24号・2002年6月10日発行

24号

産学連携共同研究センター「ナノテクノロジーへ夢膨らむ」
ナノテクノロジーは、「物質をナノサイズで制御することで、それによって物質に新たな機能を出現し、または特性を大幅に向上させて豊かな社会の構築に役立つと同時に、資源・エネルギーの節約に貢献して環境にやさしい社会の実現を目指す技術」であり、正に21世紀の社会に大きな変革をもたらす夢の技術と目されています。
昨年の6月号で「ナノテクノロジーへの大きな期待」と題して特集を組み、本学の4人の教員副学長の研究を紹介しました。ナノテクノロジーは、ものつくりから特性評価まで幅広い研究分野に及岩間 三郎

ぶもので、「薄膜ナノ材料（2）」として、その後の幾つかの研究をここに紹介します。

CRCニュース・24号

目次『薄膜ナノ材料（その 2 ）』特集号◆「ナノテクノロジーへ夢膨らむ」
副学長

岩間三郎

◆電気電子工学科

堀尾 吉巳「表面分析法の新展開」◆電気電子工学科◆岩間三郎◆電気電子工学科◆CRCからのお知らせ

中井 靖男 教授
「ダイヤモンドの選択成長薄膜の作成」
坂 貴 教授「Ｘ線による材料の評価」◆電気電子工学科

神保 睦子

教授

副学長
「気相成長法によるナノ粒子蛍光体の生成」●機械工学科 松居正夫教授が日本塑性加工学会東海支部賞技術賞を受賞

教授「研究紹介」●「エントロピ豊明」5月例会開催●共同実験室および産学交流室のご利用について

C R C からのお知らせ
機械工学科 松居正夫教授が日本塑性加工学会 「エントロピ豊明」5月例会開催
東海支部賞技術賞を受賞
日時／5月9日（木）13：00〜17：00「自動車車体パネルのインクリメンタル成形技術の開発」
本受賞は、松居教授が（株）豊田中央研究所に在職中にトヨタ自動車（株）、大豊精機（株）との共同で開発された技術に対して3社で受賞されたものです。その内容は、板材を成形する場合に、金型を用いずに、棒状工具を等高線軌跡によって逐次成形していくインクリメンタルフォーミングが開発されてきました。この方法を、大寸法複雑形状部品である自動車車体パネルの成形に適用するために、サポータ方式を考案し、成形条件の適正化を図りました。その結果、クォータ、フェンダー、ドアなどのパネル類を寸法精度よく成形でき、試作品の評価では、従来の亜鉛合金型による成形に比べて、納期で５５％、コストで４５％と、大幅な短納期・低コスト化を達成しました。現在、試作品、モーターショー用 ＜参考＞
インクリメンタルフォーミンのパネル、補給部品に使用され始めています。 グで成形したクォータパネル

場所／本学14Ｆ 交流室
講演／三菱電機（株）系統変電・交通システム事業所
山内四郎 氏「除湿器について」
本学 情報学部 山内五郎 教授「超はっ水材料について」
活発な質疑応答があり、有益な研究会となりました。

共同実験室および産学交流室のご利用について
共同実験室・・・大同特殊鋼（株）殿
ミドリ安全エア・クオリティ（株）殿
産学交流室・・・愛知中小企業家同友会「新市場創造研究会」殿「エントロピ」殿● 業務メニュー共同研究・受託研究・奨学寄付金・研究助成金・共同実験室・技術相談・受託試験・インターンシップ・人材育成・知的財産管理24号・2002年6月10日発行

