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機能性無機膜 ―開発技術と応用―

  • Functional Inorganic Films ―New Technologies and Applications―
(2006年『機能性無機膜の製造と応用』普及版)

商品コード: B0975

  • 監修: 上條榮治
  • 発行日: 2011年9月
  • 価格(税込): 4,968 円
  • 体裁: A5判,305ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0359-8

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刊行にあたって

 携帯電話,インターネット,電子メールなどの発展には目覚ましいものがあり,いわゆるユビキタス情報化社会の一端を垣間見る思いである。この様な情報化社会を可能としている様々な技術の中にあって,薄膜技術の役割は極めて大きく,縁の下の力持ちとして,今日の社会を支えていると云っても過言ではない。特に,金属・セラミックスからなる無機薄膜技術は,半導体デバイス,電気・電子部品はもちろん機械部品,金型・治工具あるいは食品包装フィルムなど様々な工業分野で実用に供され利用されている。
 ナノテクノロジーが世界の注目を集めて久しく,多くの研究成果が私達の日常生活にも実用化されてきた。この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ことであるが,真空を利用した乾式法による薄膜技術はその基本プロセスとして注目され,大きく発展している。更に,金属,セラミックス,半導体等のナノ粒子を湿式法による様々な自己組織化手法を用いて規則的に配列・集積する技術は,長足の進歩をしており,ゾル・ゲル法を含めて省資源・省エネルギーの新しい薄膜製造プロセス技術として期待される。これらの無機薄膜技術をナノテクノロジーの基盤技術として更に発展させるためには,現状と問題点を理解・整理し,その動向を明らかにしてゆくことが肝要と考えられる。
 本書は,この様な観点から特に無機材料薄膜に焦点を当て,乾式法のみでなく湿式法も含めた薄膜製造プロセス技術,製造装置技術,薄膜評価技術,応用技術を通観し,将来動向を予測する事を目指し,無機薄膜技術の一端を新しい斬新な目で紹介する事を思考した。
 お願いした執筆者は,新無機膜研究会のメンバーを核に各分野の専門家であり,それぞれの分野でご活躍の特に若手研究者に分担執筆をお願いした。無機薄膜材料の製造・応用技術あるいはナノテクノロジーに関心のある多くの皆様に参考になる書物になることを期待している。

2006年6月  龍谷大学 名誉教授 上條榮治


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『機能性無機膜の製造と応用』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。

2011年9月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

上條榮治   (現)龍谷大学名誉教授;REC顧問
大平圭介   (現)北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 助教
松村英樹   (現)北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 教授
青井芳史   (現)龍谷大学 理工学部 物質化学科 准教授
横尾俊信   (現)京都大学 化学研究所 材料機能化学研究系 無機フォトニクス材料 教授
林 信博   (株)アルバック 産業機器事業部 第二技術部
横井 伸   (株)アルバック 産業機器事業部 第二技術部
牛神善博   住友重機械工業(株) 量子機器事業部 成膜装置部 部長
寺山暢之   神港精機(株) 装置事業部 技術部 第二開発課 課長代理
安岡 学   (株)不二越 機械工具事業部 チーフエンジニア 
玉垣 浩   (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
岩井啓二   ヒラノ光音(株) 常務取締役
鈴木巧一   (株)サーフテックトランスナショナル 代表取締役
西村芳実   (株)栗田製作所 技術開発室 特別技術顧問  
中山 明   (現)住友電気工業(株) 研究統轄部 企画部 主席
山田羊治   (株)イオン工学研究所 成膜技術部
青木正彦   (株)イオン工学研究所 分析技術部 部長
吉田謙一   (株)イオン工学研究所 分析技術部
横山勝昭   (株)イオン工学研究所 分析技術部
宮﨑 恵   (株)イオン工学研究所 分析技術部
小川倉一   三容真空工業(株) 技術顧問
南 内嗣   金沢工業大学 光電相互変換デバイスシステム研究開発センター 教授
岡本昭夫   大阪府立産業技術総合研究所 情報電子部 電子・光材料系 主任研究員
草壁克己   福岡女子大学 人間環境学部 生活環境学科 教授
垰田博史   (独)産業技術総合研究所 サステナブルマテリアル研究部門 環境セラミックス研究グループ長
        (現)(株)エコプライズ CTO(最高技術責任者)
岩本雄二   (財)ファインセラミックスセンター 材料技術研究所 研究第一部 ハイブリッドプロセスグループマネージャー;水素分離膜プロジェクトグループリーダー・主席研究員
笠井義則   日本電気硝子(株) 技術部 担当部長
金井敏正   日本電気硝子(株) 薄膜事業部 課長
岡本俊紀   (現)グンゼ(株) 研究開発部 特命プロジェクト 
茶谷原昭義  (現)(独)産業技術総合研究所 ダイヤモンド研究ラボ 副研究ラボ長
中東孝浩   日本アイティエフ(株) 技術部 部長補佐
        (現)日新電機(株) 経営企画部 技術企画グループ グループ長
山本兼司   (現)(株)神戸製鋼所 技術開発本部 材料研究所 主任研究員
 
