2008 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギー制御されたイオン衝撃によるアモルファス窒化炭素の超硬質化ダイナミクス
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19560699
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 治彦 Nagaoka University of Technology, 工学部, 准教授 (70201928)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斎藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80250984)
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| Keywords | 窒化炭素 / 炭化ケイ素 / BrCN / マイクロ波プラズマCVD / Ar準安定原子 / 硬質薄膜 / CNラジカル / 付着確率 |
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| Research Abstract |
本年度は主としてArのマイクロ波放電フローによるBrCNの解離励起反応によって生成するアモルファス窒化炭素薄膜に関連し、前駆体であるCNラジカルの(1)生成過程および(2)付着確率について詳細な検討を行った。
(1) Arイオンからの電荷移動反応に引き続いて起こる電子との再結合反応、高速の電子との衝突による電子衝撃、Ar準安定原子(Ar^M)との衝突によるエネルギー移動反応のうち、どの反応が主にCNの生成に寄与するかを調査した。そのための方法論として、反応系に少量の水蒸気を導入することで、プラズマ中の電子密度、電子温度、Ar^Mの数密度を意図的に変化させ、それらの変化とCNラジカルの数密度の変化との相関を調べることで、CNの生成プロセスを検討した。電子密度と電子温度はラングミュアプローブで、Ar^MとCNラジカルの数密度はレーザー誘起蛍光(LIF)分光法で、反応系に水蒸気を導入した場合としなかった場合についてそれぞれ測定した。その結果、CNラジカルが主としてAr^Mとの衝突によるエネルギー移動反応によって生成していると結論された。
(2) CNラジカルの付着確率(s)はs=(w/M)L/nVtAと表される。M、L、t、AはそれぞれCNの分子量、アボガドロ数、成膜時間、基板の面積である。CNの数密度(n)、流速(V)、膜重量(w)を求めればsを決定できる。これら3つのパラメータを、水蒸気を導入した場合としなかった場合について求め、sの変化を調査した。その結果、水蒸気を導入しない場合sは0.7-0.1の範囲でArの圧力と共に減少すること、水蒸気を導入するとsの値が30%程度減少することを見出した。前者の結果はこれまでの結果のおよそ10倍ほど大きい値をとっており、Vの測定が改良されたことによる。後者の結果は膜表面に存在すると予想されるH原子の引き抜きにCNラジカルが消費されるため、付着確率が減少したものと解釈される。
(3) Arの放電フローとテトラメチルシランの反応により、アモルファスSiC膜を作成した。反応系から水分を除き基板に-100 Vの高周波バイアス電圧を印加することで、最大で69 GPaの超高硬度を達成した。
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