リモート式大気圧プラズマ法による硬質シリカ系薄膜の合成と物性解析

远程常压等离子体法硬质二氧化硅薄膜的合成及物性分析

• 批准号: 22K04781
• 负责人: 鈴木 哲也
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04781/
• 关键词: 大気圧プラズマ法; リモート型; ガスバリア特性; リモート式; シリカ膜

本研究では，大気圧プラズマ法によりシリカ系薄膜（SiOCH）を透明樹脂基材（ポりカーボネート：PC）上に作製するのが最終目的である。大気圧プラズマ法では、電極間の距離が狭く（1－3ミリメートル）、基材を電極間に挿入するダイレクト式ではフィルムしか被覆できない致命的な課題がある。この課題を克服して、リモート式大気圧プラズマ法で良質のシリカ膜を合成し、また膜成長プロセスを解明し、最終的には「新しい装置デザイン」を提案するのが本研究全体の目標である。過去の研究では、シリコン基板上に作製したSiOCH膜の硬さは約４GPaであり、通常のガラスの硬さ、約7GPaに近づいている。2022年度は、ペットボトル表面にシリカ系薄膜を合成することで、ボトル本体のガスバリア性（酸素や二酸化炭素などの気体が透過しない程度を示す指標）を向上させることを目的とした。成膜装置は、対向した電極間にガスを流入し、電圧を印加することでプラズマを発生させて薄膜を合成する構造となっているが、従来の装置では電極長さの変更ができず、電極長さの最適化が不可能であった。また、ガス温度が低温であるためプラズマの活性が低い状態であり、薄膜の密度が十分でなかった。そこで2022年度は、1．電極長さが可変、２．ガスの高温化（ガス通路を高温電極真横に設定）、の2点が実現する装置を新たに設計・製作した。新装置を用いた実験では、噴射ガス温度が従来装置44℃から新装置77℃（PETが変形しない限界温度）まで上昇したことが確認でき、成膜した薄膜はガスバリア性（水蒸気透過率測定装置）、Si含有割合（EDX）、密着性（スクラッチ試験機）の3つの評価項目（括弧内は測定方法）において従来装置を用いた場合よりも優れていた。

This study aims to develop a high-pressure film system (SiOCH) on a transparent resin substrate (PC). High voltage discharge method, narrow distance between electrodes (1-3 mm), substrate and electrode penetration, and fatal problems. The purpose of this study is to overcome this problem, to develop a novel high pressure plasma synthesis method for the synthesis of high quality plasma films, to clarify the film growth process, and finally to propose a new device design. In the past, SiOCH films were fabricated on silicon substrates with a hardness of about 4 GPa, and the hardness of SiOCH films was usually about 7GPa. In 2022, the surface of the carbon film was synthesized, and the surface of the carbon film was synthesized. The film forming device is not possible to optimize the electrode length by changing the electrode length. The temperature is low, the density of the film is low. In 2022, we will design and manufacture new devices that include: 1. variable electrode length, 2. high temperature of the electrode (the channel of the electrode is set according to the true width of the high temperature electrode), and 2-point realization. The new device has been used for three evaluation items (measurement method in parentheses): spray temperature 44℃; new device 77℃ (PET shape limit temperature); film formation film quality (water vapor transmittance measurement device); Si content separation (EDX); adhesion (test machine).