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プラズマ・イオンビームとナノテクノロジー

(2002年『プラズマ・イオンビーム応用とナノテクノロジー』普及版)

商品コード: B0808

  • 監修: 上條榮治
  • 発行日: 2007年3月
  • 価格(税込): 4,752 円
  • 体裁: A5判、316ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-915-3

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刊行にあたって

 電子あるいはイオンが発見されたのは今から約百年前にさかのぼり、物理学の分野ではじめてプラズマなる言葉を用いたのはLangmuirで80年前のことである。放電プラズマにより容易に発生された電子やイオンは電界、磁界によりエネルギーや位置を高速に制御できる。電子ビームは高密度エネルギーの担い手として熱化学反応への応用が、またイオンビームは物質とエネルギーを運ぶ担い手として半導体のイオン注入として工業的に利用され発展してきた。現在では、半導体・電子部品などに代表される最先端の超微細加工あるいは超薄膜などの分野で不可欠の材料プロセス技術となっている。さらには固体表面の極微小領域の分析プローブとしても活躍している。
 このプラズマ・イオンビーム技術の特徴は、物質を原子・分子の状態に分解し電磁気的に制御された状態で原子・分子を操作できることで、「アトミックピンセット」としての能力を有していることである。
 最近、ナノテクノロジーが「第二の産業革命」の起爆剤になりうるものと見られ世界中の注目を集めている。ナノスケールで組成制御された材料、ナノ粒子から集積された機能性超薄膜材料、ナノスケールでの微細加工ならびにナノ領域での分析評価などの研究が世界各国で精力的に行われている。
 この最先端ナノテクノロジーの共通基盤技術は、物質を原子・分子のオーダーで制御し自由に操る技術であり、プラズマ・イオンビーム技術がそのプロセス技術として注目されている。この技術をナノテクノロジーの基盤技術として応用し発展させるためには、プラズマあるいはイオンビームと物質との相互作用、装置および応用技術を理解し、材料プロセス技術として定着させることが重要である。
 本書は、この様な観点からプラズマ、イオンと固体物質との相互作用、各種プラズマ、イオンビーム装置および機能性材料の創成プロセスへの応用に重点を置き、それぞれの分野の第一人者にお願いし、最先端ナノテクノロジーに関する研究の一端を紹介いただいた。本書がプラズマ・イオンビーム技術を利用した装置、機能性材料、部品等に関連したナノテクノロジーに挑戦されている研究者・技術者の一助になれば幸甚である。
2002年3月 龍谷大学 上條榮治

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2002年に『プラズマ・イオンビーム応用とナノテクノロジー』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2007年3月 シーエムシー出版 編集部

