産総研  > 組織 > 電子光基礎技術研究部門 > 先進プラズマプロセスグループ

グループ概要


先進プラズマプロセスグループ

研究目標
先進プラズマプロセス技術の高度制御による革新的な省エネルギー・低環境負荷エレクトロニクスデバイスの開発と成果の社会還元、及び、安心・安全な超高齢化社会実現への貢献を目標としています。

重点研究
1.新規プロセス技術(窒化物系材料、カーボン系材料、表面処理・パッシベーション等)
 1-1. 準大気圧環境下における低温高密度窒素系活性種生成
  ・高効率緑色・赤色LED素子開発  
  ・半導体の窒素パッシベーション技術の開発  
 1-2. 大気圧・ダメージレス低温プロセスによる大面積・高速表面処理 (図1参照) 
 1-3. カーボン系材料開発  
  ・高品質グラフェンの低温成膜(高集積・薄膜型電子デバイス用の高性能放熱材及び熱伝導路集積回路)
  ・炭素プラズマ源等の長時間放電
 1-4.高出力緑色レーザーの開発  
  ・数値解析によるモデル構築 (レーザーによる酸化物光学材料の欠陥生成と特性評価)
 1-5.半導体プラズマプロセスの診断・制御と欠陥低減(図2参照)
  ・プロセス中における欠陥のオペラント検出技術の開発
  ・欠陥低減による半導体材料(活性層・パッシベーション膜)の高品質化
  ・シリコン系薄膜材料の新規応用開拓
2.ライフサイエンス系研究開発
  ・外科手術用低侵襲プラズマ止血機器の橋渡し研究(図3参照)
  ・国際標準化研究(IEC / TC 62 - SC 62D )
    Low energy ionized gas haemostasis equipment
  ・低温・高反応プラズマプロセスによる剤型加工技術開発
  ・近赤外イメージング素子開発
  ・中性子捕捉療法用低毒性ボロン製剤の生成
3.萌芽研究開発
  ・プラズマによる物質の帯電制御に関する研究
  ・超小型人工衛星用超小型プラズマ推進器の開発


図1:高速・大量処理・安価・低電力・コンパクト・長寿命、かつ様々なガスの低温プラズマ処理が可能な次世代プロセスツール(繊維、プラスチック、紙、粉末、インク、金属、半導体材料等を処理することにより、接着性向上、印刷性改善、濡れ性改善、メッキ前処理、クリーニング、分散性改善、酸化膜還元、及び炭素系成膜を行う)。



図2:半導体プラズマプロセスの診断装置例(プローブ、発光分光、質量分析、吸収分光等の手法を用いて半導体プラズマを診断。分光エリプソ、FTIR、ポンプ・プローブ欠陥検出技術を用いて、シリコンウエハ表面の欠陥や電気的光学的特性をオペラント評価。)




ライフサイエンス系研究開発

図3:外科手術用低侵襲プラズマ止血機器


保有技術
  • 低気圧・中間気圧・大気圧プラズマ生成技術、固体元素由来プラズマ生成技術、イオンビーム技術、数値シミュレーション技術、計測技術
  • 低気圧・中間気圧・大気圧プラズマ装置、ラマン顕微分光器、デジタルマイクロ顕微鏡、薄膜低抵抗測定器、表面エネルギー測定器、スピンコート、プラズマ分光器(紫外・可視・近赤外域)、質量分析器、赤外線カメラ、イオンビーム装置、YAGレーザー、高電圧電源 等
  • シリコン系成膜装置(特定高圧ガス消費設備)、無機ドラフトチャンバー、QSSPC(キャリアライフタイム測定装置)、サブギャップ光吸収装置、ポンププローブ欠陥評価装置

主要特許・論文
  • 発明名称:プラズマ照射処理装置 WO2012/005132(2012/01/12).
  • 発明名称:プラズマ照射処理装置の作動方法及び物質にプラズマ照射する方法 特 5828464、2015/10/30.
  • 発明名称:マイクロ波プラズマ処理装置 PCT/JP2014/072779 (WIPO) 2014.
  • 発明名称:レーザー溶発による原子内包フラーレン生成システム、特願2018-534392.
  • 発明名称:窒素化合物の製造方法及び製造装置、特 6590420、2019/09/27.
  • 発明名称:イオンビーム源装置及び該装置を用いてイオンビーム電流密度を制御する方法、特 6598243、2019/10/11.
  • 発明名称:グラフェン膜の作製方法、特 6661189、2020/02/14.
  • 発明名称:パッシベーション膜、パッシベーション膜付半導体基板、パッシベーション膜の成膜方法、及びパッシベーション膜付半導体基板の製造方法、特願2021-068115.

