カテゴリー: 真空ひばりの真空教室

真空ひばりの真空教室 Vol.24 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ 物質の表面分析は真空中でこそ可能となる これまで、いろいろな製品やデバイスがどのように真空を利用してつくられているのかをお話してきましたが、この教室の最後に、真空を応用して物質の固体表面を分析する方法について、お話したいと思います。低速荷電粒子（電子イオン）を分析に用いると、固体の表面だけの情報を得ることができます。たとえば、固体試料を真空中に置いてイオンをぶつけると、最表面の原子・分子が真空中に飛び出します。そう、スパッタリング現象です。 こうして表面から出てきた原子や分子の一部はイオン化していて、このイオンの質量と数を計測することによって、固体表面の原子・分子構成を知ることができるんです。この手法は、SIMS（二次イオン質量分析法）と呼ばれ、半導体産業を始めとする多くの産業分野で用いられています。 表面に刺激を与えて飛び出した電子のエネルギーを計測 表面分析は、表面の原子・分子に与える刺激（プローブ）と、計測する荷電粒子の組み合わせによって、何十種類もの手法があります。表面分析法としてはSIMSのほかに、X線を照射して出てきた電子の運動エネルギーを計測する手法（X線電子分光法 : XPSまたはESCA）や電子を照射して出てきた電子の運動エネルギーを計測する手法（オージェ電子分光法: AES）などが一般的によく使われています。 AESは、試料に電子を当てることで出てくる電子を分析するものです。原子核のまわりの電子に電子を当てて空席にすると、外側の軌道を回る電子がそこに落ちて、そのときにX線を出さずに、そのエネルギーによって電子が飛び出すことがあるため、その飛び出した電子を分析することで元素の種類が特定できるんです。そして電子の代わりにX線を当てて、出てきた電子の運動エネルギーを計測するのがXPSです。 表面分析法は、とても多くの産業・科学研究分野において、新しい特性や機能を備えた物質の研究開発・品質管理に欠くことのできない手法として、長い間ずっと進歩を続けてきましたし、これからも必要不可欠なものなんです。 以上で私の「真空教室」はひとまず終わりです。長い間、私の拙い講義にお付き合いいただき、ありがとうございました。 用語解説原子物質の基本的な構成要素で、原子核と電子とから構成されています。自然に存在する物質は92種類の原子からなりますが、人工的につくられる寿命の短い原子十数種類の存在が確認されている。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.23 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ 魚釣りで使う道具「ルアー」も真空内の蒸着重合を応用してつくられている 「えっ、こんなものも真空と関わりがあるの?」と思ってしまうくらい、意外なものに真空技術が使われている、というのが今回のお話です。いろんなアウトドアスポーツの中で、魚釣りを楽しむ人もたくさんいますが、気軽にできて人気が高いのがルアー釣りです。ルアーは疑似餌のことで、魚に似せた形の金属にめっきや塗装を施したものが使われています。 ルアーにライン（釣り糸）を結んで投げて、リールでラインを巻き取ると、ルアーは水圧を受けてさまざまな動きをします。ただの金属片やプラスチック製のルアーが、まるで小魚のように泳いだりきらめいたりするため、これを見た魚が餌だと思ったり、敵だと錯覚したりして反射的に食いついてしまうんですって。古くから親しまれてきたこのルアーで、成膜法を応用した製品があります。表面に「蒸着重合」という方法で皮膜をつけるもので、角度によって色合いが変化するホログラムカラーが魚の気を引くようです。 基板上でモノマーを重合させる蒸着重合 蒸着重合とは、真空中で2種類のモノマーを同時に加熱して蒸発させ、基板上で重合反応をさせてから、高分子ポリマー膜として成膜する方法です。ルアーでは、無水ピロメリト酸オキシジアニリンの2つの原料モノマーを使いますが、従来の方法ではこれらをまず、重合反応させてポリマーにしてから基板に塗布していました。これに対して蒸着重合法は、真空内で別々に蒸発させた基板表面で重合反応を起こさせるため、薄膜の生成が可能となりました。