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| 定価 |
本体47,400円＋税 |
| 発行 |
2009年8月 |
| 体裁 |
B５ｹｰｽ入りﾊｰﾄﾞｶﾊﾞｰ上製432 頁 |
| 編集 |
齋藤文良（東北大学）、多賀康訓（中部大学） |
| ISBN |
978－４－907837－18－１ C3058 |
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16、実用薄膜プロセスー機能創製・応用展開―
| 「実用薄膜プロセス」ねらいと構成 |
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本書ではまず薄膜を実学として捉え実用薄膜プロセスとして理解する新しい考え方を提示する。つまり、最も重要な薄膜プロセスはバルク材料の分解、輸送、成長であり、その素過程について述べる。このバルクの薄膜素過程の研究開発も最終的な薄膜の実用化を想定する必要がある。つまり、作製された薄膜の機能、実使用時の耐久性および付加価値と費用対効果を考慮した生産性をも視野に入れた薄膜作製技術開発が不可欠である。
全体の構成は、薄膜作製のプロセスの中心に第1編を構成し、発現する機能、応用を第2編に集約した。また、第３編には実用を視野にいれた薄膜作成実例を紹介し、詳しく解説した。
本書の著者はいずれも現在最先端技術を先導する第一線の研究開発者であり実用薄膜による機能創製から応用展開までを広く網羅する内容とした。従って、本書は実用薄膜プロセスの基礎的考え方を学ぼうとする初心者の入門書であるとともに研究開発の現場で日々実体験され不可解な現象に遭遇されているベテラン技術者の方々にも十分応えうる内容であると確信している。
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執筆者一覧
［編集］
齋藤文良 東北大学
多賀康訓 中部大学
（元豊田中研フェロー）
［執筆者一覧］（執筆順）
多賀康訓 中部大学
朝日 一 大阪大学
中川茂樹 東京工業大学
宮崎誠一 広島大学
一杉太郎 東北大学
神奈川科学技術アカデミー（KAST）
福井孝志 北海道大学
鈴木基史 京都大学
財満鎮明 名古屋大学
浅野種正 九州大学
高梨弘毅 東北大学
小倉繁太郎 神戸芸術工科大学
唐 健 ㈱オプトラン
馬場 茂 成蹊大学
加地 徹 豊田中央研究所
北上 修 東北大学
江刺正喜 東北大学
水崎純一郎 東北大学
河村純一 東北大学
平本昌宏 分子科学研究所
内田 聡 東京大学
瀬川浩司 東京大学
宇野 毅 東京大学
田畑 仁 東京大学
北川雅俊 パナソニック
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第１編 創製技術
第１章 機能薄膜プロセス技術 多賀康訓
１．薄膜の歴史 3
１－１．薄膜効果 4
１－２．表面効果 4
１－３．界面効果 4
２．薄膜の応用 5
３．成膜技術 5
４．薄膜プロセス 7
４－１．プロセス素過程 7
(1) 分解過程 8
(2) 輸送過程 10
(3) 膜成長過程 14
４－２．薄膜の成長様式 17
５．おわりに 20
第２章 真空蒸着法 朝日 一
１．真空蒸着の機構 22
１－１．蒸発過程 22
１－２．蒸発分子線強度の角度分布 24
１－３．吸着過程 25
１－４．膜形成過程 26
２．真空蒸着と真空の役割 28
２－１．蒸発過程と真空 29
２－２．飛行過程と真空 29
２－３．吸着・膜形成過程と真空 29
3．真空蒸着装置 30
３－１．真空容器（真空槽） 30
３－２．真空排気系 31
３－３．蒸発源 31
(a) 抵抗加熱法
(b) 電子線加熱法
(c) レーザー加熱法
３－４．基板ホルダーと基板加熱 34
３－５．膜厚計 34
３－６．シャッター 34
３－７．試料導入装置 34
４．多元薄膜の真空蒸着法 35
４－１．多元同時蒸着法 35
４－２．フラッシュ蒸着法 35
４－３．３温度法 36
４－４．反応性蒸着（化成蒸着） 36
５．おわりに 36
第３章 分子線エピタキシ法 朝日 一
１．MBE法の原理と特徴 38
