表面反応確率計測にもとづく超硬質窒化炭素膜コーティング技術の確立

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555197
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 伊藤 治彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70201928)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神田 一隆 (株)不二越, 技術開発部, 研究職 ; 斎藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80250984)
• Keywords: アモルファスCN膜 / プラズマCVD / CNラジカル / BrCN / Ar準安定原子 / Arイオン / レーザー誘起蛍光 / 静電プローブ診断

Research Abstract

本年度はa-CN_x薄膜形成の前駆体となるCN(X)状態の生成経路について、以下の研究を行なった。
(1)Arのマィクロ波放電フロー中に存在するAr^Mの密度を、レーザー誘起蛍光(LIF)分光法による測定により求めた。Arのレイリー散乱光を用いてLIFの強度を校正してAr^M(^3P_2)の密度を求めた。またプローブ測定によりAr^+の密度を求めた。その結果P_<Ar>=0.1TorrにおけるAr^MおよびAr^+の密度はそれぞれ3.6×10^<15>m^<-3>、8.5×10^<15>m^<-3>であることが見出された。
(2)Ar放電フロー中にBrCNを導入してCN(X)状態を生成させ、CN(X)状態の密度測定をLIF分光法により行なった。CN(A^2II_t-X^2Σ^+)遷移の4-0、5-1および7-2bandを測定して、一本一本の回転線の強度をシミュレーション解析により求めた。それらをArのレイリー散乱光強度を用いて校正し、それぞれの回転線に対応する密度を求めて全て足し合わせ、各振動準位のCN(X)状態の密度を求めた結果P_<Ar>=0.1TorrにおけるCN(X)状態の密度は1.4×10^<20>m^<-3>であることが見出された。
(3)Ar^M、Ar^+およびCN(X)状態の流束を求めるために、反応場におけるBrCNとArの流速を求めた結果それぞれ9.4×10^<18>m^<-2>s^<-1>、2.2×10^<19>m^<-2>s^<-1>、7.4×10^<19>m^<-2>s^<-1>となり、ほぼ同じオーダーとなった。このことから、本実験のような高速フローを用いた場合には定常濃度にもとづく反応解析は意味がなく、流束を用いることが有効であることが示唆された。さらに、CN(X)の流束がAr^MおよびAr^+の流束の合計を上回っていることから、CN(X)状態の生成にはAr^MおよびAr^+の関与する経路とは別に、光分解または電子衝撃による生成経路が存在する可能性が示唆された。

Research Products

• [Publications] 伊藤治彦, 市村晋也, 並木恵一, 斎藤秀俊: "Absolute Density and Sticking Probability of the CN(X^2Σ^+) Radicals Produced by the Dissociative Excitation of BrCN with the Microwave Discharge Flow of Ar"Japanese Journal of Applied Physics. 42巻・11号. 7116-7121 (2003)
• [Publications] 伊藤治彦, 三木裕史, 並木恵一, 伊藤典子, 斎藤秀俊: "Hydrogenated Amorphous Carbon Nitride Films Formed from the Dissociative Excitation Reaction of CH_3CN with the Microwave-Discharge Flow of Ar : Correlation of the [N]/([N]+[C]) Ratio with the Relative Number Densities of the CH(A^2Δ) and CN(B^2Σ^+) States"Journal of Vacuum Science and Technology A. (印刷中).