2020 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of ionization process on high power impulse magnetron sputtering
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18K03602
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
太田 貴之 名城大学, 理工学部, 教授 (10379612)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 大電力パルススパッタリング / ダイヤモンドライクカーボン / アモルファスカーボン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，炭素ターゲットを固体材料として用いた大電力パルススパッタリングにおいて，プラズマ中の炭素原子，炭素イオン，アルゴンイオン等の数密度とエネルギー分布の測定を行い、イオン化反応過程を明らかにすること、及びダイヤモンドライクカーボン膜の膜質を評価し気相との相関を明らかにすることが目的である。
大電力パルススパッタリングにおいて、瞬時電力密度、圧力、電圧パルス幅、電圧周波数等の放電条件を変化させて、放電電流及び放電電圧の変化を解析した。また、時間分解質量分析を用いて、基板に入射する炭素及びアルゴンイオンのフラックスとイオンエネルギーを計測した。特に、平均電力密度（単位時間当たりのターゲットに投入される電力）と瞬時電力密度（投入される電力のピーク値）に着目した。瞬時電力密度一定の下で、パルス幅を増加させることで平均電力密度を増加させて、ダイヤモンドライクカーボン膜の膜質を評価した。その結果、膜構造は変化せず成膜速度のみが大きくなり、平均電力密度は堆積速度に、瞬時電力密度は膜の高密度化に資することが実験的に明らかになった。質量分析の結果から、平均電力密度は炭素イオンの基板へのフラックスすなわち堆積速度に、瞬時電力密度はイオン/中性フラックス比（イオン化率）及びイオンエネルギーすなわち膜構造に、大きな影響を与えることが示唆された。また、瞬時電力密度がある値以上になると、イオンエネルギー100eV以上にもなる高エネルギーアルゴンイオンが生成されることが明らかになった。このモードの詳細な生成条件と膜質への寄与について明らかにすることが今後の課題であるが、大電力パルススパッタリングを用いた高膜密度ダイヤモンドライクカーボン膜の高速成膜プロセス条件とプラズマケミストリーを明らかにすることができた。
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