中井 靖雄

教授

「ダイヤモンドの選択成長薄膜の作成」
ダイヤモンドは宝石としての価値に限らず、最大の硬度を持成長させるには薄い膜ほど高密度でつ物質であることから、切削工具の刃先として幅広く利用され結晶核を作る必要があります。ダイています。例えば旋盤等の切削チップから地下岩盤へのボーリヤモンド薄膜結晶の成長法の確立にング用ドリルの刃先への利用等です。最近、セラミックス切断はダイヤモンド結晶核の生成機構を用のダイヤモンド鋸刃はホームセンターの電動工具売り場で安解明することが最も重要な課題であると考えられます。基板上価に手に購入出来るようにもなっています。ダイヤモンドがこの結晶核を任意に制御できれば、様々な形状のダイヤモンド薄のように身近に用いられるようになったのは高圧合成法のおか膜結晶をデザイン出来ることになり、ダイヤモンド・デバイスげで、微細な粒状から大きな塊状の単結晶までダイヤモンドがの実現に大きな寄与をすることになります。図2は我われの最目的に応じて合成されています。一方、ダイヤモンドは電子物

近の研究成果をもとに、タングステン基板表面に約100μの幅性の上でも優れた特徴を持つことから、新しい電子デバイス材で選択的に結晶核を生成させた例で、一部が薄膜化しています。

料としての期待が大きいです。しかしながら、高圧合成による成長機構の深い理解とそれに基づく新たな技術の確立を目標に粒状または塊状のダイヤモンド結晶では不都合で、常圧で有効研究を進めています。

な薄膜結晶の合成技術が必要です。この理由は電子デバイス作成技術には高圧・高温を必要とする合成法は不都合であることに加え、ダイヤモンドの塊状結晶から薄板結晶を切り出すことはほとんど不可能であることによります。
上記の問題に対して低圧気相合成法が開発され、薄膜ダイヤモンド結晶の実現の可能性が大きく進展しました。しかしながら、この新合成法の発見以来既に20年以上の開発競争にも係わらず、電子デバイスに利用可能な薄膜結晶成長技術は確立して

図1. タングステン基板上の気相合成ダイヤモンド粒子。サイズは約10μいません。この主な理由は低圧気相合成法でのダイヤモンドの物理的な成長機構が解明されていないことによります。この成長法ではダイヤモンド以外の基板結晶性物質の表面にダイヤモンドを成長させます。この基板上に成長するダイヤモンドは図１に示すように粒子状結晶です。明らかにこのダイヤモンドは特定の結晶核の生成に起因した成長様式を取っています。異種図2. タングステン基板上に約100μの幅で選択的に気相合成させたダイヤモンド。一部は粒子間の融合が起こり薄膜化している。

物質の基板上にダイヤモンド薄膜を成長させるには、ダイヤモンドの結晶核を先ず作らねばなりません。薄い膜として結晶を坂貴教授「Ｘ線による材料の評価」
平成12年度に高性能Ｘ線回折装置（理学電機製、ATX-G）が得られた回折ピークの半値幅は〜47導入され、共同利用装置として、材料の評価に用いられていま秒でした。X線の動力学回折理論からす。ターゲットはCu回転対陰極であり、加速電圧、ビーム電流期待されるSi完全結晶の回折ピークのはそれぞれ50kV、300mAです。回折部は4軸回折計に3軸のゴ半値幅は〜5.4秒です。

ニオメータヘッドがあり、シンチレーション検出器でＸ線を検出します。この装置のもう1つの大きな特徴は、（220）面でチャンネルカットしたGeモノクロメータを有することです。ターゲットからのＸ線を集光させた後、合計4個のGe単結晶によって回折させ、その角度広がりを非常に小さくすることが出来ます。
Ｘ線回折法により材料を評価する１つの方法として、回折角度幅の広がりを調べる方法がありますが、入射Ｘ線の角度広がりより精度の高い解析は不可能です。4個のGeによって回折されるＸ線の角度広がりは10.8秒と見積もられ、極めて精度の高い評価が可能です。
対象となる材料は、バルク単結晶および単結晶薄膜です。この方法により、〜2μmのGaAsＰ薄膜を成長させたSi基板からFigure Captionsの回折強度曲線を測定した結果を図に示します。
（400）反射です。

図

GaAsP 薄膜を成長させたSi基板からの（400）反射。

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入射Ｘ線の広がりを考慮すると、〜12秒と予想されます。実測された半値幅が約47秒と広がったのは、GaAsＰ薄膜を成長さ