著者一覧

上條榮治   龍谷大学 理工学部 物質化学科 教授
         (現)龍谷大学 名誉教授 REC フェロー
橘 邦英   (現)京都大学 大学院工学研究科 電子物性工学専攻 教授
石川順三   (現)京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 教授
佐々木光正   (現)スルザーメテコジャパン(株) 技術開発部 マネージャー
北村順也   (現)(株)フジミインコーポレーテッド 溶射材事業部 技師
薄葉 州   (独)産業技術総合研究所 新炭素系材料開発研究センター 極限反応チーム 主任研究員
         (現)(独)産業技術総合研究所 第5事業所爆発安全研究センター 主任研究員
鈴木正康   (現)(株)島津製作所 半導体機器事業部 技術部 開発グループ 主任
圷  繁   (現)芝浦プレシジョン(株) 常務取締役
廣野 滋   (現)NTTアフティエンジニアリング(株) ECR事業部 担当部長
安岡 学   (現)(株)不二越 機械工具事業部 チーフエンジニア
玉垣 浩   (現)(株)神戸製鋼所 機械エンジニアリングカンパニー 開発部 PVDグループ グループ長
寺山暢之   (現)神港精機(株) 装置事業部 技術部 第二開発課 課長代理
平本道広   (現)サムコ(株) プロセス開発課 課長
中野博彦   (現)サムコ(株) 開発部 機器開発課 次長
酒見俊之   (現)住友重機械工業(株) 技術開発センター 主任研究員
粟井 清   住友重機械工業(株) 機械事業本部 主席技師
松田耕自   日新イオン機器(株) 専務取締役
八坂行人   (現)エスアイアイ・ナノテクノロジー(株) 取締役 技術総括部長
馬場恒明   (現)長崎県工業技術センター 応用技術部 部長
清野知之   (株)日立製作所 電力・電機グループ 電力・電機開発研究所 研究員
岩木正哉   (独)理化学研究所 物質基盤研究部 基盤研究部長
田中克彦   (現)立命館大学 理工学部 マイクロ機械システム工学科 教授
橘 武史   (現)(株)神戸製鋼所 技術開発本部 電子技術研究所
中東孝浩   (現)日本アイ・ティ・エフ(株) 技術部 部長補佐
松本精一郎   (独)物質・材料研究機構 物質研究所 スーパーダイヤグループ
         (現)(独)物質・材料研究機構 光センシング材料グループ 特別研究員
青井芳史   (現)龍谷大学 理工学部 講師
大竹尚登   (現)名古屋大学 大学院工学研究科 マテリアル理工学専攻 助教授
三重野哲   (現)静岡大学 理学部 教授
菊地直人   金沢工業大学 高度材料科学研究開発センター 研究員
         (現)(独)産業技術総合研究所 エレクトロニクス研究部門 研究員
草野英二   (現)金沢工業大学 高度材料科学研究開発センター 教授
臼杵辰朗   (現)三洋電機(株) デバイス開発センター 担当課長
小倉盛生   三洋電機(株) ニューマテリアル研究所 先端機能材料研究部
細野秀雄   (現)東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター 教授
竹内雅人   (現)大阪府立大学 大学院工学研究科 助手
安保正一   (現)大阪府立大学 大学院工学研究科 教授
小川倉一   (現)三容真空工業(株) 技術顧問
中山 明   (現)(株)イオン工学研究所 成膜技術部 部長

 執筆者の所属は、注記以外は2002年当時のものであり、お問い合せ等はご遠慮下さい。

目次

総論 プラズマ・イオンビーム技術の新展開
1. プラズマ・イオンビーム技術とナノテクノロジー
2. ナノテクノロジーに関連した日本の動き
3. ナノテクノロジーに関連した世界の動き
4. 本書の内容
5. まとめ

【基礎編】
第1章 プラズマの物理化学
1. はじめに
2. プラズマ中での反応過程
3. 反応場としてのプラズマ源
4. プラズマ反応場の制御

第2章 イオンビームの物理化学
1. イオンの発生とイオン源
1.1 イオン源プラズマを生成する方法
1.2 表面効果法
2. イオンビームの輸送
2.1 ビーム輸送における各機能
2.2 大電流イオンビームの発散抑制
3. イオンビームと固体表面相互作用
3.1 イオンビーム蒸着
3.2 イオンビームエッチング
3.3 イオン注入

第3章 プラズマ装置
1. プラズマ溶射装置
1.1 プラズマ溶射装置
1.1.1 はじめに
1.1.2 プラズマ溶射装置の特徴
1.1.3 プラズマ溶射装置の構成
1.1.4 プラズマ溶射ガン
1.1.5 プラズマ溶射制御装置
1.1.6 プラズマ電源
1.1.7 冷却水循環装置
1.1.8 粉末供給装置
1.1.9 種類
1.1.10 応用
1.1.11 まとめ
1.2 電磁加速プラズマ溶射装置
1.2.1 はじめに
1.2.2 原理
1.2.3 B4C溶射実験
1.2.4 考察および結論

