触媒反応を利用した純水のみによる超精密表面加工法の開発

加工能率の向上を目的とし，①反応速度自体の向上，②新規反応（表面酸化）の援用という2手法を提案した．①の達成には触媒活性に優れたNi触媒の使用が効果的であると予想される．Niの表面酸化などを原因とした触媒被毒を回避した，長期的・安定的な触媒活用手法として電解めっき技術を応用した加工雰囲気下での触媒再生機構を考案した．本手法では電極上でのNiのイオン化反応を利用し，電極電位を制御する事で触媒薄膜の形成，溶解を繰り返し行う．4H-SiC基板の加工を行った結果，従来のPt触媒を使用した系を大きく上回る加工能率を実現した．加工条件こそ異なるが，先行研究成果として報告されていたHF溶液，Pt触媒を使用した加工系に迫る加工速度であった．②に対しては，紫外光を照射することで光電気化学反応を援用し，サンプルの表面酸化を促進，加工の容易な酸化物の加工系へと変容させることで従来の純水，白金の反応系と比較し，1000倍にあたる加工能率が実現されることを明らかにした．また，加工原理の解明を目的として，重水を利用した速度論的同位体効果 (Kinetic Isotope Effect; KIE) による反応律速過程の同定実験を実施した．本加工法では加水分解をベースとした材料除去反応が進行すると考えており，重水を加工液に用いることでKIEを利用した反応機構の考察が可能であると考えた．実験の結果，重水中では，純水に比べて約2～4倍の加工速度となることを明らかにした．これは逆同位体効果と呼ばれる現象であると考察した．本加工法における材料除去反応は①水の触媒上への解離吸着過程，②プロトンの移動反応の2つの素反応から成るが，このうち，②では同位体効果が確認されるとの報告が既にある．そのため，①水の解離吸着過程における逆同位体効果が支配要因であり，①こそが反応律速過程であると結論付けた．

加工能率の向上を目的とし，①反応速度自体の向上，②新規反応（表面酸化）の援用という2手法を提案した．①の達成には触媒活性に優れたNi触媒の使用が効果的であると予想される．Niの表面酸化などを原因とした触媒被毒を回避した，長期的・安定的な触媒活用手法として電解めっき技術を応用した加工雰囲気下での触媒再生機構を考案した．本手法では電極上でのNiのイオン化反応を利用し，電極電位を制御する事で触媒薄膜の形成，溶解を繰り返し行う．4H-SiC基板の加工を行った結果，従来のPt触媒を使用した系を大きく上回る加工能率を実現した．加工条件こそ異なるが，先行研究成果として報告されていたHF溶液，Pt触媒を使用した加工系に迫る加工速度であった．②に対しては，紫外光を照射することで光電気化学反応を援用し，サンプルの表面酸化を促進，加工の容易な酸化物の加工系へと変容させることで従来の純水，白金の反応系と比較し，1000倍にあたる加工能率が実現されることを明らかにした．また，加工原理の解明を目的として，重水を利用した速度論的同位体効果 (Kinetic Isotope Effect; KIE) による反応律速過程の同定実験を実施した．本加工法では加水分解をベースとした材料除去反応が進行すると考えており，重水を加工液に用いることでKIEを利用した反応機構の考察が可能であると考えた．実験の結果，重水中では，純水に比べて約2～4倍の加工速度となることを明らかにした．これは逆同位体効果と呼ばれる現象であると考察した．本加工法における材料除去反応は①水の触媒上への解離吸着過程，②プロトンの移動反応の2つの素反応から成るが，このうち，②では同位体効果が確認されるとの報告が既にある．そのため，①水の解離吸着過程における逆同位体効果が支配要因であり，①こそが反応律速過程であると結論付けた．