制御された炭素・窒素ラジカルを用いたβ-C_3N_4薄膜の合成法の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875039
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 八木 秀次 愛媛大学, 工学部, 助教授 (40036471)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊田 洋通 愛媛大学, 工学部, 助手 (00217572) ; 井出 敞 愛媛大学, 工学部, 教授 (20029276)
• Keywords: Microwave / Plasma / CVD / Thin film / β-C_3N_4 / High pressure

Research Abstract

本研究は,β-C_3N_4薄膜を合成しようというものであり今年度において実施した結果は,以下のようなものである。
これまで,開発してきた高圧力マイクロ波プラズマ発生装置はガス供給としては2元的なものであったが,流量制御域の大きいフローコントローラーを追加導入し、原料を3元的に用いることができるようにした。また,プラズマ発生装置は半同軸型の共振器のため電極を用いている。その電極が,銅であるため水素との反応が起こり溶融する。そこで,電極をタングステンにするとともに,系全体を再整合した。
膜作成については3種類の実験を行い,分析した。分析器としては今回オージェ分光器を用い,構成元素を調べ,その後,XPSにより構成元素比及び結合エネルギを調べた。このとき,アルゴンスパッタを併用することで,深さ方向の組成のプロフィールを求めた。
まず,メタン及び窒素ガスを混合し,プラズマを発生させ膜生成を試みた。膜は生成されたもののほとんど炭素膜であり,膜中の窒素の成分は小さかった。また,水素を混合し膜生成を行ったところ,膜はほとんど生成されなかった。これらのことにより,窒素の活性化度が低いことが推測される。これを高くするには,いくつか方法が考えられ,次年度実施していく予定である。また,窒素とメタンを混合し炭素膜をシリコン基板状に生成し,そのあと窒素プラズマを発生させることで,膜生成を行った。分析の結果,かなりの深いところまで,窒素/炭素の成分比が1近くまであることがわかった。また,結合エネルギーも各炭素、窒素単独の時の値よりシフトしており何らかの結合が起きていることがわかる。しかし,シフト量に対する結合の同定ができておらず,次年度の調査研究課題として残された。