2020 Fiscal Year Annual Research Report
Key factors that predominantly affact electrical and mechanical properties of ultrananpcrystalline diamond films
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19H02436
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
吉武 剛 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (40284541)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノダイヤモンド / 物理気相成長法 / 同軸型アークプラズマ堆積法 / 薄膜 / 半導体 / コーティング / 硬度 / ヤング弾性率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相（UNCD/a-C:H)膜は，粒径10 nm程度の無数のナノ微結晶ダイヤモンド（UNCD)が水素化アモルファスカーボン（a-C:H)マトリックスに内在する構造をとり，膜中に無数のUNCDの界面・粒界が存在し，それを起源とする特異な光・電子状態が発現する等の特徴を有する。本研究では、UNCD/a-C:Hの光・電気・機械特性と膜構造との相関を調べ、その物性の期限を明らかにすることを目標としている。
汎用のバイアス電源を借用して、バイアス印加の効果を調べてきたが、ダイヤモンドの成長が促進されるような効果は全く観られなかった。そこで電源メーカーの協力得て本作製法に対応した仕様のバイアス電源を用いることにより、バイアス印加の実験を行ってきた。驚くことに、バイアス印加の最適化で、アンドープ膜で77 GPaを実現した。バイアスがない場合のアンドープ膜の硬度は50 GPaであり、バイアス印加により約27 GPaの向上を実現した。
ラマンスペクトル測定で、バイアス無しで作製された膜は1333cm-1のダイヤモンドのピークとアモルファスカーボンのGとDピークが混在したスペクトルとなるのに対して、汎用のバイアス印加装置で作製された膜は硬度が低下したが、それに対応してダイヤモンドのピークが不明瞭になっった。それらに対して、新しいバイアス印加装置を用いて作製した膜は、極めてシャープなダイヤモンドのピークを示すようになった。
バイアス印加の硬度化に伴い、膜はダイヤモンドの密度がCVD法で作製される多結晶ダイヤモンド膜に近くなっていると考えられる。室温プロセスにより、基板温度が約1000℃となる熱CVD法で作製される多結晶ダイヤモンド膜と同等の膜が得られるようになったことは、学術的にも工学的応用の観点からも極めて画期的である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
膜堆積中の負バイアス印加を改良することにより、膜の硬度がこれまでの硬度50 GPaから72 GPaへ大幅に高まることがわかった。これは、負バイアス印加によりダイヤモンドの成長が劇的に高められることに因る。室温成長にもかかわらず、多結晶ダイヤモンドに近い膜がえられることは、工業的応用の見地から極めて有益である。
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| Strategy for Future Research Activity |
負バイアスの印加が極めてダイヤモンドの成長に効果的であることがわかった。これまでの研究結果をフィードバックした更に新しいバイアス装置の仕様を検討してきた。2020年度は仕様を確定するまでに至らず購入は控えた。2021年度に購入する予定である。
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[Presentation] Si 上に成膜された接着層を有するナノダイヤモンド混相膜の機械的および構造的特性2020
Author(s)
S. Saito, H. Ohue, A. M. Ali, M. Egiza, K. Murasawa, H. Sugita, Tanja Deckert-Gaudig, Volker Deckert, T. Yoshitake
Organizer
２ ０ ２ ０ 年（令和２年度）応用物理学会九州支部学術講演会/The 5th Asian Applied Physics Conference (Asian-APC)、2020 年11 月28 日(土) ～ 29 日(日)、オンライン開催
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[Presentation] 同軸型アークプラズマ蒸着法による量子センターを含むナノダイヤモンドの作成2020
Author(s)
中原大哉, 森田修平, Sreenath M V, Ali M. Ali, Abdelrahman Zkria, Dong Wang, 坪内信輝, 大曲新矢, 吉武剛
Organizer
２ ０ ２ ０ 年（令和２年度）応用物理学会九州支部学術講演会/The 5th Asian Applied Physics Conference (Asian-APC)、2020 年11 月28 日(土) ～ 29 日(日)、オンライン開催
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[Presentation] Mechanical and Structural Properties of Nanodiamond Composite Films Deposited on Si Substrates with Intermediate Layers2020
Author(s)
H. Ohue, A. M. Ali, M. Egiza, K. Murasawa, H. Sugita, Tanja Deckert-Gaudig, Volker Deckert, T. Yoshitake
Organizer
The 5th Asian Applied Physics Conference (Asian-APC), Nov 28-29, 2020, online
Int'l Joint Research
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[Presentation] Quantum Centers in Nanocrystalline Diamond Prepared by Coaxial Arc Plasma Deposition2020
Author(s)
Shuhei Morita, Sreenath M V, Hiroya Nakahara, Ali M. Ali, Abdelrahman Zkria, Dong Wang, Tsuyoshi Yoshitake, Nobuteru Tsubouchi, Shinya Ohmagari
Organizer
The 5th Asian Applied Physics Conference (Asian-APC), Nov 28-29, 2020, online
Int'l Joint Research
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[Presentation] Formation of Nitrogen and Silicon Quantum Centers in Nanodiamonds using Coaxial Arc Plasma Deposition2020
Author(s)
Sreenath Mylo Valappil, Shuhei Morita, Hiroya Nakahara, Abdelrahman Zkria, Ali Mohamed Ali, Dong Wang, Nobuteru Tsubouchi, Shinya Ohmagari, Tsuyoshi Yoshitake
Organizer
The 5th Asian Applied Physics Conference (Asian-APC), Nov 28-29, 2020, online
Int'l Joint Research
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[Presentation] FORMATION OF COLOR CENTERS IN NANODIAMONDS USING COAXIAL ARC PLASMA DEPOSITION2020
Author(s)
Shuhei Morita, Sreenath M V, Hiroya Nakahara, Ali M. Ali, Abdelrahman Zkria, Dong Wang, Nobuteru Tsubouchi, Shinya Ohmagari and Tsuyoshi Yoshitake
Organizer
The 22nd Cross Straits Symposium on Energy and Environmental Science and Technology (CSS-EEST), Dec 2-3, 2020, online
Int'l Joint Research
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