その結果、ポリイミドやポリアミド、ポリ尿素などの樹脂を数nmから100μmまでの範囲で成膜できます。 蒸着重合法は、1984年に新しい機能性高分子成膜法として開発されました。成膜された高分子膜は、絶縁膜・断熱膜・保護膜などの機能性膜として利用され、すでにセンサやモーターコア、医療機器への応用が実用化されています。 ルアーへは、成膜面のもつグラディエーション性とホログラフィー性から応用されたもので、真空技術は最先端のデバイス製造だけでなく、こうした日用スポーツ品へも広がりを見せているんですね。 用語解説モノマー／ポリマー 同じ種類の小さな分子が互いに多数結合して巨大な高分子となるとき、小さい分子をモノマー（単量体）、生成した高分子をポリマー（重合体）という。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.22 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ ひげ剃りの刃の表面コーティングにも利用されている真空内での硬質皮膜処理 真空技術に支えられているものがたくさんあることは、これまでのお話で理解してもらえていると思いますが、今回は真空内での硬質皮膜処理のお話です。ホームセンターの工具売り場で売っているドリルなどの切削工具の中で、刃の部分に金色のコーティングが施されているものを見たことはありますか?このドリルの刃には、表面にTiN（窒化チタン）などの硬質皮膜が数ミクロンの厚さでコーティングされています。TiN膜は、硬くて耐摩擦性に優れた薄膜で、金属との密着性もよく、切削工具表面処理コーティングには適しています。 この硬質皮膜が施された工具は、無処理の工具に比べて寿命が数倍長くなるという特徴をもっているんです。硬質皮膜としては、TiNの他にもTiC（炭化チタン）、TiAIN（窒化チタンアルミ）などがあって、それぞれ硬度、摩擦係数、耐熱性の違いに応じて金型、自動車用部品、いろいろな装飾品などの表面処理コーティングに使われています。 そしてこれらの硬質皮膜の成膜には、イオンメッキとも呼ばれるイオンプレーティングによるものが多く用いられていますが、その他には、スパッタリング、CVD法などの手法も使ってコーティングされています。 ダイヤモンドのように堅いDLC（ダイヤモンドライクカーボン） もう一つ別のコーティングのお話をします。私はもちろん使うことはないけど、ひげ剃りの刃は、切れ味を良くするために、すごく薄くなっていますが、薄くなった分の耐久性を上げるために、刃先にDLC（ダイヤモンドライクカーボン）がコーティングされているものがあります。 DLCは文字通りダイヤモンドのようなカーボンで、硬くて耐久性がよくて、表面がとても滑らかで潤滑性があります。ひげ剃りの刃は、ステンレス製で刃自体の切れ味はかなり鋭いので、そのままだと肌まで削ってしまいます。そこで刃先にDLCをコーティングすることで、深剃りしても肌にはやさしいひげ剃りができるんですって。 しかもDLCは金属ではないため、金属アレルギーのある人でも使用できるという特徴もあります。このDLCの成膜方法は、イオンプレーティング、スパッタリング、CVD法など、さまざまで、用途に応じて使い分けされています。 用語解説熱処理金属、半導体、セラミックスなどに必要な性質を与えるために、固体の状態で行う加熱と冷却の総称。基本的には焼き入れと焼きなましの2種類に分類される。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.21 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ ICカードやRFIDタグは真空薄膜技術でつくられる クレジットカードや銀行のATMカードなどに代表されるICカード。最近は電車を乗る際に使う交通系のカードもICカードですから、誰でも日々持ち歩くものになっています。今回は、そのICカードや商品タグなどに使われるRFIDタグにも、真空薄膜技術が使用されているというお話です。 ICカードとは、プラスチック板にICチップを組み込んだカードのことです。また、ICとは、集積回路（Integrated Circuits）の略で、複雑な電気回路を顕微鏡でしか見えないくらいの小さな世界に閉じ込めています。いっぽうRFIDタグは、超小型のマイクロチップと小型のアンテナによって構成されていて、マイクロチップに組み込まれた情報を無線で発信します。