 岡田展宏, 田口広之, 菱田俊一, 坂口勲ら: "Passivation of active recombination centers in ZnO by hydrogen doping"Journal of Applied Physics. 93巻10号. 6386-6392 (2003)

Naoki Ohashi、Takamasa Ishigaki、Nobuhiro Okada、Hiroyuki Taguchi、Shunichi Hishida、Isao Sakaguchi 等人：“氢掺杂对 ZnO 中活性复合中心的钝化”，《应用物理学杂志》，第 93 卷，第 10 期，第 6386-6392 期。 2003）

K.C.Paul, 石垣隆正, J.Mostaghimi, 作田忠裕: "Nonequilibrated Situations of Pulse Modulated Ar-H_2 and Ar-N_2 Thermal Plasmas at Atmospheric Pressure"Journal of Applied Physics. 93巻11号. 8867-8875 (2003)

K.C.Paul、Takamasa Ishigaki、J.Mostaghimi、Tadahiro Sakuta：“大气压下脉冲调制 Ar-H_2 和 Ar-N_2 热等离子体的非平衡情况”《应用物理学杂志》第 93 卷，第 11 期。8867-8875（2003 年） ）

石垣隆正, 大橋直樹, 羽田肇, 作田忠裕: "パルス変調高周波誘導プラズマの発生と材料プロセスへの応用"材料の科学と工学. 40巻1号. 2-6 (2003)

Takamasa Ishigaki、Naoki Ohashi、Hajime Hada、Tadahiro Sakuta：“脉冲调制高频感应等离子体的产生及其在材料过程中的应用”《材料科学与工程》第 40 卷，第 1. 2-6 期（2003 年）。