執筆者の所属表記は,注記以外は2006年当時のものを使用しております。

目次

第1章 無機膜の製造プロセス
1. PVD法
1.1 真空蒸着法
1.1.1 薄膜形成の素過程と真空の関係
1.1.2 薄膜の成長様式
1.1.3 反応性蒸着
1.1.4 膜厚みの均一性
1.2 イオンプレーティング法
1.2.1 原理
1.2.2 各種の装置
1.2.3 特徴
1.3 スパッタリング法
1.3.1 原理
1.3.2 成膜過程
1.3.3 スパッタ成膜装置
1.4 PVD法で得られる薄膜の特徴
1.4.1 薄膜形成におけるイオン照射の効果

2. CVD法
2.1 熱CVD
2.1.1 基板表面への物質輸送(気相拡散)
2.1.2 吸着過程
2.1.3 反応過程
2.1.4 熱分解反応
2.2 プラズマCVD
2.3 光CVD
2.4 Cat-CVD
2.5 MOCVD法
2.6 CVDで得られる薄膜の特徴

3. PLD法
3.1 はじめに
3.2 PLD法によるY系超伝導体薄膜の合成
3.3 レーザーMBE法

4. LPD法
4.1 はじめに
4.2 まとめ

5. ソフト溶液プロセス
5.1 はじめに
5.2 水熱電気化学法
5.3 フェライトめっき法
5.4 電気化学的ソフト溶液プロセス
5.5 まとめ

6. ゾル-ゲル法
6.1 はじめに
6.2 ゾル-ゲル法の基礎化学
6.3 コーティング方法
6.3.1 ディップコーティング法
6.3.2 スピンコーティング法
6.3.3 スプレーコーティング法
6.3.4 キャピラリーコーティング法
6.3.5 パイロゾルプロセス
6.4 基板とコーティング膜の接着
6.5 マイクロパターニング(微細加工)
6.6 機能性コーティング膜
(1) 光学機能膜
(2) 電磁気機能
(3) 化学的および機械的保護機能膜
(4) 触媒機能コーティング膜
6.7 まとめ

7. マイクロ液体法
7.1 マイクロ液体プロセス
7.2 無機系薄膜への応用
7.3 インクジェット法以外の方法
7.4 まとめ

第2章 無機膜の製造装置技術
1. 最新のフィルムコンデンサー用巻取蒸着装置
1.1 はじめに
1.2 フィルムコンデンサーの動向
1.2.1 ハイブリッドカーの動向
1.2.2 ハイブリッドカーとフィルムコンデンサーの関わり
1.2.3 蒸着フィルム生産に求められる新しい技術
1.3 巻取成膜装置
1.4 コンデンサー用蒸着装置
1.4.1 高生産性を実現
1.4.2 高速成膜のポイント
1.4.3 本技術の応用分野
1.4.4 今後の予定

2. 反応性プラズマ蒸着装置
2.1 はじめに
2.2 RPD装置の原理と構成
2.3 RPD装置の成膜プロセス
2.4 RPD装置による膜の特徴
2.5 RPD成膜装置の構造
2.6 おわりに

3. プラズマCVD装置
3.1 はじめに
3.2 PIGプラズマCVD装置と成膜特性
3.2.1 PIGプラズマCVD装置の構成
3.2.2 成膜特性
3.2.3 皮膜構成
3.3 HCDプラズマCVD装置と成膜特性
3.3.1 HCDプラズマCVD装置の構成
3.3.2 成膜特性
3.3.3 トライボロジー特性
3.4 おわりに

4. HCDイオンプレーティング装置
4.1 はじめに
4.2 圧力勾配型HCDガン
4.3 HCDイオンプレーティング装置
4.4 イオンプレーティング装置の操作
4.5 HCDイオンプレーティングの特色
4.6 HCDイオンプレーティングの応用
4.7 おわりに