１－１．MBE法の原理 38
１－２．MBE法の特徴 40
２．MBE装置とMBE成長 40
２－１．固体ソースMBE装置 40
２－２．ガスソースMBE装置 42
２－３．MBE成長の例 44
３．各種材料のMBE 46
３－１．III－V族化合物半導体 46
３－２．II－VI族化合物半導体 46
３－３．Si系IV族半導体 47
３－４．シリサイド 47
３－５．金属間化合物 47
３－６．絶縁物 48
４．おわりに 48
第４章 スパッタ技術 中川茂樹
１．はじめに 49
２．スパッタリング現象 49
２－１．スパッタ時のターゲット近傍の現象 49
２－２． スパッタ率およびスパッタ粒子の放出角度分布 51
２－３．スパッタ粒子のエネルギー 53
２－４．スパッタ粒子の輸送過程と凝縮過程 54
３．スパッタ法（装置）概観 57
３－１．二極スパッタ法およびRFスパッタ法 58
３－２．マグネトロンスパッタ法 60
３－３． 対向ターゲット式スパッタ法 62
３－４．イオンビームスパッタ法 62
３－５．ECRスパッタ法 63
４．スパッタ成膜における種々の留意点 64
４－１．多元系薄膜作成時の留意点 64
４－２．反跳粒子（後方散乱粒子）と負イオン
66
第５章 CVD 宮崎誠一
１．CVDの基本原理 68
１－１．原料輸送と表面反応 70
１－２．CVDの制御パラメータ 72
２．熱CVD 75
３．プラズマCVD 79
４．光CVD 84
５．その他CVD技術 86
５－１．電子線／イオンビームCVD 86
５－２．ホットワイヤCVD 87
５－３．超臨界CVD 87
第６章 PLD 一杉太郎
１．はじめに 91
２．PLDの利点，欠点 93
利点① 高品質酸化物薄膜が実現できる
利点② ターゲットの準備が容易であり，きめ細やかな実験ができる
欠点① 大面積の成膜は不得手なため，研究成果が応用に直結しない
欠点② 高い酸素分圧での成膜に対する制限
欠点③ レーザー光源が高価であるため，装置価格が高い。メンテナンスが必要である
ミッション１） 材料（物質）の本質的な姿を知るための研究
ミッション２） 新規物性探索
３．実際の成膜─TiO2薄膜の作製を例として─ 97
３－１．エピタキシャル薄膜の成膜例 97
３－２．ガラス上に作製した多結晶薄膜 100
４．最近の話題 103
４－１．話題１ 界面や超格子における物性 103
４－２． 話題２ 酸化物基板に対する理解の深まり 105
５．おわりに 108
第２編 物性と構造
第１章 機能構造の成長 福井孝志
１．はじめに 115
２．半導体量子細線の成長 116
３．半導体量子ドットの成長 119
４．半導体ナノワイヤの成長 120
第２章 形態制御機能薄膜 鈴木基史
１．はじめに 126
２．形態制御の原理と形態制御例 128
２－１． 斜め蒸着によるナノコラム形成のメカニズム 128
２－２． 動的斜め蒸着法による形態制御薄膜の例 129
(1) ジグザグ構造 129
(2) 螺旋・円柱構造 130
(3) 密度の変調 131
(4) 複合構造 131
(5) ナノコラムの位置選択成長 131
２－３．形態制御薄膜の設計 132
２－４．形態制御薄膜作成装置 135
２－５．動的斜め蒸着による形態制御の特長 137
３．形態制御薄膜の機能と応用 137
３－１．形態制御薄膜の機能概要 137
３－２．形の異方性に関わる応用 138
３－３．多孔質・低密度に関わる応用 139
３－４．複合構造の応用 142
４．形態制御の新しいサイエンス 144
４－１．ステアリング効果 144
４－２． ナノコラムの形態や結晶性への表面拡散の効果 144
４－３．ナノウィスカの成長 145
５．おわりに 146
第３章 半導体薄膜の物性と構造 財満鎮明
１．半導体薄膜の種類と構造 151
２．半導体薄膜の物性 153
２－１．電気的性質 153
２－２．光学的性質 157
２－３．半導体量子構造 160
第４章 誘電体薄膜の物性と構造 浅野種正
１．誘電率と分極 163
１－１．電子分極 165
１－２．イオン分極 166
１－３．配向分極 167
２．交流電界における誘電率 167
３．界面分極 168
３－１．モデル 168