ICカードのように「カード」という形状にとらわれず、ラベルなどのいろいろな形に変えて使われています。 電波は微弱で到達範囲も短距離ですが、この技術は現在スーパーマーケットやコンビニエンスストアで見かけるバーコードに代わる次世代技術として期待されているんです。ICカードやRFIDタグに埋め込まれているIC（マイクロチップ）は、これまでここでご紹介したさまざまな機器に用いられていたデバイス製造と同じように、真空を利用した薄膜加工技術を使って製造されています。 ICカードやRFIDタグは、記憶容量が多い ICカードやRFIDタグが盛んに用いられている背景には、個人認証とセキュリティの問題があるんです。クレジットカードなどでは、暗証番号さえ知ってしまえば誰でも使うことができますが、ICチップを採用すると、より個人認証能力が高まって、安全性がアップします。そのためには、カードを使用することができるための、持ち主本人だけの情報の必要性が重要になります。その場合、本人だけの特徴、たとえば諮問や顔写真、瞳の虹彩などをカードの中に織り込むために、ICカードは重要に役割を果たします。まるでスパイ映画のようなことが、現実になってきたっていうことね。 用語解説 集積回路 通常はICと略され、2つ以上の回路素子のすべてが、一つの基板上、または基板内に組み込まれている回路のこと。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.20 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ 加速度センサ内のデバイスはすべて真空中でつくられる 科学実験や地震計などで加速度を計測する加速度センサは、ゲームのコントローラや携帯電話の歩数計など私たちの身近なものにも使われていますが、「MEMS（メムス:Micro Electro Mechanical System）」と呼ばれる技術を使ったセンサの代表です。加速度って速度の時間変化ですが、それを検出する方式には、圧電型や静電容量型、ピエゾ抵抗型などがあります。 このうち圧電型は、チタン酸バリウムなどの結晶にある向きの力をかけると、その力に比例して起電力が発生する性質をもちます。このような結晶体に錘（重り）を押し付けておくと、加速度運動によって錘が圧力を与えます。この圧力の程度に応じて起電力が発生するため、その大きさから加速度がわかるというしくみになっています。このチタン酸バリウムの薄膜は、もちろん真空中でつけられます。 真空技術を応用して加速度センサは小型化した 静電容量型では、錘を乗せた板（シリコン基板）に梁（ビーム）を吊るし、その下には金属電極を並べておきます。つまり錘を乗せてビームで支えられたシリコン板と金属電極とがコンデンサを作る形となります。コンデンサって理科の授業で実験したのを覚えていますか?　そのコンデンサの静電容量は、電極の間隔に反比例するため、加速度運動によって、錘を支えるビームがたわむと静電容量が変化します。そのとき、金属電極に出入りする電流を測定することで静電容量の変化がわかり、そこから加速度の変化を知ることができます。 いっぽうシリコン基板にイオン注入機でホウ素を打ち込んでおくと、その基板に力が加わったときに、抵抗値が変化するようになります。これをピエゾ抵抗と呼び、その抵抗値の増減から加速度の大きさと方向がわかります。MEMSという半導体の微細加工を応用した技術を使うことで、加速度センサは驚くほど小型になりました。こんなことからも、真空技術は私たちの生活に欠かすことができないものであることが、よくわかると思います。 用語解説 静電容量 コンデンサなどが、電荷を蓄える能力を表す量のこと。コンデンサの極板間に電圧をかけると。両極板上に電圧に比例した電荷が蓄えられる。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.19 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ 最先端の真空技術が利用されているハイブリッドカー 今回は、複数の動力源を持つ自動車である「ハイブリッドカー」についてのお話です。自動車のメカニズムは、エンジン部分はもちろんのこと、安全・信頼性のためのさまざまな高機能部品をはじめ、エレクトロニクス技術の集大成で成り立っていることは、みんなよく知っていると思いますが、ハイブリッドカーには、さらに高機能な電子部品が多数必要なんです。 