このほか、多層膜や超格子のサテライト反射による解析、全反射による表面解析などに有効です。

せたことにより、Si基板が歪んだものと考えられます。歪の分布はより詳細な検討が必要ですが、微小な歪の検出や、ヘテロ接合における微小な結晶傾斜の検出に有効です。

神保睦子 教授「研究紹介」
本研究室は軟磁性薄膜をベースに研究を行っています。以下に研究テーマの概要と設備について記します。

（1）CIP、CPP-GMR
面内に電流を流すGMR（巨大磁気まず主な研究設備は抵抗効果）に関して、高感度なGMR（1）製膜装置

材料、交換結合磁界の大きな反強磁3元RF／DCスパッタリング装置、5元RFスパッタリング装置、性材料の探索などを重点に研究を行ってきました。現在は垂直2チャンバ10元スパッタリング装置、方向に電流を流すCPP-GMRの研究を始めています。この研究

高真空蒸着装置には試料の微細化が必須となっており、これらの研究は超高密度HDD用再生ヘッドに用いることを目的としています。
（2）トンネル接合の作製
スピン依存トンネル効果で必須な磁性トンネル接合を主に自然酸化により作製しています。トンネル接合は、GMRから端を発した金属あるいは半導体でのスピン注入、制御、あるいはホットエレクトロンの注入などスピンエレクトロニクスデバイスの要素技術の一つとして重要であると考え、再現性の良い良好なトンネル接合の作製条件を、試料の表面ラフネスの低減とからめて検討しています。

Photo.1 10元スパッタリング装置（2）加工・処理装置
熱拡散炉、直流磁界中熱処理装置、回転磁界中熱処理装置、（3）金属／半導体ヘテロ接合系の磁性と伝導ホットエレクトロンを用いたスピンバルブトランジスタや、磁性金属／GaAs系でのスピンフィルター効果など新規な電子デバイスの開発を目的として研究を行っています。このテーマ（3）測定装置

では金属／半導体界面でのスピンの反射、注入、伝導が重要な段差式膜厚計、VSM、試料共振型磁力計、MR、TMR測定装置、ので、界面の特性制御を重点に検討を進めています。

残留抵抗測定装置、ネットワークアナライザ（50MHz-20GHz）、高周波透磁率測定装置（岩通）、磁区観察顕微鏡など、その他に学内共同利用設備として、（4）高周波領域での軟磁性薄膜の磁気特性
昨今の携帯電話や情報ネットワークの普及で電磁波吸収体の高分解能透過電子顕微鏡、EDX付きSEM、オージェ・SIMS、用途が増加しており、使用可能領域も高くなっています。そこ

薄膜用X線回折装置、AFM、メスバウアー分光装置、ラマン分で，GHz領域でも高い透磁率を示す軟磁性薄膜の開発と１GHz

光装置、イオンミリング装置、マスクアライナー、スピンナー、を超えた超高周波領域での膜面内や面直の異方性の評価も含めなどがあります。

た薄膜の透磁率の測定法を検討しています。

上記の装置をもちいて次のような研究をおこなっています。

堀尾

吉已 教授

「表面分析法の新展開」
ナノテクノロジー分野の研究は、情報社会のハード面を支えな分野です。それはナノの世界の不る上で必須であり、また新機能性材料を開発する上でも重要で可思議な現象がもたらすものです。

す。そのためナノテクノロジーは、日本の将来の産業を発展さ一般に、ナノテクノロジーは原子せるための一つのキーワードになっています。大学で研究するレベルで微小デバイスや材料を構築

私にとっては、応用もさることながら学問的にも大いに魅力的することから始まります。設計図どおりに構築されたかを評価・

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分析する技術も当然のことながら必須です。現在、表面分析法

高いSN比で直接的に取得できるため、表面の動的変化にも対は数多く存在しますが、超高真空中で材料構築する過程をその応できる点であり、RHEEDでは唯一のものと自負しています。

