レーザ・プラズマプロセス開発による先端材料・デバイスの創製

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10045046
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 蛯原 健治 熊本大学, 工学部, 教授 (50035060)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池上 知顯 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (20136518)
• Keywords: レーザーアブレーション / プラズマ / ヘテロ構造薄膜 / 強誘電体 / 酸化物高温超電導体 / ダイヤモンド薄膜 / 不揮発性メモリー / 巨大磁気抵抗

Research Abstract

本年度は,熊本大学とノースカロライナ州立大学の両大学のレーザアブレーション装置を用い,レーザ生成プラズマの診断とダイヤモンド(DLC)薄膜,強誘電体薄膜,超伝導体薄膜,巨大磁気抵抗薄膜作製について共同研究を行い,以下の成果を得た. (1)レーザ蛍光法によるプラズマプルーム中分解種(C2,C^+イオンなど)の性質を調べ,ダイヤモンド状薄膜特性を支配する現象を解明した.(2)高品質DLC薄膜作製のキーパラメータはカーボンイオンとその並進運動エネルギーであることを見いだした.(3)金属基板上へのDLC薄膜作製とバッファー層の検討.(4)Si(100)基板上にYBa_2Cu_3O_<7-x>(YBCO)超伝導薄膜及びPbZr_xTi_<1-x>O_3(PZT)強誘電体薄膜の成膜を行い,残留分極30μC/cm^2,抗電界40kV/cm,臨界温度82Kを実現できた.(5)次世代の磁気ヘッド,磁気センサーへの応用が期待されるCMR材料La_<0.8>Sr_<0.2>MnO_3薄膜とYBCOやPZTとのヘテロ構造薄膜を作製した.最適プロセス条件(T_s=850℃,Po_2=100-500mTorr)では抵抗のピークはTp=330K,抵抗率の温度変化率TCR=3%/K(280K)と良好な特性を示した.(6)材料科学及びプロセスの新分野としてナノサイエンスに取り組むことにした.このために蛯原がケンブリッジ大学のロバートソン教授を訪問,研究討議,資料調査及び共同研究実施について打ち合わせた.平成11年度は,ノースカロライナ大学に蛯原、山形がそれぞれ滞在し共同実験を行い,研究成果をアメリカ材料学会(MRS),プラズマ化学国際会議(ISPC14),アメリカ物理学会(APS)超伝導国際会議などで公表した.グリシン教授(スゥエーデン王立工科大学)はLSMOに磁気抵抗測定に協力した.

Research Products

• [Publications] Y. Suda,K. Ebihara,K. Baba,H. Abe,A. M. Grishin: "Crystalline silicon nitride thin films grown by pulsed YAG laser deposition"NanoStructured Materials. 12. 391-394 (1999)
• [Publications] 山里将朗,A.M.Grishin,山形幸彦,池上知顯,蛯原健治: "PLD法により作製したPZT/YBCO/MgOヘテロ構造薄膜の分極反転機構"電気学会論文誌. 119-A・1. 118-123 (1999)
• [Publications] 青木振一,池上知顯,蛯原健治: "グラファイトターゲットのレーザーアブレーションによるCNx薄膜の作製"電気学会論文誌. 119-A・6. 796-801 (1999)
• [Publications] 池上知顯,丸田和彦,山形幸彦,蛯原健治: "PLD法によるTiN成膜における高電圧パルス印加のプラズマプルームへの影響"電気学会論文誌. 119-A・6. 860-865 (1999)
• [Publications] 中宮俊之,池上知顯,蛯原健治: "有限要素法によるパルスレーザー照射グラファイトの熱解析"電気学会論文誌. 119-A・7. 1045-1050 (1999)
• [Publications] 青木振一,池上知顯,蛯原健治: "KrFエキシマレーザを用いたグラファイトアブレーションのレーザプラズマプルーム特性"電気学会論文誌. 119-A・7. 1059-1064 (1999)
• [Publications] R. M. Mayo,J. W. Newman,A. Sharma,Y. Yamagata,J. Narayan: "Electrostatic measurement of plasma plume characteristics in pulsed laser evaporated graphite"J. Appl. Phys.. 86・5. 2865-2871 (1999)
• [Publications] Y. Yamagata,A. Sharma,R. M. Mayo,J. W. Newman,J. Narayan,K. Ebihara: "Optical emission study of ablation plasma plume in the preparation of diamond-like carbon films by KrF excimer laser"J. Appl. Phys.. 86・8. 4154-4159 (1999)
• [Publications] Y. Suda,T. Nakazono,K. Ebihara,K. Baba,S. Aoqui: "Pulsed laser deposition of carbon nitride thin films from graphite targets"Carbon. 36・5/6. 771-774 (1999)
• [Publications] K. Ebihara,F. Mitsugi,M. Yamazato,Y. Yamagata: "Diamond-like carbon film deposition on PZT ferroelectrics and YBCO superconducting films using KrF excimer laser deposition"Composites, Part B. 30. 685-689 (1999)
• [Publications] S. Aoqui,K. Ebihara,T. Ikegami: "Excimer laser ablation process characteristics for carbon nitride and diamond-like films preperation"Composites, Pars B. 30. 691-698 (1999)
• [Publications] F. Mitsugi,T. Ikegami,K. Ebihara,J. Narayan,A. M. Grishin: "The colossal magnetoresistive La-Sr-Mn-O film by pulsed laser deposition"Transactions of the Materials Research Society of Japan. (in print).
• [Publications] F. Mitsugi,Y. Yamagata,T. Ikegami,K. Ebihara,J. Narayan: "Properties of pulsed laser deposited Y-Ba-Cu-O film coated by Pb-Zr-Ti-O and diamondlike carbon"Advances in Superconductivity XI(Proceedings of the 11^<th> International Symposium on Superconductivity). 2. 1301-1304 (1999)
• [Publications] M. Yamazato,A. M. Grishin,Y. Yamagata,T. Ikegami,K. Ebihara,J. Narayan: "Superconducting YBa_2Cu_3O_<7-x>-ferroeletric PbZr_<0.52>Ti_<0.48>O_3 heterostructures for a field effect transistor and a nonvolatile memory device"Advances in Superconductivity XI (Proceedings of the 11^<th> International Symposium on Superconductivity). 2. 1305-1308 (1999)
• [Publications] S. Aoqui,T. Ikegami,K. Ebihara: "KrF Laser Plasma Plume Properties During Carbon Nitride Thin Film Preparation"Proceedings of the 14^<th> International Symposium on Plasma Chemistry. 3. 1117-1122 (1999)
• [Publications] K. Ebihara. S. Aoqui,T. Ikegami,Y. Yamagata,J. Narayan: "KrF excimer laser deposition process for ferroelectric PZT and diamond-like carbon thin film preparation"Proceedings of the 14^<th> International Symposium on Plasma Chemistry. 3. 1687-1692 (1999)
• [Publications] Y. Yamagata,A. Sharma,T. M. Mayo,J. W. Newman,J. Narayan,K. Ebihara: "Plasma diagnostics during pulsed laser deposition of diamond-like carbon"Proceedings of the 6^<th> International Conference on Composite Engineering (ICCE-6). 907-908 (1999)
• [Publications] Y. Suda,K. Ebihara,K. Baba,H. Abe,A. M. Grishin: "Plasma diagnostics during pulsed laser deposition of diamond-like carbon using single crystal graphite and amorphous carbon"Proceedings of 1999 MRS Fall Meeting, Boston, USA. U12.4(in print). (1999)