そのため1台あたりの半導体使用量を換算すると、6インチサイズのウエハ、ほぼ1枚分を消費し、これはデスクトップパソコンの8倍の使用量と言われています。こうした重要な役割を担う電子部品製造に真空技術は欠かせないものとなっています。 ほとんどのユニットで利用されている真空技術 ハイブリッドカーは、エンジンや回生ブレーキ、発電機、モーター、パワーコントロールユニット、電圧昇圧回路、バッテリーなどのユニットで構成されていますが、ほとんどのユニットで真空技術が利用されています。 たとえば、モーターには、軽量化・高出力化を実現するネオジウム磁石が使われていますが、その製造は、真空溶解炉や連続式水素処理炉、真空焼結炉などで行われます。また、パワーコントロールユニット内で50μmという極薄ウエハに複合機能を盛り込んだパワーICは、高温・割れ・たわみを解決した極薄ウエハ専用の薄膜装置でスパッタリングやイオン注入によってつくられています。 それから高電圧・高出力対応のコンデンサは、ハイブリッドカーに不可欠ですが、このフィルムコンデンサは、巻取式真空蒸着装置で製造されています。さらにハイブリッドカーのバッテリーには、エネルギー密度が大きく、高電圧・高出力のニッケル水素二次電池が利用されますが、その負極に使われる水素吸蔵合金は、真空熱処理炉で加工されているんです。このようにハイブリッドカーの部品製造には、最先端の真空技術が利用され、真空技術なくしてハイブリッドカーは存在しないといえます。 用語解説 回生ブレーキ 電動機を発電機として利用することによって、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電することができるブレーキ。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.18 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ CCDなどデジカメの心臓部は薄膜技術の集大成 身近なデジタル製品の中で、静止画を撮影する機器がデジタルスチールカメラ、動画は撮影する機器がデジタルビデオカメラです。どちらも人間の視覚と同じ働きをもつ光学部品と電子部品からつくられています。光（画像）が、人間の水晶体に相当するレンズを通して、同じように人間の網膜に相当する受光素子（CCD、イメージセンサ）からの信号を、脳に相当する画像プロセッサで処理して、0と1のデジタルデータとしてメディアに記録しています。 光学部品や電子部品の多くは、真空薄膜技術でつくられている デジタルカメラの性能を決めるものとして、受光素子の画素数があり、画素数が多くなれば画質が鮮明になっていきます。ここでは画像をフィルタに通して、薄型テレビのところでもお話した光の3原色のR（赤）、G（緑）、B（青）ごとに、各々の光の強弱を受光素子で感じ取って信号に変えています。画素数を上げて画質を鮮明にするためには、個々の光学部品、電子部品の高機能化、小型化が必要となります。 そして、こうしたデジタルカメラの光学部品、電子部品の製造には、真空薄膜技術が切っても切れないものとなっているんです。デジタルカメラのCCDやイメージセンサ、画像処理エンジンとなるLSIなどのデバイスは、真空中でのスパッタリングやCVDを利用して成膜した後で、フォトマスクによる感光、エッチング、レジストはく離を繰り返して製造されます。 カメラのレンズには、反射防止膜がついていますが、これも真空蒸着でつくっています。このようにデジタルカメラやデジタルビデオカメラの中には、たくさんの真空技術を利用したデバイスが詰め込まれているんです。 用語解説CCD半導体の上につくられた電極に、次々と電圧をかけていくことによって、半導体中のキャリアの量を保ったまま移動させていく撮像素子。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.17 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ CD・DVDの反射膜も真空薄膜加工技術で成膜 ここでは真空を利用した薄膜加工技術をいろいろご紹介していますが、今回は光を利用して情報を記録するメディアとして代表的なCDとDVDのお話です。