デュアルマイクロ波プラズマによるβ-C3N4の合成

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K14186
• Research Institution: Kanto Gakuin University
• Principal Investigator: 高井 治 関東学院大学, 工学部, 教授 (40110712)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 智永 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20611156)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: β-C3N4 / プラズマ / マイクロ波

Outline of Annual Research Achievements

β-C3N4を合成するために、デュアルマイクロ波プラズマ源化学気相蒸着(CVD)装置を開発した。炭素および窒素のラジカル源を独立に制御することによって、任意の組成の窒素炭素膜の成膜手法の開発を目指した。プラズマ、ガス条件、基板の種類等を制御することによって、反応を制御し、β-C3N4の合成を行った。平成27年度は、以下の(1)～(3)を実施し、成果を得た。
(1)デュアルマイクロ波プラズマ源CVD装置の開発：デュアルマイクロ波プラズマ源CVD装置を自作し、装置の調整を行った。チャンバーにマイクロ波導波管を二つ設置し、基板を装置上部に設置できるようにした。また、基板を加熱できるようにヒーターを設置した。プラズマ発生部位の調整、プラズマ源から基板への距離を調整し、基板上に成膜できることを確認した。
(2) ガス供給条件の制御と薄膜合成：ラジカルソースの供給源として、メタン、窒素あるいはアンモニアを用いて、それぞれの分圧と、プラズマに供給するマイクロ波のパワーを制御し、ラジカルソースの制御を行い成膜した。成膜した試料についてXPSによる測定を行い、N2, CH4とHeをガス供給源として利用した場合には、N/C原子比で0.44の値となった。一方、NH3, CH4, Heで合成した場合には、N/C原子比が0.086となり、NH3よりもN2の方がN/C比が大きくなる傾向にあった。
(3) 基板の選択：β-C3N4を成膜するために、最適な基板の探索を行った。β-C3N4は準安定構造の物質であるために、格子ミスマッチが起こる。そのため、本年度は格子ミスマッチの起こりにくい構造を理論的に計算し、合成プロセスのデザインを行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成27年度の計画に基づいて順調に進捗している。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度に引き続き、
(1) ガス組成と成膜材料との関係性を評価する。
(2) 基板を工夫することで、目的の結晶構造を有する材料の成膜を行う。
(3) 物性評価を行い、窒化炭素薄膜の特性を明らかにする。

Causes of Carryover

今年度は成果発表を行わなかったため、旅費の支出がなかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度に物品費、旅費として使用する計画である。