2017 Fiscal Year Annual Research Report
Efficient epitaxial growth of single crystalline diamond by production of high radicals and electrons
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16K14237
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山田 英明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (90443233)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 載浩 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30376595)
榊田 創 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (90357088)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 結晶成長 / マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複数の物性値が物質中最高水準のダイヤモンドの特性が、必ずしも産業利用に反映されていない理由の一つは、その合成技術の未熟さにある。世界で初めて人工ダイヤモンドが実証された高温高圧法を用いては、10mm角程度が最大であり、一般的には２-３ｍｍ程度の単結晶基板が市販されている。一方、マイクロ波励起の体積放電では、９１５MHｚ帯を用いることで４-６インチ大の合成が可能だが、効率が低く、熱的非平衡性が強い点から原理的に逃れにくい。そこで、本提案では、原理的に合成面積についての制約が比較的低く、熱的平衡性にも優れ、効率化も期待できるマイクロストリップライン（ＭＳＬ）型プラズマのダイヤモンド合成への適用可能性を試みた。
MSLにより局所的にラジカルを導入し先ずはシリコン基板を用いての合成を試みた。基板温度の昇温状態から、従来のダイヤモンド合成に用いられる熱プラズマとは異なり、低温のプラズマジェットが励起されていることを確認した。一方で、プラズマジェットによって基板温度が低下するため、基板加熱ステージを導入し、８００℃程度まで基板温度を昇温し、単結晶成長を試みた。ステージ温度昇温により、適度な基板温度範囲にした上で、調整した合成条件の下、合成実験を実施したところ、ストリップライン直下の領域で単結晶基板上でのダイヤモンド成長を確認することができた。
以上により、MSLプラズマを用いて熱平衡性が高い条件下でダイヤモンド合成が実現可能であることが確認できた。従来の熱的非平衡性が高い条件から脱却できる可能性を示しており、数十年来進展が無かったダイヤモンド合成技術を刷新する礎となる結果が得られた。
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