３－２．応用例 169
４．高誘電率材料と低誘電率材料 170
４－１．高誘電率ゲート絶縁膜 170
４－２．低誘電率材料 171
５．強誘電体 172
６．圧電性 175
７．焦電性 176
８．誘電体薄膜における電気伝導 177
８－１．ショットキー放出電流 178
８－２．プール・フレンケル伝導 179
８－３．ファウラー・ノルドハイムトンネル電流 180
８－４．イオン伝導電流 180
第５章 磁性薄膜の物性と構造 高梨弘毅
１．磁性薄膜の概念 183
２．微細構造と磁気特性 183
３．超薄膜・人工格子の構造と磁気特性 186
３－１．超薄膜・人工格子の概念 186
３－２．超薄膜・人工格子の構造 186
３－３．超薄膜・人工格子の磁気特性 187
４．磁性人工格子の重要特性 188
４－１．巨大磁気抵抗効果（GMR） 188
４－２．垂直磁気異方性 191
４－３．磁気光学効果 193
５．強磁性トンネル接合 193
６．微粒子・ドット系 196
６－１．磁区構造 196
６－２．磁化過程 197
６－３．超常磁性 199
６－４．グラニュラー系のGMR/TMR 201
第６章 光学薄膜の物性と構造 小倉繁太郎，唐 健
１．はじめに 204
２．従来の成膜法による柱状構造 205
３．膜モデル 206
４．最新の光学薄膜製造装置での光学薄膜の構造 206
５．興味ある話題-EDGIXRおよびEELS 213
(1) 光学薄膜の形態（Morphology） 213
(2) 膜の構造（Structure） 215
６．おわりに 217
第７章 力学薄膜の物性と構造 馬場 茂
１．薄膜の弾性的性質 219
１－１．薄膜／基板系の音響振動とその測定法 219
２．ひずみと内部応力 221
２－１．ひずみの測定 221
２－２．熱応力と真の内部応力 224
３．硬さ測定 225
３－１．ビッカース硬さ 225
３－２．ナノインデンター 226
４．高強度化（結晶粒微細化と多層化） 228
４－１．Hall-Petch効果 229
４－２．逆Hall-Petch現象 230
４－３．高強度多層薄膜 232
４－４．表面改質技術 233
第８章 界面制御 多賀康訓
１．はじめに 236
２．表面・界面の役割 237
３．薄膜，表面・界面制御事例 238
３－１． GMR人工格子界面制御（界面磁気物性） 238
３－２． 積層オーミック電極界面制御（界面電気物性） 244
３－３． 光学多層膜の界面構造制御（界面力学物性） 247
４．おわりに 251
第３編 応用技術・開発事例
第１章 機能薄膜応用─研究開発法と事例紹介 多賀康訓
１．薄膜の研究開発法 255
２．薄膜の能動的利用法 256
３．薄膜の受動的利用法 257
４．光触媒薄膜 258
４－１．光触媒の可視光動作化 259
４－２．光触媒薄膜の低温結晶化 265
５．有機EL素子の発光特性制御膜 269
６．おわりに 270
第２章 化合物半導体デバイスへの応用 加地 徹
１．はじめに 272
２．超格子構造の発光ダイオードへの適用 273
２－１．超格子構造の特徴 273
２－２．窒化物系半導体発光ダイオード 273
２－３．p型層の低抵抗化 275
２－４．発光ダイオードの作製工程 276
３．ヘテロ接合電界効果トランジスタ 279
３－１．HEMTの開発 279
３－２．AlGaN/GaNヘテロ接合の特徴 280
３－３．高周波デバイス 282
３－４．パワーデバイス 284
第３章 磁気メモリー技術への応用 北上 修
１．磁気とメモリー機能 288
２．ハードディスクドライブ（HDD） 289
２－１．記録媒体 290
２－２．記録ヘッド 294
２－３．信号再生ヘッド 294
３．その他の磁気メモリーデバイス 297
第４章 センサデバイスへの応用 江刺正喜
１．はじめに 302
２．圧力センサ 302
３．加速度センサ 305
４．ジャイロ 305
５．気体流速・流量センサ 307
６．赤外線イメージャ 307
７．光スキャナ 308
８．ワイヤレスセンサ 309
９．ガスセンサ（においセンサ） 310
10．味センサ（あいまいな量のセンシング） 310
第５章 固体酸化物燃料電池への応用 水崎純一郎
