高専

研究室

紹介

高知工業高等専門学校紹介と池上研究室の専攻科生たち
高知工業高等専門学校
教授 池上

電気工学科

浩

TEL：088-864-5695
e-mail：ikenoue@ee.kochi-ct.ac.jp
高知高専

URL：http://www.kochi-ct.ac.jp/

池上研究室

URL：http://www.ee.kochi-ct.ac.jp/?ikenoue/

私は株式会社東芝に８年間勤務した後、2005年４月に高知工業高等専門学校（高知高専）に赴任して来ました。高を目指す学生にとっても魅力ある学校になりつつあると感じています。

知高専は、電気工学科、機械工学科、物質工学科、建設シ

私は、株式会社東芝在職中に、レーザーを用いた半導体ステム工学科の４学科から成る本科と、機械 ･ 電気工学専

デバイスの製造技術開発を行っていました。現在半導体デ攻、物質工学専攻、建設システム工学専攻の３専攻から成バイス分野において、レーザーを用いた製造技術はそれほる専攻科で構成されています。本科では、中学校卒業後にど用いられていませんが、最近では半導体デバイスのチッ入学する１年生から大学２年に相当する５年生までが学ん

プ分割工程や薄膜トランジスタ（TFT）に形成されているでおり、専攻科では大学の３、４年に当たる２年間をかけ薄膜 Si の熱処理工程に利用されています。さらに、ナノ粒て専門的な知識と技術を身につけます。高専では、本科５子やカーボンナノチューブ等の新機能材料の生成に関する年生という非常に若い年齢から研究室に配属され卒業研究基礎研究も盛んに行われており、今後は重要な製造技術にに取り組み、また専攻科に進学した学生はさらに２年間のなると予想されます。現在、私は製造装置メーカーと共同計３年間を掛けて研究を行う事が可能です。

研究を行いながら、学生たちと共にレーザーを用いた製造

私の所属する高知高専の電気工学科では、助教から教授技術開発に関する研究を行っています。

まで12名の教員が所属し、教員各々が独立した研究室を持っ本年度、私の研究室には４名の本科生と３名の専攻科生ています。研究分野は電気、電子、情報の多岐に渡り、まが所属しています。ここでは、専攻科生３名が取り組んでた固体物性や宇宙工学等の基礎研究も行われています。本

いる研究内容について紹介したいと思います。

科の研究室配属では、１人の教員当たり３〜４名の学生が配属されますが、多種多様な選択肢の中から学生自身が興味ある分野を選択する事が可能です。
本科卒業後、約半数の学生が就職し、残りの半数が大学の三年次へ編入、若しくは高専専攻科へと進学します。専高速低損傷加工を実現する
水中レーザー加工用水流ヘッドの開発
担当学生

機械・電気工学専攻２年

山崎 浩司

攻科卒業後、大学院への進学を目指す学生は、自身の研究

流水中に加工対象物を設置しパルスレーザー光を照射し活動を通して大学院の教員や学生と交流を持ち、希望の進て加工を行うと、加工屑付着の低減が可能です。しかしな学先を十分に考えてから大学院を受験する事も可能です。

がら、加工速度を向上する為にレーザー繰り返し周波数を昨年度、電気工学科出身で専攻科を修了した学生は、大阪

大きくすると、加工領域で発生した気泡が流水で除去され大学大学院、名古屋大学大学院、徳島大学大学院、奈良先る前に次のレーザー光が照射され、気泡と水の界面で生じ端科学技術大学院大学へと全員第一希望の大学院に進学する光学散乱により加工領域周辺で照射損傷が生じます。私

る事が出来ました。

達は、加工領域に極めて薄い流水層を形成する事で、気泡高専は、これまで即戦力となる力を身につける事を目標

による光学散乱を抑制し、加工屑の付着が無く、高速でに教育を行い、ほぼ100%の就職率を誇ってきましたが、以低損傷なレーザー加工を実現しました。用いたレーザーは Q-switch：Nd YAG 第三高調波であり、繰り返し周波上の様に専攻科ができた事で、将来、技術専門職や研究職SEAJ Journal 2008. 9 No. 11641

