黒鉛のレーザー蒸発による高品質ダイヤモンド厚膜の新合成

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875120
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 吉本 護 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (20174998)
• Keywords: 黒鉛 / ダイヤモンド成膜 / レーザーアブレーション

Research Abstract

(1)-表面平坦ダイヤモンド薄膜成長用基板の原子レベル表面超平坦化-
良質の大型酸化物単結晶が得られ易いサファイア(α-A12O3)を基板として取り上げ、適当な雰囲気中で高温アニール処理を施して、原子レベル超平坦化の有無を原子間力顕微鏡を用いて囲べた。
(2)-ダイヤモンド薄膜作製用パルスレーザーエピタキシー成膜装置の作製-
従来のダイヤモンド薄腹作製に利用されてきたCVD法やスパッタ法とは違い、ダイヤモンドの核形成機構を根本的に変えるために、本研究ではカーボン原料種のパルス的供給が可能な、パルスレーザーアブレーションを利用した成膜装置を、既存の成膜装置に改良を加えて作製した。パルスレーザーエピタキシー法により、紫外線レーザーを固体ターゲットに照射して薄膜原料を飛ばしエピタキシャル(単結晶)薄膜を堆積した。
(3)-サファイア基板上へのダイヤモンド薄膜成長-
ターゲットには、高純度グラファイトおよび、よりダイヤモンド核形成を促進するために、Ni,やFeを混入したグラファイトを用いた。レーザーとしては、紫外光エキシマレーザー(既存、装置)を利用した。原子レベルで平坦なサファイア基板上に、グラファイトをターゲットとしたパルスレーザーアブレーションにより、600℃以下の低温においてダイヤモンド薄膜成長を行い、最適な酸素圧力、基板温度、基板一ターゲット間距離、レーザー周波数の条件を探った。
(4)-酸素中でのグラファイトアブレーション過程の分光学的研究-
酸素中でのグラファイトレーザーアブレーションにより生じる発光柱(ブルーム)の分光学的研究を行った。即ち、ブルームの時間分解、および位置分解の発光分光測定を行い、ダイヤモンド結晶成長に及ぼす酸素分圧の影響を定量的に調べた。

Research Products

• [Publications] Nakajima, Furusawa, Yoshimoto: "Optical emission study of laser ablation plasma plume for the preparation of diamond films in oxygen"Trans. Mater. Res. Soc. Japan. 26(3). 1021-1024 (2001)