2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of silicon and nitrogen co-doped diamond-like carbon with high functionality
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18K04688
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
中澤 日出樹 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (90344613)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | カーボン材料 / プラズマ化学気相成長法 / 電子・電気材料 / コーティング材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンドライクカーボン(DLC)は、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数などの特徴を有していることから、ハードコーティング材料などとして応用が進められている。また、DLCを用いた太陽電池など電子材料としての応用が注目されている。本研究の目的は、ケイ素(Si)および窒素(N)を添加したDLC(Si-N-DLC)を作製し、諸特性と組成・化学結合状態・構造との相関関係を解明することで、Si-N-DLCの更なる高機能化および新機能の発現を実現することである。
高周波プラズマ化学気相成長装置を用いて作製したSi-N-DLCおよびN添加DLC(N-DLC)の組成・構造・化学結合状態、電気的特性、光学的特性、機械的特性の評価および熱的安定性について調べた。その結果、以下のことが明らかになった。N-DLCでは、347℃のアニールによってsp3C-Hn結合成分が増加したが、420℃以上でC-Hnおよびsp3C-Cが減少し、sp2C=Cのクラスター化が促進された。N-DLCおよびSi-N-DLCの内部応力は420℃以上で減少し、臨界荷重は420℃以上で増加したが、Si-N-DLCの方が内部応力は低く臨界荷重は高かった。N-DLCの摩擦係数及び比摩耗量は、アニール前と比べて420℃以上のアニールで増加したが、Si-N-DLCの摩擦係数及び比摩耗量は同アニールに対しても変化が小さかった。N-DLC/p型Siヘテロ接合の電流電圧特性から得られた整流比は347℃のとき最も高くなったが、Si-N-DLC/p型Siヘテロ接合の整流比は270℃で最も高くなり、このとき順方向電流は最大になった。N-DLCの光学バンドギャップは、235℃で増加傾向を示したが、アニール温度の増加と共に減少した。一方、Si-N-DLCの光学バンドギャップは、N-DLCよりも高く、アニール温度の増加に対して変化が小さかった。
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