プレゼン資料2_電気通信大学小林哲(H スマートQOL新技術説目会）B

Size: px

Start display at page:

Download "プレゼン資料2_電気通信大学小林哲(H スマートQOL新技術説目会）B"

ゆきひらしどり
4 years ago
Views:

1 コロイダル量子ドットイオンビーム堆積装置 2019 年 2 月 14 日 Liquid Dispersed Colloidal Quantum Dot Ion Beam Deposition Apparatus LIQUID 電気通信大学情報理工学域共通教育部特任教授小林哲 Satoshi KOBAYASHI

2 コロイダル量子ドットとは? ナノサイズの半導体微結晶サイズによって自在に純色の発光人工的に電子状態制御できる光電子工学材料しかし溶媒に分散されたコロイド溶液コアの直径 = 2-6 [nm] シェルの厚み ~ 数原子層半導体プロセスとの親和性?

3 コロイダル量子ドットとは? 個の有機分子で被覆されている有機分子 ( 界面活性剤 ) が脱離すると表面準位 ( 消光中心 ) の活性化発光が不活性化 ( 劣化 )?

4 従来技術スピンコートインクジェットコンタクトプリントスクリーン印刷エレクトロスプレーいずれもウェットプロセス問題点有機分子は残留通常の半導体プロセス ( 真空 ) と不整合低い耐熱性耐光性 ( 界面活性剤の脱離 ) 界面活性剤無しの表面終端は困難

5 御提案技術の特徴コロイダル量子ドットから無機化量子ドット薄膜形成実現できるオンリーワン技術解決した課題有機分子の除去量子ドット構造の保存通常の半導体プロセス ( 真空 ) とコンパチ表面終端の実現 ( 発光性能の保持 )

6 御提案技術の特徴発表者が発明したコロイダル量子ドットイオンビーム堆積法 : LIQUID 法独自のメカニズムコロイダル量子ドット (CQD) をエレクトロスプレーでイオン化自由噴流を用いた加速機構全てのイオン種を等速度に加速量子ドットイオンが基板表面と衝突リガントの脱離 /QD 同士が表面を終端 CQD の発光特性を保持 / 無機化 QD 構造薄膜

7 御提案 R&D 用途向けプロトタイプ装置の御提供量子ドットデバイスの共同研究開発新規プロセス装置の共同研究開発技術相談加速用ジェットノズル速度決定用スキマーノズル応用例無機 EL 素子

8 LIQUID 装置スキマーノズルジェットノズルキャピラリーホルダー ICF152 接続フランジ排気ポート NW25 エレクトロスプレイヤー R&D 用途向けプロトタイプ量子ドットイオン源

9 LIQUID 法が御提供できるもの? 化学合成されるコロイダル量子ドット量子ドット構造薄膜を形成純色の発光活性大面積への成膜耐久性安定性有機物による劣化を回避

10 装置の用途例量子ドット構造薄膜を形成純色の発光活性大面積への成膜耐久性安定性有機物による劣化を回避純色の自発光素子 (LED, ディスプレー開発 ) PV デバイス ( 高効率太陽電池の研究開発 ) 励起子発光を利用した素子 ( 量子もつれ光源の研究 )

11 高密度かつ高効率の発光性薄膜の断面 TEM 像コロイド溶液の蛍光スペクトル同一! 堆積膜の蛍光スペクトル自己形成 S-K モードの量子ドットよりはるかに高密度 11

12 残留有機物は極めて低濃度 Intensity (counts/sec) 1e+5 1e+4 1e+3 1e+2 1e+1 1e+0 スピンコート膜 Film Carbon Cadmium Depth (nm) Substrate Intensity (counts/sec) 1e+5 1e+4 1e+3 1e+2 1e+1 1e+0 LIQUID 堆積膜 Depth (nm) Substrate 残留炭素濃度 (SIMS+XPS 分析 ) LIQUID 膜 : C/Cd~2 [ 原子 / 原子 ] スピンコート膜 : C/Cd~55 [ 原子 / 原子 ] Cap Film Cadmium Carbon

13 新堆積法の概念化学合成手法コロイダル量子ドット分散液エレクトロスプレーイオン化イオンビーム衝突励起エネルギー散逸有機分子の脱離熱非平衡過程での表面終端配位エネルギー ~ 10-1 ev < イオンエネルギー結合エネルギー ~ 10 0 ev