5. アークイオンプレーティング装置
5.1 アークイオンプレーティング(AIP)法の概要
5.2 AIP法による皮膜形成の原理
5.3 最近のAIP装置の例
5.3.1 汎用バッチ型AIP装置
5.3.2 インライン型AIP装置
5.3.3 厚膜コーティング用AIP装置
5.3.4 箔コーティング用AIP装置(AIPロールコータ)
5.3.5 複合型AIP装置

6. スパッタ装置
6.1 はじめに
6.2 スパッタ技術の概要
6.3 スパッタ装置の排気系
6.4 機能性成膜利用分野とその装置
6.5 縦型(鉛直)走行式スパッタ装置の概要
6.6 おわりに

7. アンバランスドマグネトロンスパッタ装置
7.1 アンバランスドマグネトロンスパッタ(UBMS)法の概要
7.2 UBMS法の原理と特徴
7.3 UBMS法の効果
7.4 アンバランスドマグネトロンスパッタリング装置の例

8. パルスマグネトロンスパッタ装置
8.1 はじめに
8.2 パルスマグネトロンスパッタの原理
8.2.1 サイン波パルスマグネトロンスパッタ
8.2.2 矩形波パルススパッタ
8.2.3 パルススパッタ用カソード技術
8.2.4 プロセス制御技術
8.2.5 矩形波パルススパッタの能力
8.3 パルスマグネトロンスパッタ装置例
8.4 矩形波パルスプラズマの基板エッチングへの応用
8.5 おわりに

9. プラズマイオン注入法を用いた成膜装置の開発
9.1 はじめに
9.2 プラズマイオン注入・成膜法
9.2.1 原理
9.2.2 RF・高電圧パルス重畳法
9.2.3 バイポーラ方式プラズマイオン注入・成膜装置
9.2.4 プラズマイオン注入・成膜装置のガス導入系

第3章 無機膜の物性評価技術
1. 薄膜の組成と構造
1.1 X線光電子分光分析
1.1.1 原理
1.1.2 分析事例
1.2 二次イオン質量分析
1.2.1 原理
1.2.2 分析事例
1.3 ラマン分光分析
1.3.1 原理
1.3.2 分析事例
1.4 薄膜X線回析
1.4.1 原理
1.4.2 分析例
1.5 透過電子顕微鏡
1.5.1 原理
1.5.2 観察事例
2. 薄膜の密着力および内部応力
2.1 薄膜の密着力
2.2 薄膜の内部応力
3. 薄膜の機械的特性
3.1 硬度
3.2 ヤング率
4. 薄膜の電磁気特性
4.1 電気抵抗測定
4.2 薄膜のホール測定
5. 薄膜の光学特性
5.1 屈折率
5.2 透過率
6. 薄膜の耐食性
6.1 はじめに
6.2 金属の腐食
6.3 酸化物の分解

第4章 無機膜の最新応用技術
1. 工具・金型分野への応用
1.1 機械加工への応用
1.2 硬質被覆膜の工具への適用
1.3 硬質被覆膜の金型への適用
1.4 硬質被覆膜の適用動向

2. シリサイド系半導体薄膜の発光/受光デバイスへの応用
2.1 はじめに
2.2 シリサイド系半導体薄膜の研究動向および課題,問題点
2.2.1 β-FeSi2薄膜結晶成長技術
2.2.2 情報通信用発光/受光デバイスに関する研究動向
2.2.3 世界の研究動向
2.2.4 情報通信用発光/受光デバイスに関するシリサイド系半導体薄膜の課題,問題点
2.3 高速大容量情報通信用発光/受光デバイス実現に向けて
2.3.1 大面積(連続膜)β-FeSi2エピタキシャル成長技術
2.3.2 低温成膜(結晶成長)技術
2.3.3 低ダメージドーピング技術
2.3.4 微細加工技術(エッチング技術)
2.4 まとめ

3. 光学機能分野への応用例
3.1 はじめに
3.2 光学多層膜用材料
3.3 光学多層膜の要素機能と応用例
3.3.1 反射防止膜
3.3.2 高反射膜
3.3.3 分光特性可変フィルター
3.4 まとめ

