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コンセプト(ごあいさつ)

プラズマに関する研究は,かつては核融合への応用を主軸に進められてきましたが,現在は,材料プロセッシングなどの工業分野でプラズマを活用するための研究が活発になっています。プラズマプロセシングと総称されるこの学術・技術は,エレクトロニクスのみならず,機械工業,環境技術,および,医療技術にまでをカバーする学際的で多様な分野に成長し,我が国のものづくりを根底から支えています。しかし,プラズマを工業的に利用している企業の方と話してみると,「プラズマはわけがわかりません」,「プラズマを制御できません」,「ごまかしながら何とか使っています」という声が聞こえてきます。プラズマは,先端工業の担い手としてはまだまだ劣等生の域を出ていないようです。当研究室では,プラズマを先端工業分野の優等生に押し上げることを目標に研究を行なっています。我が国の産業構造が急速に変化を遂げつつある今日,広い視野をもって,プラズマの応用範囲を拡大する活動を推進します。


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研究内容


高密度プラズマ源の開発と材料プロセスへの応用

プラズマ源の開発は,材料プロセスの基盤技術としての反応性プラズマ研究の中でも最も重要な課題と考えています。独自のプラズマ源を開発し,そのプラズマ源でしか実現できない材料プロセスを実現することが,「ものづくり立国」としての我が国の国際競争力確保に必要不可欠と考えるためです。当研究室では,「高密度プラズマ」にこだわったプラズマ源の開発およびその応用に関する研究を推進しています。
  • 永久磁石型コンパクトヘリコン波ラジカル源
  • ヘリコン波放電型コンパクトダイバータシミュレータ
  • 超高密度・超低電子温度再結合水素プラズマの生成
  • レーザーアブレーション型高密度活性粒子源
  • 超音波を用いた液中プラズマ(ソノプラズマ)の生成

反応性プラズマ計測法の開発
プラズマプロセスの研究開発を,「試行錯誤的・経験的」をキーワードとする従来の方法論から「科学的・効率的」をキーワードとする新しい方法論(スマートプロセス)に高度化するためには,反応性プラズマ計測法の開発が重要です。当研究室では,主に光学的な方法によるプラズマ計測法の開発を推進しており,特に,レーザー分光診断法の開発において他にない実績を有しています。また,今後は簡便で工業的に使用可能なプラズマモニタリング技術の開発に注力していきたいと考えています。
  • レーザー誘起蛍光法
  • 2次元レーザー誘起蛍光法
  • レーザー誘起蛍光法による粒子温度計測
  • レーザー誘起蛍光減光法による超高感度電界計測
  • プラズマ中の微粒子計測技術
  • トムソン散乱計測による電子密度・電子温度計測
  • ダイオードレーザー吸収分光法
  • ダイオードレーザー分光法によるプラズマモニタリング
  • キャビティリングダウン分光法
  • 飽和吸収分光法のプラズマ計測への応用
  • 放電ランプを光源にした吸収分光法
  • 超高分解能発光分光法による粒子温度計測
  • 発光分光法による再結合プラズマの電子温度,電子密度計測
  • 飛行時間型質量分析法によるイオン組成計測