１．固体酸化物燃料電池の構成 313
１－１．燃料電池とは 313
１－２．燃料電池の構成 313
１－３．SOFC構成材料の特性と膜化 316
２．固体酸化物燃料電池の様々な形と大きさ 319
３．膜形成技術と固体酸化物燃料電池 324
３－１．概要 324
３－２．焼結過程を経ない製膜法 325
３－２－1．EVD法 325
３－２－２．溶射法による多層膜形成 326
３－３．焼結法における成形技術 326
３－３－1． 基体管など，セルを支える保持
体の作製などに多く用いられる手法 326
３－３－２． 多層膜形成や保持体上への膜状
部材形成などに主に用いるグ
リーン成形法 327
４．薄膜プロセスとSOFCの基礎科学研究 328
第６章 リチウムイオン電池への応用 河村純一
１．薄膜技術とリチウムイオン電池 332
１－１．薄膜リチウム電池の登場 333
１－２．薄膜電池の可能性 334
１－３．薄膜リチウム電池の製造方法 335
２．薄膜リチウム電池の材料 338
２－１．固体電解質の条件 340
３．主な薄膜リチウム電池の研究例 342
３－１．日立製作所 342
３－２．NTTグループ 343
３－３．エバレディ社・ベルコア社 344
３－４．米国オークリッジ国立研究所（ORNL） 344
３－５．岩手大学・ジオマテクス社 345
３－６．フランス・グループ 345
３－７．ULVAC-韓国Nuricell社 346
３－８．東北大多元研 347
４．薄膜リチウム電池の将来性と今後の課題 348
４－１．安定かつ高イオン伝導性の薄膜の探索 349
４－２．安定で体積変化の小さい負極材料 349
４－３．三次元化 349
５．おわりに 350
第７章 有機薄膜太陽電池への応用 平本昌宏
１．はじめに 355
２．p-i-n接合型有機固体太陽電池 356
３．ナノ構造制御技術 357
４．有機半導体の超高純度化 358
５．長期動作テストと大面積セル 363
６．おわりに 365
第８章 機能性薄膜と色素増感太陽電池への応用 内田 聡・瀬川浩司
１．はじめに 367
２．色素増感太陽電池における機能性薄膜 367
３．色素増感太陽電池の動作原理 369
４．色素増感型太陽電池のフィルム化 371
５．おわりに 374
第９章 表面機能化デバイスへの応用 多賀康訓
１．はじめに 377
２．固体表面エネルギーと親水性・疎水性 377
３．金属酸化物表面の疎水化現象 379
４．イオン注入法によるガラス表面の疎水化 382
５．光触媒親水膜 385
第10 章 バイオデバイスへの応用 宇野 毅，田畑 仁
１．はじめに 387
２．具体例の紹介 388
２－1． IS-FET素子ゲート表面の化学的コー
ティング（化学修飾）法 388
２－２． 表面化学修飾（コーティング）状態の電気的評価 389
２－３． 従来の表面計測技術によるDNA固定化のための化学コーティング状態の検証 390
３．薄膜コーティング状態の評価結果及び解析 390
３－１． 表面コーティング状態の光電子分光解析 390
３－２．表面結合の解離会合状態 392
３－３．表面電位 394
４．まとめ 398
第11 章 FPD への応用事例─ PDP を事例として 北川雅俊
１．はじめに 401
２．PDPの構造と原理 401
２－１．放電セルとパネル構成 401
２－２．PDPの製造工程 402
２－３．PDPの基本動作 404
２－４．駆動と階調表現 404
２－５．PDPと画面サイズ 404
３．PDPの実際と課題 406
３－１．セル設計と材料プロセス 406
３－２．高輝度化と高効率化 407
３－３．低コスト化 407
３－４．画質と信頼性 408
３－５．PDPの大画面化 408
４．PDPにおける薄膜の役割 408
４－１．透明電極 409
４－２．バス電極（サステイン，スキャン） 409
４－３．アドレス電極 410
４－４．保護膜MgO 410
５．PDPの将来像と薄膜技術 412
５－１．高効率化に向けて 412
５－２．低コスト化に向けて 415
５－３．PDPの今後 415
６．おわりに 415
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