4. ディスプレイ分野への応用
4.1 ディスプレイと無機機能性薄膜
4.2 ディスプレイ用透明導電膜
4.3 ディスプレイ用蛍光体薄膜
4.4 まとめ

5. 電子デバイス分野への応用
5.1 はじめに
5.2 機能性薄膜材料について
5.3 薄膜デバイス
5.3.1 Cr-O薄膜を用いた圧力センサ
5.3.2 Cr-N薄膜を用いた赤外線センサおよび極低温用温度センサ
5.3.3 TaAl-N薄膜を用いた熱伝導型真空センサ
5.4 今後の展望

6. 光記録デバイス分野への応用
6.1 はじめに
6.2 光ディスクの記録・再生の原理
6.3 光ディスクの種類と分類
6.4 有機色素記録膜光ディスク
6.5 相変化記録膜光ディスク
6.5.1 光ディスクの高密度化技術
6.5.2 光ヘッド技術
6.6 光磁気ディスク
6.6.1 記録媒体の構造
6.6.2 記録・再生の原理
6.6.3 光磁気記録の高密度化技術
6.7 まとめ

7. 反応・分離への応用
7.1 はじめに
7.2 気体分離用無機膜
7.3 膜型反応器の効果
7.4 膜型反応器の問題点
7.5 水素分離膜
7.6 触媒膜
7.7 おわりに

8. 環境分野への応用
8.1 はじめに
8.2 光触媒の特徴
8.3 光触媒の材料開発
8.4 光触媒の応用
8.4.1 水処理
8.4.2 空気浄化(脱臭・排ガス浄化など)
8.4.3 汚れ防止,曇り止め
8.4.4 大気浄化
8.4.5 抗菌防かび
8.5 おわりに

9. 高温水素分離用セラミック膜の開発
9.1 はじめに
9.2 高温水素分離膜
9.3 新たな高温水素分離用セラミック膜の合成開発
9.3.1 新規パルス法による陽極酸化アルミナ基材の合成
9.3.2 陽極酸化アルミナのガス透過特性
9.3.3 ニッケルナノ粒子分散アモルファスシリカ膜の合成開発
9.4 おわりに

第5章 最新のトピックス
1. 熱線反射膜と製品
1.1 はじめに
1.2 遮熱膜の付け方と製品
1.2.1 スプレーコート
1.2.2 スパッタリング
1.3 おわりに

2. プラスチックフィルムのガスバリア膜
2.1 はじめに
2.2 プラスチックフィルムへの薄膜成膜技術
2.2.1 成膜技術
2.2.2 ガスバリア性の評価
2.3 プラスチックフィルムのガスバリア膜への応用
2.3.1 包装フィルム用ガスバリア膜
2.3.2 FPD基板フィルム用ガスバリア膜

3. 気相成長法によるダイヤモンド合成
3.1 ダイヤモンドの気相合成法
3.2 単結晶ダイヤモンドの高速気相合成
3.3 マイクロ波CVD法によるダイヤモンド単結晶の合成
3.3.1 プラズマ分光
3.3.2 成長速度
3.3.3 成長表面形態
3.3.4 長時間成長
3.4 まとめ

4. フレキシブルDLC薄膜
4.1 はじめに
4.2 DLCの特徴
4.3 高分子材料へのフレキシブルDLCの適応
4.4 成膜装置および処理方法
4.5 評価項目および方法
4.6 実験結果
4.6.1 成膜速度
4.6.2 摩擦係数
4.6.3 摩耗特性
4.6.4 膜硬度
4.6.5 電気抵抗
4.6.6 撥水性
4.7 まとめ

5. メタルドープDLC薄膜
5.1 はじめに
5.2 DLCの特徴
5.3 DLCへの異元素ドープのアプローチ
5.4 DLCの製法
5.5 DLCの状態図
5.6 メタルドープの摩擦・摩耗特性
5.7 まとめ

6. プラズマイオン注入成膜装置を用いた薄膜の作製と評価
6.1 プラズマイオン注入法で作成できる各種の薄膜
6.1.1 RF・高電圧パルス重畳法を用いたDLC膜の作成
6.1.2 バイポーラ方式を用いた導電性カーボン膜の作製
6.1.3 有機金属を用いた金属セラミック薄膜の作製
6.2 まとめ

7. 立方晶窒化ホウ素(cBN)膜合成における最近の展開
7.1 窒化ホウ素膜の特性
7.2 PVD法によるcBN合成
7.3 CVD法によるcBN合成
7.4 実用化における課題と展望

8. 炭窒化ホウ素系薄膜
8.1 はじめに
8.2 炭窒化ホウ素(B-C-N)薄膜の合成
8.3 まとめ
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