どちらも記録・再生が可能なタイプと再生専用のタイプがありますが、その動作原理は基本的に同じで、レーザー光を当てることによって情報を記録し、レーザー光の反射を読み取ることで再生をします。 このレーザー光を安定して反射するためにCDやDVDには、アルミニウムの薄膜が塗布されていて、その成膜には蒸着法、スパッタリング法といった真空薄膜加工技術が用いられているんです。 真空内での薄膜生成は、原子1個分の厚さも可能 DVDは、貼りあわせた2枚の円盤の間にデータを記録したピットと呼ばれる小さなくぼみがらせん状にたくさん配置されています。このピットの表面には、真空内で成膜をされたアルミニウムの薄い膜が付いていて、レーザー光を当てると段差の部分と平坦な部分で反射光に違いが生じます。この変化を読み取って0または1のデジタルデータとして判断して、再生ができるようになります。 このピットの大きさは0.4μm～2.13μmで、その差異を読み取るため、アルミの膜は数千Å（オングストローム:1Å=10-10m）レベルの厚さになっているんです。 ちなみにCDやDVDの膜厚は、数千Åですが、現在の薄膜製造技術では、数Åレベルの薄膜をつけることも可能です。この厚さは、原子1個が並んでいる状態で、スパッタリングで対応できるんです。この場合、スパッタリングのパワーを落とすだけでなくて、基板との距離を離して、しかも材料が入り込む入り口を狭くすることで、ほんのちょっとしか出てこないようにして基板を高速回転させます。こうすると基板には、少しずつ何回かに分けて材料がつき、単原子層がつくられます。ほかにも超高真空にして、るつぼからゆっくり材料を蒸発させて膜をつける方法などが用いられています。 用語解説レーザー低いエネルギー状態にある分子の数より高いエネルギー状態にある分子の数の方が多い物質に、共鳴する光を作用させて、光の増幅を起こさせるための装置。 アルバックホームページ

真空ひばりの真空教室 Vol.16 はじめまして! 真空（まそら）ひばりです。この教室で皆さんに「真空」のことをいろいろレクチャーしていきます。よろしくネ♪ 薄型液晶テレビにも薄膜製造技術が不可欠 今回は薄型液晶テレビのお話です。 真空を利用した薄膜製造技術は、プラズマテレビや液晶テレビなど、どちらの方式の「FPD（フラットパネルディスプレイ）」にも多用されていますが、ここでは液晶テレビの「TFT方式」について、その利用技術を紹介します。 液晶テレビは、TFTをマトリックス状に並べた「TFTアレイ」とカラーフィルタの2枚のガラスで構成され、その5μmほどの間に液晶が閉じ込められています。TFTアレイは、画素ごとに電圧を制御して、その変化に応じて液晶の向きを変える役目をします。そしてその液晶の向きによって光の遮断や透過量が調整されて、そこを通り抜けた光は、カラーフィルタに備えられているR（赤）、G（緑）、B（青）の3原色によって発色し画像を表しているんです。 透明電極は、エッチングで形成される TFTのこと、説明が遅れましたが、TFTとは、Thin Film Transistorの略で、直訳すると薄膜トランジスタのことです。TFTは、RGBの3原色それぞれにトランジスタ、透明導電膜、配線を薄膜で形成し、一つひとつの画素の点灯を制御します。液晶テレビの製造は、まずガラス基板への成膜からスタートします。ここでは前回のお話にも出てきたスパッタリングや、蒸着法の一つのCVDなどを利用して、透明導電膜やパターンニングするときの配線用の成膜を行います。 基板への配線は、まず膜をベタ付けしてから必要な配線を残すという形で行われますが、こうした成膜はすべて真空中でつけられます。また、基板を削って加工するエッチングには、ウエットエッチングと真空中で行うドライエッチングがあります。ドライエッチングは、膜と反応しやすい塩素やフッ素が含まれているガスを封じ込めて放電させて、発生したフッ素や塩素で材料を削り取っていくんです。さらに液晶を滴下した後で、真空中にTFT基板とカラーフィルタの貼り合わせを行うといった具合に、いろんなところで真空技術が利用されています。普段何も考えずにテレビを見ているけど、考えてみたらテレビってすごい技術の集合体なのね。 液晶の構造 用語解説 液晶ある温度範囲で液体のような流動性をもつと同時に、分子が規則的に配向するという秩序を伴う性質を持つ物質。 液晶ディスプレイの製造装置に興味がある方はこちら アルバックホームページ