反応性プラズマプロセッシングの基礎研究
反応性プラズマは極めて多様で複雑であり,その包括的理解は容易ではありません。しかしながら,プラズマ技術が先端工業の中で優等生としての地位を得るためには,十分可制御で,TCADなどの方法でプラズマ処理のパフォーマンスを予測できるような技術に成長させる必要があります。当研究室では,プラズマ中の基礎過程を地道に解明し,プラズマTCADなどの発展に貢献したいと考えています。
  • 高ガス圧マグネトロンスパッタリングプラズマにおける金属原子のイオン化過程
  • 高ガス圧マグネトロンスパッタリングプラズマにおける微粒子の生成過程
  • IPVDプロセスによる微細パターン内成膜の基礎研究
  • スパッタ成膜における金属原子の表面付着確率
  • 塩素還元プラズマCVDに関する基礎研究
  • プラズマプロセス装置容器壁材料のプラズマ耐性
  • 窒素プラズマによるシリコン窒化膜形成の基礎過程
  • 窒素プラズマによるSiCの表面窒化
  • 大規模集積回路層間絶縁膜に対するプラズマ誘起ダメージに関する基礎研究
  • 反応性プラズマにおける活性粒子の生成・消滅過程
  • 高密度プラズマにおける負イオンの生成・消滅過程
  • 反応性プラズマ・壁相互作用(ラジカルの表面生成)
  • リモートプラズマにおける活性粒子の輸送機構
プラズマ応用材料プロセシング
プラズマは現在の材料プロセシングの主役であり,大規模集積回路やフラットパネルディスプレイの製造工程の60%以上はプラズマを用いたプロセスです。当研究室では,大規模集積回路の製造だけでなく,環境デバイスなどの製造に利用できるプラズマプロセス技術を研究しています。
  • マグネトロンスパッタリングによるCZTS太陽電池薄膜形成プロセス
  • マグネトロンスパッタリングによる微結晶シリコン薄膜形成プロセス
  • マグネトロンスパッタリングによる超伝導YBaCuO薄膜形成プロセス
  • 誘導結合プラズマによるSiONゲート絶縁膜形成プロセス
  • マグネトロンスパッタリングによる炭素ナノコンポジット薄膜形成プロセス
  • 酸素プラズマによる樹脂材料のエッチングプロセス
プラズマの環境技術への応用
非平衡プラズマは,低温度でありながら,熱平衡系では超高温を必要とする様々な化学反応過程を引き起こすことができるという,他にはない優れた特長を持っています。非平衡プラズマは通常は減圧環境下で生成されますが,大気圧などの高圧力下で非平衡プラズマを生成すれば,上に述べた非平衡プラズマの特徴を維持しつつ,減圧プラズマにはない様々な応用が期待できるようになります。当研究室では,非平衡大気圧プラズマを環境工学に応用するための研究を行っています。
  • 非平衡大気圧プラズマの重畳によるバーナー燃焼の制御
  • 大気圧マイクロ波プラズマを用いた自動車エンジンの燃費改善
  • プラズマ雰囲気におけるレーザー着火実験
  • マイクロ波照射によるバーナー燃焼の制御
  • ストリーマコロナ放電におけるNOx分解の基礎過程
  • 高気圧放電におけるOHラジカルの生成と応用
  • 大気圧微小プラズマジェットの開発と応用
  • 大気圧マイクロ波プラズマの分光計測と応用
レーザーアブレーションに関する研究
レーザーアブレーションとは,固体材料に高強度のレーザー光を照射することにより,固体材料を気化・プラズマ化する技術です。この技術は,薄膜作成,クラスター生成,材料加工,光源,分析,医療,エネルギーなどの広範な分野で応用され,現在,最も発展的な分野のひとつです。また,この分野は,レーザー工学,量子エレクトロニクス,材料工学,プラズマ理工学,流体力学などの境界上にあり,学際性の強い分野でもあります。当研究室では,レーザーアブレーションプラズマを高密度プラズマの一種ととらえ,反応性プラズマの分野での経験をレーザーアブレーション分野で活用し,成果をあげています。
  • プラズマ・レーザーアブレーション複合プロセスによる新規機能性材料創製
  • 液中(水溶液および液体窒素)におけるレーザーアブレーションによるナノ粒子合成
  • 加圧された液体中におけるレーザーアブレーション
  • 超臨界水中におけるレーザーアブレーション
  • 超音波支援液相レーザーアブレーション
  • 真空中のレーザーアブレーションによる炭素クラスターの効率的生成
  • 真空中で生成された炭素クラスターイオンビームの応用
  • レーザーアブレーションによる炭素クラスター生成の初期過程
  • レーザーアブレーションプラズマと雰囲気ガスのダイナミックス
  • 酸素雰囲気金属チタンのレーザーアブレーションによるアナターゼ型TiO2薄膜の合成
核融合プラズマ関連研究
人類の存在を脅かす究極的な問題のひとつはエネルギー問題です。核融合は,エネルギー問題を根本的に解決する夢のある技術です。現在までに,核融合研究はビッグサイエンスに発展しました。ところが,このことは逆に,大学の研究室で意味のある成果を挙げられる核融合分野の研究テーマがあまり残されていないことを意味しています。当研究室では,「ダイバータ」と呼ばれる核融合装置の一部分に関する研究を行なっています。ダイバータプラズマの研究は反応性プラズマの研究に近く,大学の研究室であってもインパクトのある研究成果を挙げることができます。従来,核融合の分野では,「核融合プラズマに関する研究の波及効果により工業応用プラズマが発展した」という説明がなされています。当研究室では,逆に,「反応性プラズマの研究成果を核融合に波及する」ことをコンセプトに研究を進めています。
  • 水素負イオン源におけるレーザー分光計測
  • 飽和吸収分光法を用いたLHDプラズマの診断
  • 高密度水素プラズマと炭素材料との相互作用に関する基礎研究
  • 高密度低電子温度再結合水素プラズマにおける水素分子分光
共同研究の推進
民間企業,公的機関を問わず,共同研究を推進したいと考えています。これまでに多数の民間企業との共同研究および核融合科学研究所との共同研究を行っています。今後は,特に民間企業との大規模な共同研究を推進したいと考えています。お気軽にお問い合わせいただければ幸いです。

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2013年度の研究テーマと担当者




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〜Last Update is 2014.2.19〜
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