【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24AT0192

利用課題名 / Title

Research on electrospray thrusters

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

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）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（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

リソグラフィ/ Lithography,エレクトロデバイス/ Electronic device,膜加工・エッチング/ Film processing/etching

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)

鷹尾 祥典

所属名 / Affiliation

横浜国立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

清水 翔太郎,長尾 昌善,村上 勝久,村田 博雅

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

杉山 和義,川又 彰夫

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

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

AT-101：Ｓｉ深堀エッチング装置〔PlasmaPro_100〕
AT-110：レーザー描画装置〔DWL66+〕

報告書データ / Report

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

エレクトロスプレースラスタの作製に電界放出電子源の作製法を応用することで推力密度 向上を目指している．先行研究で作製したエミッタアレイでは利用した露光機の特性から エミッタ形状のばらつきが生じ，局所的に開口径の大きなエミッタが存在していたため，イオン液体推進剤が漏出し高電流値を得られなかった．そこで本研究では，作製プロセスの改良を行いエミッタアレイの均一性の向上を試みた．

実験 / Experimental

本研究ではナノキャピラリ型エミッタアレイと呼ばれる微細な開口径を持つエミッタアレイの作製を行った．主な作製プロセスの改良点としては，使用材料の変更と露光機の変更である．先行研究ではエミッタコーン下地素材に Alを用いていたが，プロセスの途中で現像液と反応し，Alの表層部がエッチングされることで凹凸が生じていた．その結果エミッタコーンの高さにばらつきが生じていたと考えられるため，本研究では現像液と反応しないCrを下地素材として選択した．また，フォトリソグラフィにはより微細なパターンが可能な露光機を用いた．表面にキャピラリ構造を作製した後， レーザー描画装置〔DWL66+〕を利用して裏面からの貫通穴を開けるためのマスクを作製，その後，Si深堀エッチング装置〔PlasmaPro_100〕(Si Deep RIE)を利用してイオン液体供給用貫通穴の作製を行った．

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1に作製したエミッタアレイを示す．作製したエミッタアレイは，エミッタとエクストラクタが一体の構造となっており，それぞれ5 µm ピッチで並んでいる．これにより得られたエミッタ数密度は約 6 × 10⁶ 個/cm² となる．作製プロセスの改良を行ったことでエミッタコーンの高さ標準偏差を先行研究と比べて52%減少させることができた．また，それによって平均エミッタ開口径を先行研究と比べて58%減少させることができた．Fig. 2に拡大したエミッタとエクストラクタの1組を示す。この図からエミッタの真下まで貫通穴が開口している様子が確認できる．今後，作製したデバイスを用いてイオン放出実験を行う．エミッタ開口径の縮小によるイオン液体漏出低減効果の検証を行う予定である．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1. SEM image of the fabricated emitter array.

Fig. 2. SEM image of one set of an emitter and extractor.

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

本研究成果の一部は，JSPS科研費JP24K01076，JST創発的研究支援事業JPMJFR2129の支援を受けて実施されました．NPFの川又彰夫様、杉山和義様、スタッフの皆様に感謝いたします．

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.

1. Yoshinori Takao, Shujun Guo, Shotaro Shimizu, Masayoshi Nagao, Katsuhisa Murakami and Hiromasa Murata, "Fabrication of Ionic Liquid Electrospray Thrusters with a 1-μm Scale Emitter Array for Higher Current Densities," 38th International Electric Propulsion Conference, Jun. 23-28, 2024, Centre de Congrès Pierre Baudis, Toulouse, France, IEPC-2024-551.
2. 清水翔太郎, 長尾昌善, 村上勝久, 村田博雅, 鷹尾祥典, 「超高実装密度エレクトロスプレースラスタの電流上昇に向けたエミッタアレイの均一性向上」, 第68回宇宙科学技術連合講演会, 2024年11月5-8日, 姫路文化コンベンションセンター アクリエひめじ, P034.
3. 清水翔太郎, 長尾昌善, 村上勝久, 村田博雅, 鷹尾祥典, 「高密度エレクトロスプレースラスタの作製プロセスの改良」, 電子デバイス研究会「電子・イオンビーム応用」, 2024年12月5-6日, ウインク愛知（愛知県産業労働センター）, ED2024-49.

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