場で評価・分析する方法は限られており、中でも反射高速電子

これにより構造情報のみならず電子状態の情報まで取得でき、回折（RHEED）法は有力な手法として広く用いられています。

新たな応用・発展が期待されます。

これは高速電子線（10kV程度以上の加速電子線）を試料表面にこれに限らず、新しい原理や機能を組み込んだ表面分析装置すれすれの角度（視射角0°から7°程度の範囲）で照射し、表の開発は、ナノテクノロジー分野の研究と共に互いに刺激し合面で反射する電子線群を後方の蛍光スクリーンでパターン観察いながら発展しており、それにより新しい物性の発見につながするものです。この回折パターンから試料表面の構造情報（結れば研究者としての喜びでもあります。

晶性の評価、表面原子或いは吸着原子の配置、表面形態、薄膜

エネルギー識別機構を組み込んだRHEED装置の開発を手がけてきました。名付けてエネルギーフィルター型RHEEDです。
現在2号機が院生の協力によりほぼ完成しました（詳細はJJAP掲載予定）。この装置を用いれば試料表面から反射してくる電子線を手作りの阻止電場型エネルギーフィルターを用いてエネIntensity

このような従来のRHEED法に対して、我々は5年以上前から(arb.units)

成長様式等の情報）が取得できます。

ルギー識別でき、回折パターンのみならず、反射電子線のエネルギー損失スペクトルも計測できます。特にRHEEDでは、入射電子と試料表面の自由電子（金属や半導体試料において）との相互作用が強いため、表面プラズモン励起を強く誘起し、スペクトル中に複数の表面プラズモン損失ピークが現れます。
一例として図1に本装置で測定したエネルギー損失スペクト
ルを紹介します。矢印P0は弾性散乱ピークであり、P1、P2、…はSiの表面プラズモンエネルギー（11.7eV）の整数倍だけ失った非弾性散乱ピーク群です。本装置の特徴はこのように、1階エネルギー微分或いは2階エネルギー微分したスペクトルを岩間

図1 鏡面反射電子線のエネルギー損失スペクトル
S（111）i
7x7清浄表面に対して［11-2］方位から10kV電子線の入射視射角を1.1°から5.3°まで変化させて得られた結果です。

三郎 副学長「気相成長法によるナノ粒子蛍光体の生成」
硫化亜鉛（ZnS）は適当なドープ剤を加えることにより種々らわれることから、この方法で不純物濃度の調整がある程度可な色の蛍光体材料としてカラーディスプレイ用に広く使用され能であることが分かりました。両試料とも5％添加量で最大発ています。通常はミクロン級の粒子ですが、近年、共沈法で作光強度を示しました。また、X線回折から求めた平均粒径はお製した粒径数ナノメートルのZnS:Mnでは発光効率の上昇が報よそ30nmでした。

告されたり、他の稀土類元素をドープ剤とした類似な報告も出発光強度の粒径依はじめています。当研究室では気相成長法を用いてナノ粒子の存性などについて生成を行っていますが、ここでは2種類のナノ粒子蛍光体の生は今後の研究課題

成とその発光特性について実験を紹介します。

です。

原料にZnS粉体とドープ剤としてMnS, TmSの２種類を用いました。この実験では1〜15％の範囲でドープ剤を混合した硫化物の混合粉体を、ヘリウムガス圧3.5Torr、ガス流量6／分でモリブデン・ボートから通電加熱で蒸発し（FlowingGasEvaporation法）、望みの物質が生成されるか、不純物濃度がドープ剤の添加量で調整できるかを調べることです。
右図は生成した試料にHe-Cdレーザー（波長：325nm）を照射して測定した発光特性です。ZnS:Mnでは585nmにピークをもつ橙色発光が、ZnS:Tmでは476nmの青緑色発光が観測されました。また、ドープ剤の添加量に依存して発光強度に差のあ

ZnS:MnおよびZnS:Tm
ナノ粒子蛍光体のフォトルミネッセンス・スペクトル

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