核の発生を決定するパラメータの導出と薄膜付着強度の向上

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750093
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 萱場 智雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60250677)
• Keywords: ダイヤモンド薄膜 / 核発生 / 分子動力字 / 付着強度 / シリコン / 第一原理 / CVD / 電子デバイス

Research Abstract

ダイヤモンド薄膜においては,基板と薄膜は蒸着の初期に核が発生した位置でのみ接していることが従来から確認されている。このため薄膜生成にあたっては,薄膜の核の数すなわち核発生密度を増加させることが重要となる。ここでは核の発生を決定するパラメータの導出と薄膜付着強度の向上を目的として,分子動力学シミュレーションを実施をした。得られた実績を要約して以下に示す。
1.核成長に及ぼす基板傷つけ処理の彫響を三次元的に解明することを目的として,儡つけ処理を施したシリコン基板と反応ガスからなる核成長三次元モデルを考案し,シリコン基板上に発生および成長するダイヤモンド核を対象とした分子動力学シミュレーションを行った。同モデルにおいては,原子間相互作用を表すものとして経験的な2体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルを用いた。その結果,三次元核成長過程を数値的に明らかにした。
2.薄膜-基板問の付着強度を数値的に求める場合等においては,1.のような経験的ポテンシャルを用いた分子動力学によってではなく,量子力学に基づいた第一原理分子動力学によりシミュレーションを行うことが求められる。ダイヤモンド核発生の開始の基本的な素過程を量子力学に基づいた動力学により明らかにすることを目的として,1個の炭素原子に注目した第一原理分子動力学シミュレーションを行った。シミュレーションにより,シリコン基坂内に入り込む炭素原子の挙動を数値的に明らかにするとともに,シミュレーション領域(セル)内の電荷密度分布の解析により炭素原子-シリコン基板問の結合状態を明らかにした。

Research Products

• [Publications] 萱場智雄(井上昭徳, 板 真澄, 阿部博之): "ダイヤモンド核発生過程解明への分子動力学アプローチ" 日本機械学会東北支部第33期総会・講演会講演論文集. (掲載予定). (1998)
• [Publications] 萱場智雄(井上昭徳, 板 真澄, 阿部博之): "分子動カ学によるダイヤモンド核発生の数値シミュレーション" 日本機械学会第75期通常総会講演会講演論文集. (掲載予定). (1998)
• [Publications] 萱場智雄(水上剛志, 板 真澄, 阿部博之): "基板傷つけ処理を考慮したダイヤモンド核発生の三次元数値シミュレーション" 日本機械学会論文集A編. (掲載予定). (1998)