触媒化学気相成長法

触媒化学気相成長法（Cat-CVD）による薄膜作製

触媒化学気相成長法（Cat-CVD）、別名ホットワイヤCVDは、真空環境下で加熱した触媒を用いて原料ガスを分解し、その分解生成物を基板上に薄膜として堆積させる技術です。この手法の大きな特徴は、高温に加熱された触媒と、常温から200℃程度の低温に保たれた基板を空間的に分離することで、熱に弱い基板、例えばプラスチックなどへの薄膜堆積を可能にしている点です。

Cat-CVD法の仕組み

Cat-CVDでは、タングステンなどの高融点金属でできた触媒を数百℃から2000℃の高温に加熱します。この触媒表面で原料ガスが分解され、未結合の手を持つ分解種、つまり遊離基が生成されます。これらの遊離基は、直接、もしくは気相中での反応を経て基板表面に到達し、薄膜を形成します。

Cat-CVD法の利点

Cat-CVD法にはいくつかの利点があります。まず、原料ガスの利用効率が高い点が挙げられます。場合によっては90％を超える効率を実現し、材料コストの削減に貢献します。さらに、装置が比較的シンプルで、大面積基板への成膜も容易です。メートルサイズといった大型基板への対応も可能です。

また、プラズマCVDのような荷電粒子（高エネルギー電子やイオンなど）の発生が抑制されるため、選択的な分解種の生成が可能です。これは、目的とする薄膜の品質向上に大きく寄与します。しかし、分解可能な原料ガスには制約がある点には注意が必要です。

Cat-CVD法の応用

Cat-CVD法は、当初、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、窒化シリコンなどの半導体関連薄膜の作製を目的として開発されました。近年では、その応用範囲が大きく拡大しており、高分子薄膜の作製や、水素原子などを用いた表面改質、フォトレジストの除去などにも利用されています。特に、水素原子を用いた表面改質は、材料表面の機能性を向上させる上で有効な手段です。

MO-Cat-CVD法

Cat-CVD法の発展形として、有機金属化合物原料を用いるMO-Cat-CVD(metalorganic catalytic CVD)も提案されています。この手法は、有機金属化合物を原料として用いることで、各種有機・無機ハイブリッド薄膜材料の作製を可能にしています。ハイブリッド材料は、有機材料と無機材料の両方の特性を併せ持つため、新たな機能性材料の開発に繋がることが期待されています。

開発の歴史と現状

Cat-CVD法は、北陸先端科学技術大学院大学の松村英樹教授を中心に開発が進められてきました。現在では日本だけでなく、世界中の研究機関で研究開発が進められており、その応用範囲はますます広がりを見せています。

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