数30kHz、 波 長355nm、 パ ル ス 幅12nsec、 試 料 面 上 で のビーム径はφ45μm でした。レーザーを照射しつつ試料を100μm/sec 〜5000μm/sec で走査し加工溝を形成しました。

大粒径低温 Poly-Si 薄膜の形成
担当学生

機械・電気工学専攻２年

出来 真斗

ディスプレイの画素スイッチングに用いられる薄膜トラ

加工領域に極めて薄い流水層を形成する水流ヘッドを図１に示します。図１（a）の様に、純水を供給する水流ノズンジスタの更なる高性能化には、そのチャネル材料である
低温 Poly-Si 薄膜の表面平坦性を保持したままの大粒径化に極めて薄い流水層を形成します。レーザー照射により発が重要です。私達は大粒径 Poly-Si の形成技術として水中雰囲気に a-Si 基板を設置しレーザーアニールを行う「水中生した気泡は、瞬時に気相中へ放出され、気泡と水の界面レーザーアニール法」を提案しています。水中でレーザーにおける光学散乱の低減が可能となります。

照射を行うと、水中へ熱拡散が生じ膜表面近傍での温度上ル上部に N2ノズルを設置し、N2を吹きかける事で加工領域昇を低減する事が可能となります。この効果によって膜の凝集を起こす事なく、より高エネルギー照射が可能となりSi 結晶成長が促進できると考えました。

図１

水流ヘッドの構成図

図２は、（a）大気中及び（b）極めて薄い流水中で Si 基板にレーザーを照射し、溝加工を行った後の光学顕微鏡像を示しています。試料の走査速度は5000μm/sec でした。
図２（b）より、極めて薄い流水層を形成する事で加工屑付着がなく、光学散乱による照射損傷の少ない加工が実現できている事が分かります。加工速度5000μm/sec での加図３

アニール後の Poly-Si 膜の表面凹凸粗さ

工深さは60μm であり高速加工が可能でした。加工速度

図３にレーザーアニール後の Poly-Si 薄膜の表面凹凸粗100μm/sec においては、加工幅45μm を保ちつつ、厚ささを示します。大気中アニールの場合、116mJ/cm2の照射500μm の Si ウェーハの切断が可能であり、アスペクト比エネルギーで Si 膜厚を超える表面凹凸が生じているが、同10以上の深溝加工が可能である事が分かりました。

エネルギーで水中レーザーアニールを行った場合、その表

現在私達は、レーザー照射領域に観察用の CW レーザー

面凹凸は約15nm と膜厚に比べ十分小さく、表面平坦性がを加工レーザーと同軸で入射し、観察用レーザーの加工面保持されている事が分かります。
図４にアニール後の poly-Si 薄膜の結晶粒分布を示しまからの散乱光強度を測定する事で加工状態をその場観察するシステムを構築しています。この装置を用いれば、レーす。水中アニールを行った場合の Poly-Si の粒径は1.05μm

ザー加工中の気泡の生成、放出過程が観察できる可能性が±28%であり、大気中の場合と比較して粒径分散を小さくあり、より低損傷で加工する為の水流ヘッドの開発に役立保持しつつ粒径の増大化が可能である事を見出しました。

つと考えています。私は、高専在学中にこのシステムを完

現在私は、この水中レーザーアニール装置の高速化に取成させ、水流ヘッドの改良に役立てたいと考えています。

り組んでいます。レーザーアニールを刷る為のレーザーの繰り返し周波数が10Hz と低い場合には、アニール領域で発生した気泡が流水で除去されてから次のレーザーが照射さ

図２42

レーザー照射後の光学顕微鏡像

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図４

アニール後の Poly-Si 薄膜の結晶粒分布

高専だより ◆ 高知工業高等専門学校紹介と池上研究室の専攻科生たちれる為、気泡による光学散乱は生じず、レーザー照射損傷のないアニールが実現できます。しかしながら、処理速度を向上させる為に繰り返し周波数を向上すると、気泡による光学散乱の影響で照射損傷が生じます。私は、先に説明した極めて薄い流水層を形成する水流ヘッドを改良し、水中レーザーアニールの高速化を実現しようと考えています。

