触媒反応を利用した純水による機能性材料の超平滑化エッチング

我々は、純水のみをエッチング液とし、白金などの触媒作用を利用した化学エッチング法（CARE（Catalyst Referred Etching）を提案しており、サファイアや水晶、SiC、GaNなどの結晶表面において、高度に規定されたステップ・テラス構造が得られることを見出している。他の研磨法に比べて、環境との調和性やクリーンルームとの整合性が高いなどの特徴がある。しかし、加工速度が十分とは言えず、加工メカニズムも詳細が明らかになっていない。本研究では、第一原理分子動力学に基づく反応シミュレーションや触媒材料の実験的な探索により、加工メカニズムの解明と加工速度の向上を目指している。今年度の計画は、①水晶およびSiCのCARE反応をモデル化し、第一原理分子動力学による加工メカニズムの解明を行う。②基礎加工装置を製作し、様々な関連パラメータと加工特性との関係を調査する。また、触媒材料の性能を系統的に評価する。特に、Ni触媒を優先的して行なう。③シミュレーションモデルとの整合性や、加工現象の直接的な理解のため、気相（水蒸気雰囲気）での加工特性を調べる、の様になっていた。これまでの実績は、①において、水晶R面の間接的な加水分解反応に沿ったシミュレーションモデルを構築し、触媒と水晶表面間の距離をパラメータにした反応障壁の評価が可能になった。②において、開発予定の基礎実験装置の設計指針に反映させるため、Ni触媒の電気化学的な製膜手順を検討した。③において、既存の真空チャンバーへの回転導入機構を構築し、雰囲気制御された空間でのCARE反応観察の準備を行なった。

我々は、純水のみをエッチング液とし、白金などの触媒作用を利用した化学エッチング法（CARE（Catalyst Referred Etching）を提案しており、サファイアや水晶、SiC、GaNなどの結晶表面において、高度に規定されたステップ・テラス構造が得られることを見出している。他の研磨法に比べて、環境との調和性やクリーンルームとの整合性が高いなどの特徴がある。しかし、加工速度が十分とは言えず、加工メカニズムも詳細が明らかになっていない。本研究では、第一原理分子動力学に基づく反応シミュレーションや触媒材料の実験的な探索により、加工メカニズムの解明と加工速度の向上を目指している。今年度の計画は、①水晶およびSiCのCARE反応をモデル化し、第一原理分子動力学による加工メカニズムの解明を行う。②基礎加工装置を製作し、様々な関連パラメータと加工特性との関係を調査する。また、触媒材料の性能を系統的に評価する。特に、Ni触媒を優先的して行なう。③シミュレーションモデルとの整合性や、加工現象の直接的な理解のため、気相（水蒸気雰囲気）での加工特性を調べる、の様になっていた。これまでの実績は、①において、水晶R面の間接的な加水分解反応に沿ったシミュレーションモデルを構築し、触媒と水晶表面間の距離をパラメータにした反応障壁の評価が可能になった。②において、開発予定の基礎実験装置の設計指針に反映させるため、Ni触媒の電気化学的な製膜手順を検討した。③において、既存の真空チャンバーへの回転導入機構を構築し、雰囲気制御された空間でのCARE反応観察の準備を行なった。