交差電磁界制御型パルスレーザデポジション法による大面積均一薄膜の作製

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本研究は,アブレーションプルーム中微粒子の外部電磁界による発生・成長・挙動の制御を目的としている。昨年度までに、以下のことを明らかにし、大まかなPLDプロセスの制御が可能であること明らかにした。1)磁界を用いたパルスレーザデポジション(PLD)法により,プラズマプルームが変化すること。2)それによってドロップレットの減少が可能であること。3)3インチ以上の大面積基板上に、不均一度2%以下の均一な薄膜が作製可能であること。本年度は、この方法の精度を向上させるため、パルスレーザデポジション法中のプラズマプルームの観測、及び発生した微粒子の挙動を観測した。また、ドロップレット、およびそのもととなるターゲットから飛び出した微粒子の帯電量変化と挙動と、プラズマ中で帯電した微粒子のシース通過中の帯電量変化を軌道制限理論を用いた計算によって検討した。その結果、以下のことが明らかになった。1)飛び出した微粒子は、そのサイズが大きいほど、壁電位がより負であるほど、シースを通過するには大きい初期運動エネルギーが必要である。2)プラズマ中での微粒子の帯電量を、微粒子をプラズマ外に取り出して測定する場合、準中性領域とイオンシース領域において帯電量は大きく変化する。また、これらの結果を用いて、様々な高品質薄膜の作製を行い、以下のことを明らかにした。1)H_2やCH_4などの可燃性ガスセンサに用いられるSnO_2薄膜やNOxガスセンサーとして注目されているWO_3薄膜の作製を試みた。この結果、PLD法により高い結晶性を持つ薄膜ガスセンサの作製に成功した。これを用いたセンサーの感度は十分に大きく、ガスセンサーとして十分利用できることがわかった。2)光触媒として用いられる2酸化チタン(TiO_2)薄膜の作製を試みた。この結果、PLD法によりアナターゼ型TiO_2薄膜の作製が可能であり光触媒反応による脱色が可能であることが判った。