【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.21】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24CT0232

利用課題名 / Title

プラズマ照射処理等を施した各種材料の物性評価

利用した実施機関 / Support Institute

公立千歳科学技術大学 / Chitose IST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

エレクトロセラミクス/ Electro ceramics, 半導体微細構造/ Semiconductor microstructure, 表面・界面/ Surface and Interface, 微粒子/ Fine particles

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

山内 有二

所属名 / Affiliation

北海道大学大学院工学研究院

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

乙部賢太朗,越崎直人

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

Olaf Karthaus

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

CT-027：湿式微粒化装置（ジェットミル）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

集積回路 (IC) の発熱による処理速度の低下や故障を避けるため、放熱器が取り付けられている。放熱を効率よく行うためにICと放熱器の間にTIM (Thermal Interface Material) を塗布する。TIM中には熱伝導性を高くするために絶縁性の熱伝導フィラーが混合されているが、ICの小型化などに伴い、当該フィラーのさらなる熱伝導特性の向上が望まれている。熱伝導フィラーに求められる要件は、塗布しやすい(球状が望ましい)、高い充填性(微小)、絶縁体で、熱伝導性が高い材料である。
微小球状粒子を作製する方法として液中レーザー溶融法[1]がある。これは目的となる材料を溶媒に分散させ、レーザーを照射し溶融・急冷することで微小サイズ (数十 ～ 数百 nm) の球状粒子を得る方法である。
本研究の目的は、微小球状粒子作製の実例がなく、高い熱伝導性を持つα-Al₂O₃を材料に選定し、液中レーザー溶融法を用いてα-Al₂O₃の微小サイズの球状粒子を作製する最適な条件を得ることである。

実験 / Experimental

吸光率向上を狙い、炭素を混合したα-Al₂O₃を遊星ボールミリングによって攪拌接合したものをレーザー照射用試料とした。黒鉛に対する前処理として、千歳科学技術大学所有の湿式微粒化装置（ジェットミル）や乾式ジェットミルを用いて微粉末化した。また、遊星ボールミリングの回転数、処理時間もパラメータとして変化させた。その後、試料をエタノール中に分散し、スターラーで攪拌しながらレーザー (波長: 355 nm, パルス幅: 7 ns, 繰り返し周波数: 10 Hz) を照射することでα-Al₂O₃の微小球状粒子の作製を試みた。原料の粒径と溶融できるフルエンスの関係からレーザーフルエンスを160, 320, 640 mJ pulse^-1 cm^-2 とし、レーザー照射時間を20分, 45分とした。レーザー照射後の懸濁液をシリコンウェハー上に滴下・乾燥させ、評価用試料を作製した。粒子の表面・結晶構造を走査透過電子顕微鏡(STEM)、エネルギー分散型X線分光 (EDS)などを用いて評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

STEMによる表面形態観察およびEDS分析の結果の一例を図1, 2に示す。フルエンス 160, 320 mJ pulse^-1 cm^-2 に比べて640 mJ pulse^-1 cm^-2 では多くの球状粒子が確認された。またフルエンス160, 320 mJ pulse^-1 cm^-2 では照射時間が長くなるほど多くの球状粒子が確認された。EDS分析の結果から球状粒子はAl₂O₃であることが確認された。
XRDによる結晶構造測定の結果、熱伝導性の低い相への転移は確認されなかった。
フルエンス 640 mJ pulse^-1 cm^-2で多くの球状粒子が確認されたのは、炭素1つについているα-Al₂O₃が多くなった場合や粒径が大きい場合でも溶融が起こりやすくなったからであると考えられる。また、照射時間が長くなることで多くの球状粒子が確認されたのは、攪拌により多くの粒子にレーザーが照射されたためと考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1　フルエンス 640 mJ pulse^-1 cm^-2にて45分の レーザー照射を行った試料のSTEM画像

図2　図1白四角中のEDSスペクトル

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

[1]　越崎直人他, レーザー研究, 第40巻 (2012), 83.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件