微粒子プラズマ中の波動と物質創製に関する研究

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本年度は、九州大学システム情報科学研究院電子デバイス工学部門にて、多孔質超低誘電率層間絶縁膜作製法の開発に取り組むとともに、ドイツマックスプランク研究所(G.Morfill教授のグループ)との共同研究で、強結合微粒子プラズマ中の熱伝導及び自己拡散に関する研究を行った。得られた成果の一部を投稿論文としてまとめ、国際会議及び学会にて発表を行った。以下に主な研究成果を記述する。1)プラズマCVD法を用い、比誘電率(1.5-2.5)の多孔質絶縁膜の作製に成功した。有機シリコン系の材料ガスを高周波放電により解離し、活性粒子間の気相反応によりプラズマ中でナノ微粒子を生成した。放電をパルス化することで微粒子サイズを制御し、そして放電オフ期間を利用して生成したナノ微粒子を基板上に輸送し膜形成させた。膜は構造物としてのナノ微粒子及びそれらを接着する活性粒子種から成り、ナノサイズの空孔を有していた。膜質(誘電率、強度)の最適化を目指し、基板温度を変化させ基板に到達するナノ微粒子及び活性粒子量をコントロールした。本研究の成果を踏まえ、多孔質超低誘電率層間絶縁膜作製技術を米国に特許申請した。2)微粒子プラズマの熱伝導及び自己拡散に関する研究を行った。プラズマ中にミクロンサイズの微粒子を混入し微粒子プラズマを生成した後、パワー変調(ランダム周期)したレーザーをある領域の微粒子にのみ照射することで局所加熱を行った。微粒子の熱運動を時空間的にフーリエ解析することで熱エネルギーの空間分布を測定し、熱伝導係数の算出を行った。また、微粒子の平衡点からの二乗変位の時間発展を計算することで、自己拡散係数の算出を行った。現在、これらの研究成果をまとめ、Phys. Rev. Lettに論文投稿中である。