電流検出型原子間力顕微鏡による低温 polySi 薄膜の局所電気特性評価と水素終端効果測定
担当学生

図５

低温 poly-Si 薄膜の C-AFM の電流象（a）試料バイアス Vsub ＝−２V

機械・電気工学専攻１年 谷 真衣（b）試料バイアス Vsub ＝−１V

薄膜トランジスタの高性能化には高品質な多結晶 Si 薄膜の形成が重要です。しかしながら、多結晶 Si 薄膜の結晶粒術振興機構のシーズ育成試験及びシーズ発掘試験の助成な界に多数存在する電気的欠陥によって、キャリアの走行がど、様々な方々の協力を得て成されました。この場をお借妨げられ移動度が低下することが知られています。私達は電流検出型電子間力顕微鏡（C-AFM）を用いて、レーザーりして厚くお礼申し上げます。

専 攻 科 生

アニールを行い形成した多結晶 Si 薄膜の電流像を測定することで局所電気特性の評価を行いました。
低温 Poly-Si 薄膜の形成は、厚さ100nm のα-Si 薄膜にパルス幅約４nsec の Q-Switch Nd：YAG 第３高調波レーザーを照射する事により形成しました。結晶化した後、希フッ酸溶液にて自然酸化膜を除去した後の表面を C-AFM にて測定し局所電気特性の評価を行いました。また、到達真空度１×10−5 Pa の真空雰囲気中に設置した Poly-Si 薄膜上に1500K まで加熱したタングステンフィラメントを設置し、雰囲気中に１×10−１Pa の水素を供給して試料に熱解離した原子状水素を暴露することで水素化処理を行い、局所電気紹 会

機械・電気工学専攻２年

山崎浩司（Koji Yamasaki）

血液型：A
趣味：映画鑑賞
好きな食べ物：とんかつ
好きな場所：自分の部屋 池上研究室
好きなこと：バスケ
好きな言葉：休講
高専で学んだこと：レーザープロセス
好きな選手：デコ（バルサ）
高専のここが好き：就職率

特性の変化を測定しました。
図５（a）及び（b）にそれぞれ水素化処理前の、試料バイアス（a）−２V 及び（b）−１V の時の低温 poly-Si 薄膜の局所電流像を示します。試料バイアスが−２V の場合ほぼ全面に電流が流れており、試料バイアス−１V では表面が凸の領域のみ電流が流れる事が分かりました。試料バ
イアス−１V で電流が流れない領域の局所的な電流 - 電圧特性を測定した結果、半導体的な電気特性を示し、−１Vで電流が流れる領域の電流 - 電圧特性は金属的な電気特性を示しました。低温 poly-Si 薄膜の表面が凸の領域は結晶機械・電気工学専攻２年

出来真斗（Manato Deki）

血液型：A
趣味：読書
好きな小説家：村上春樹
好きな場所：アパート、井戸好きな食べ物：カレー
好きなこと：玉遊び
好きな登場人物：五反田君

粒界である事が知られており、金属的な電気特性は結晶粒界に電気欠陥が多数存在している事を示していると考えられます。また、これらの電流が流れる領域は水素化処理を行うと消失する事から C-AFM を用いて局所電気欠陥の測定が可能であることを見出しました。
謝辞
本研究室の研究は、東京エレクトロン株式会社からの装置の寄付及び共同研究、株式会社レーザーソリューション

機械・電気工学専攻１年

谷真衣（Mai Tani）

血液型：A
趣味：読書・DVD 観賞
好きな食べ物：チョコ
好きな人：草薙素子
好きな相棒：ハロ
好きな観光地：京都
マイブーム：ライブ参戦、レトロゲームズとの共同研究、株式会社島津製作所の技術協力、科学技SEAJ Journal 2008. 9 No. 116

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