14 LIQUID 手法とは? コロイド溶液 (QD+ 界面活性剤 + 溶媒 ) エレクトロスプレーイオン化 QD イオンプルーム ( クーロン反発 ) 自由噴流形成排気溶媒界面活性剤 QD イオンビーム ( 加速 ) 非平衡緩和過程 QD 堆積膜 ( 界面活性剤脱離 & 脱溶媒和 ) イオンエネルギー ε=10-1 ~10 0 ev/atom

15 独自の装置設計思想スキマーノズルジェットノズルイオンビームエレクトロスプレイヤー加速機構拡大図 15

16 イオン化過程エレクトロスプレーイオン化ドリフト運動 v = m/s ε~0.2 ev 酸化反応還元反応電子高電圧電源凡そ 2kV/5mm 電子

17 分散用溶媒の調製溶媒への要求特性 1. 量子ドットの凝集を防ぐ 2. エレクトロスプレー時のコーンジェットモードの実現双極子モーメント :μ[d] 表面張力 :γ[mn/m] トルエンジエチルエーテルアセトン水メタノールアセトニトリルクロロホルム電解質, 添加物塩残留酸 / アルカリ凝集劣化

18 CQD のエレクトロスプレーイオン化コロイダル量子ドット + トルエン + エーテル + 他双極子モーメント μ[d] 及び表面張力 γ[mn/m] 凝集と分解を回避して調製 4d V=2 10 5(γr ) 2ln r γ= [N/m] c 1 c [V] d > 4 [mm] r c = 50 [mm] キャピラリーへの印加電圧 : V>1.2 [kv] 安定したエレクトロスプレーの発現

19 自由噴流による量子ドットイオンの加速 v=352.7 M p p [m/s], p = 1.5 [Torr] p 0 = 760 [Torr] M=3.65 D x D x ノズル直径 : D=0.5[mm] 2. 圧力比 : p 0 /p=760/ ノズル間距離 : x=3-4 [mm] x = 3-4 [mm] D = 0.5 [mm] 自由噴流の速度 v = 1.0~ [m/s]

20 イオンエネルギーの決定イオンの速度 = 1.0~ [m/s] 質量 m [amu] あたりの運動エネルギー ε = 5.2~ m [ev] InP(145.8 amu) / ZnS(97.5 amu) CdSe(191.4 amu) / ZnS(97.5 amu) m = 50~100 [amu/atom] ε = 0.3~0.7 [ev/atom] 界面活性剤分子の脱離に必要十分

21 イオンエネルギーの決定イオンの質量スペクトル例 (d=5.1 nm) Ion Current (pa/cm 2 ) kev μm E+0 5.0E+5 1.0E+6 1.5E+6 Ion Mass (amu/e) ブロードなピーク ε [ev] M/Z [amu/e] 量子ドット数個がクラスターを形成も

22 実用化に向けた課題産業への適用を目指してデバイス工程向けプロトタイプ製作要求特性への適用耐久性の検証効率の検証, etc. 企業様との協業通じて貢献

23 本技術に関する知的財産権発明の名称 : 微粒子堆積装置微粒子堆積方法並びに発光素子の製造方法 Particle deposition apparatus, particle deposition method, and manufacturing method of light-emitting device, 特許番号 : 第号, US Patent , Chinese Patent C, Taiwanese Patent I287255, Korean Patent 出願人 :HOYA( 株 ) 発明者 : 小林哲, 谷由紀

24 お問い合わせ先国立大学法人電気通信大学産学官連携センター産学連携コーディネーター今田智勝 TEL: FAX:

25 ご清聴ありがとうございました! 東京都調布市調布ヶ丘電気通信大学小林哲 The University of Electro-Communications Chofugaoka, Chofu, Tokyo, Japan Satoshi KOBAYASHI

新技術説明会　様式例

新技術説明会　様式例 1 有機物生体分子等の吸着に優れた突起 / 細孔形状ナノ粒子東京電機大学工学部電気電子工学科教授佐藤慶介研究分野の概要半導体ナノ粒子 ( 量子ドット ) の応用例 http://weblearningplaza.jst.go.jp/ maintenance.html http://www.jaist.ac.jp/ricenter/pam ph/maenosono/maenosono01.pdf

プレゼン資料2_電気通信大学 小林哲(H スマートQOL新技術説目会）B

プレゼン資料2_電気通信大学小林哲(H スマートQOL新技術説目会）B