2. プラズマCVD装置
2.1 はじめに
2.2 PCVDの産業利用
2.3 PCVDの特徴
2.4 PCVDによる薄膜
2.5 PCVD装置の要素技術
2.5.1 プラズマ励起方法
2.5.2 ガス導入・流れ制御方法
2.6 産業用PCVD装置
2.6.1 太陽電池反射防止膜成膜装置
2.6.2 ECR-CVDによるDLC膜
2.7 その他のPCVD
2.7.1 リモートプラズマCVD
2.8 ガスの安全性

3. スパッタリング装置
3.1 はじめに
3.2 光ディスク
3.3 単層膜用スパッタリング装置
3.4 スパッタ源
3.5 装置の高速化
3.6 さいごに

4. 電子サイクロトロン共鳴プラズマスパッタ装置
4.1 はじめに
4.2 ECRプラズマスパッタ装置の原理と成膜装置
4.2.1 ECRスパッタ法の成膜原理
4.2.2 最近のECR成膜装置
4.3 高品質薄膜の形成
4.3.1 酸化膜
4.3.2 窒化膜(絶縁膜)
4.3.3 金属膜
4.3.4 カーボン膜
4.4 おわりに

5. イオンプレーティング装置
5.1 はじめに
5.2 プラズマガンの特性とHCDイオンプレーティング装置
5.3 HCDイオンプレーティング装置の特長と性能
5.4 おわりに

6. アークイオンプレーティング装置
6.1 AIP法による皮膜形成の原理
6.2 AIP装置とその発展
6.2.1 AIP装置
6.2.2 マクロパーティクル制御
6.2.3 円筒ターゲット型AIP装置
6.2.4 インライン型AIP装置
6.2.5 複合型AIP装置
6.3 AIP法の応用事例
6.3.1 切削工具への応用
6.3.2 自動車部品への応用

7. 熱陰極PIGプラズマCVD装置
7.1 はじめに
7.2 装置の原理と構成
7.2.1 PIG-PECVD装置の構成
7.2.2 プラズマの安定化
7.2.3 基板のバイアス方法
7.3 DLCの厚膜コーティング技術
7.3.1 成膜方法
7.3.2 密着性
7.3.3 シリコン添加の効果
7.4 トライボロジー特性
7.5 まとめ

8. プラズマエッチング
8.1 はじめに
8.2 トルネードICP-エッチング装置
8.3 プラズマエッチングの基礎―シリコンを中心にして―
8.4 難削材料のエッチング
8.4.1 石英エッチング
8.4.2 化合物半導体への応用
8.4.3 白金エッチング
8.5 今後の展望

9. プラズマイオンプレーティング装置
9.1 はじめに
9.2 高安定プラズマイオンプレーティング法
9.3 膜特性
9.4 大面積基板への高速成膜技術
9.5 むすび

第4章 イオンビーム装置
1. イオン注入装置
1.1 イオン注入装置の機能と構成
1.2 イオン注入装置発展の経緯
1.3 中電流イオン注入装置
1.3.1 装置の仕様
1.3.2 イオン源部
1.3.3 イオン質量分析部
1.3.4 イオン加速部
1.3.5 ビームライン部
1.3.6 イオン注入室部
1.3.7 主制御部
1.4 大電流イオン注入装置
1.4.1 イオン源およびイオン引き出し部
1.4.2 イオン質量分析部
1.4.3 イオン注入室部
1.4.4 制御部
1.5 高エネルギーイオン注入装置
1.5.1 RF型加速
1.5.2 静電型加速

2. 集束イオンビーム装置
2.1 はじめに
2.2 FIB装置の構成と機能
2.3 応用例
2.3.1 断面SIM像観察
2.3.2 TEM試料作製
2.3.3 断面測長
2.3.4 三次元ナノ立体構造
2.4 まとめ