  • J. Kim, H. Sakakita, H. Itagaki, “Low-temperature graphene growth by forced convection of plasma-excited radicals”, NANO LETTERS, 19, pp.739-746, 2019/01.
  • Susumu Kato, Atsushi Sunahara, and Masahiro Tsukamoto, ”Kinetic model for color-center formation in TiO2 film using femtosecond laser irradiation”, Journal of Vacuum Science & Technology A 37, 031512 (2019).
  • Potential formation on dielectric surface by an atmospheric pressure helium plasma jet,T. Shimizu, K. Kikunaga, H. Sakakita,Jpn. J. Appl. Phys. 58 (2019) 090906.
  • H. Itagaki, Y. Fujiwara, Y. Minowa, Y. Ikehara, T. Kaneko, T. Okazaki, Y. Iizumi, J. Kim, and H. Sakakita, “Synthesis of endohedral-fullerenes using laser ablation plasma from solid material and vaporized fullerenes”, AIP Advances 9, 075324 (2019).
  • H. Sakakita, H. Yamada, T. Shimizu, M. Fujiwara, S. Kato, J. Kim, S. Ikehara, N. Shimizu, Y. Ikehara, “Effects of electric charges on serum protein aggregation induced by a low temperature atmospheric pressure plasma”, J. Phys. D: Appl. Phys. 54, 215201 (2021).
  • H. Sakakita, T. Shimizu and Y. Ikehara, Reviews of low-temperature atmospheric pressure plasma for studying hemostasis and international standardization, Jpn. J. Appl. Phys. 60 (2021) 020502.
  • H. Sakakita, et al., Electrical characteristics of a low temperature atmospheric-pressure helium plasma jet, AIP Advances 11 (2021) 015323.
  • T. Shimizu, Wound treatment by low-temperature atmospheric plasmas and issues in plasma engineering for plasma medicine, Jpn. J. Appl. Phys. 59 (2020) 120501.
  • T. Shimizu, H. Yamada, M. Fujiwara, S. Kato, Y. Ikehara, H. Sakakita, Dynamics of flow in albumin solution treated by low-temperature atmospheric pressure helium plasma jet, AIP Advances 10 (2020) 125216.
  • J. Kim, K. Takeda, H. Itagaki, X. Wang, S. Hirose, H. Ogiso, T. Shimizu, N. Kumagai, T. Tsutsumi, H. Kondo, M. Hori, H. Sakakita, “Measurements of nitrogen atom density in a microwave-excited plasma jet produced under moderate pressures”, IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, Vol. 15, pp. 1281-1287 (2020).
  • Hydrogen-induced defects in crystalline silicon during growth of an ultrathin a-Si:H layer, S. Nunomura, I. Sakata, K. Matsubara, Jpn. J. Appl. Phys. 59, SHHE05-1-SHHE05-7 (2020).
  • Real-time monitoring of surface passivation of crystalline silicon during growth of amorphous and epitaxial silicon layer,S. Nunomura, I. Sakata, H. Sakakita, K. Koga, M. Shiratani, J. Appl. Phys. 128, 033302-1-033302-9 (2020).

  • 国際標準、開発ガイドライン
  • 医療機器開発ガイドライン「外科手術用低侵襲プラズマ止血装置2015」、経済産業省 (2015/12).
    https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/healthcare/iryou/downloadfiles/pdf/201512.31.pdf
  • 開発ガイドライン(手引き),外科手術用及び内視鏡下手術用(体腔鏡下手術に使用される) 低侵襲プラズマ止血装置開発ガイドライン2019(手引き),榊田 創、池原 譲,経済産業省/国立研究開発法人日本医療研究開発機構、2019/3/15. https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/healthcare/iryou/downloadfiles/pdf/44_guideline.pdf
  • Particular requirements for the basic safety and essential performance of low energy ionized gas haemostasis equipment,IEC 60601-2-76; 2018, Medical electrical equipment; Part 2: Particular requirements for the basic safety and essential performance of low energy ionized gas haemostasis equipment (2018/4/10).

  • 解説
  • 布村正太,機関誌『応用物理』解説,プラズマ誘起欠陥の発生と修復:半導体デバイス製造におけるその場検出,公益社団法人 応用物理学会、2021/02/05.
  • 加藤進,三尾典克,栗村直,「残留微小吸収を含む波長変換プロセスの熱解析」,レーザー研究「新時代の光ファイバー・光デバイス技術ー既成概念を超えるチャレンジー」特集号,48号,7巻,pp.350-355(2020)
  • 榊田創、池原譲、低侵襲プラズマ止血機器の安全性に関する国際標準とその意義、J. Plasma Fusion Res. Vol.95, No.4 (2019)173‐179.


  • 受賞
  • 産業標準化事業表彰・産業技術環境局長表彰、榊田 創 (2020.10.1)
  • 文部科学省共同利用・共同拠点名古屋大学低温プラズマ科学研究センター 第22回プラズマ材料科学賞奨励部門賞、布村正太 (2021.1.29)
  • 第19回応用物理学会「プラズマエレクトロニクス賞」、金載浩、板垣宏知、榊田創(2021.3.17)
  • 第12回応用物理学会「シリコンテクノロジー分科会論文賞」、布村正太、坂田功、榊田創、白谷正治、古閑一憲 (2021/3/17)
  • ISPlasma 2021, The Best Short Presentation Awards, Takashi Tsuji, Yoshiki Shimizu, Jaeho Kim, Hajime Sakakita, Kenji Hata, Don Futaba and Shunsuke Sakurai, “Importance of Hydrogen on the Microplasma Synthesis of Carbon Nanotubes” Mar. 11, 2021.