3. プラズマソースイオン注入装置
3.1 はじめに
3.2 PSII法の原理
3.3 PSII装置
3.4 PSII法に関する研究
3.5 おわりに

4. イオンビームスパッタ装置
4.1 はじめに
4.2 イオンビームスパッタ装置の特徴
4.3 イオンビームスパッタ装置の問題点
4.4 おわりに

【機能材料応用編】
第5章 イオン注入による表面機能材料
1. イオン注入の概要
2. イオン注入装置の構成と特色
3. 注入イオンの深さ分布
4. 表面の高機能化事例
5. 金属へのイオン注入
6. ダイナミックミキシングとPBII
7. イオン注入の利用法

第6章 薄膜誘電体材料
1. 強誘電体薄膜・高誘電率薄膜
1.1 スパッタリング法
1.2 MOCVD法
1.3 エピタキシャル成膜
1.4 応用例
2. PZT薄膜
2.1 スパッタリング法
2.2 MOCVD法
2.3 エピタキシャル成膜
2.4 応用例

第7章 ダイヤモンドおよび関連材料
1. 半導体ダイヤモンドの電子素子応用
1.1 緒言
1.2 ダイヤモンド薄膜の気相合成技術
1.3 ダイヤモンドを用いた電子素子
1.4 結言

2. DLC
2.1 はじめに
2.2 DLCの特徴・製法
2.3 DLCの用途開発
2.4 まとめ

3. プラズマジェットを用いるフッ素を含むガスからのcBNの合成
3.1 はじめに
3.2 合成法
3.3 膜の生成状況と性状
3.4 本プロセスの特徴
3.5 おわりに

4. 窒化炭素
4.1 はじめに
4.2 窒化炭素
4.3 窒化炭素薄膜の合成技術
4.4 おわりに

5. 炭窒化ホウ素
5.1 はじめに
5.2 B-C-N膜の合成と評価
5.3 まとめ

第8章 フラーレン
1. 合成方法
2. 合成過程
3. フラーレンファミリーの合成
3.1 金属内包フラーレンの合成
3.2 炭素ナノオニオンの合成
3.3 炭素ナノカプセルの合成
4. 高効率合成
5. 誘導体のプラズマ合成
6. フラーレンの応用

第9章 光機能材料
1. 透明導電性材料
1.1 SnO2系
1.1.1 SnO2
1.1.2 SnO2系薄膜の作製プロセス
1.1.3 SnO2系薄膜の物性
1.1.4 おわりに
1.2 ZnO系
1.2.1 ZnO
1.2.2 ZnO系薄膜の作製プロセスと物性
1.2.3 ZnOへのIII属元素のドーピングとそのキャリア生成効率
1.2.4 おわりに
1.3 ITO薄膜の低温形成
1.3.1 はじめに
1.3.2 ITOの作製方法
1.3.3 イオンビームスパッタリング法
1.3.4 成膜条件と膜特性
1.4 新規透明導電性材料系
1.4.1 深紫外透明β-Ga2O3薄膜
1.4.2 バイポーラーCulnO2を用いたp-nホモ接合
1.4.3 新しい透明p型導電性薄膜:LaCuOS
1.4.4 ヘテロエピタキシャルp-n接合をベースとしたUV-LED

2. 光触媒材料
2.1 紫外光のみでなく可視光の照射でも機能する酸化チタン光触媒開発の意義
2.2 可視光の照射でも機能する酸化チタン光触媒

3. 光学薄膜材料
3.1 はじめに
3.2 光学薄膜形成プロセスにおけるイオン・プラズマの役割
3.2.1 イオンのエネルギー
3.2.2 プラズマによるその他の効果
3.3 イオン・プラズマを利用した光学薄膜形成装置
3.3.1 イオンビームアシス蒸着法(IAD法)
3.3.2 プラズマIAD法
3.4 イオン・プラズマアシスト法による高機能光学薄膜の形成
3.5 おわりに

第10章 薄膜積層多層材料
1. 緒言
2. エレクトロニクス材料
2.1 誘電体超格子材料
2.2 有機ヘテロ接合光デバイス
3. 硬質耐摩分野用多層膜(超格子膜)材料
4. 熱電変換材料
5. 結言  
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