2021 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。
負バイアス印加装置の適用により、申請時の60 GPaの膜の硬度を80 GPaまで高めることを実現した。室温プロセスにもかかわらず、CVD多結晶ダイヤ膜と同等の硬度が得られるようになったことは画期的である。これまでは、通常のラマン分光では、ダイヤモンドのラマン散乱光がa-Cマトリックスからの散乱光に埋もれて観測困難であったが、ダイヤモンドの鋭いピークを観測できるようになった。加えて、バッファ層の適用により、Si、Ti等の種々の基板への膜堆積が可能であることを実証した。また、イエナ大学のVolker Deckert教授Grとの共同研究により、近接場ラマン分光法により、ナノダイヤモンド結晶粒を観測できることを実証した。
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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の更なる最適化により、膜の硬度が昨年度の硬度72 GPaから80 GPaへ更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 |
膜の硬度が80 GPaまで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。系統的な実験から、バイアス印加の更なる最適化により、硬度が更に高まる可能性が示唆されている。バイアス電源の仕様により、更なる最適化にはバイアス電源に改造を加える必要があった。令和３年度末に改造を終えた。令和４年度は、それを用いて更なるダイヤモンドの成長を実現する。
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[Presentation] Mechanical and structural properties of Si doped nanodiamond composite coatings deposited on cemented carbide2021
Author(s)
H. Naragino, M. Egiza, H. Ohue, A. M. Ali, K. Murasawa, H. Sugita, Y. Fukui, H. Gonda, M. Sakurai, and T. Yoshitake
Organizer
International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2020/2021 (NDNC2020/2021), June 7-9, 2021, (online). 8A-13
Int'l Joint Research
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[Presentation] Structural properties and adhesion enhanced of Nanodiamond Composite Films Deposited on Si Substrates at Room Temperature by Employing Buffer Layer2021
Author(s)
A. Mohamed Ali, M. Egiza, K. Murasawa, H. Sugita, Y. Fukui, H. Gonda, M. Sakurai, and T. Yoshitake
Organizer
International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2020/2021 (NDNC2020/2021), June 7-9, 2021, (online). II-06-1
Int'l Joint Research
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[Presentation] PVD nanodiamond composite hard coatings for cutting tools application: structural, mechanical, and tribological properties2021
Author(s)
Mohamed Egiza, Ali Mohamed Ali, Koki Murasawa, Lama Abdelbaset, Hiroshi Naragino, and Tsuyoshi Yoshitake
Organizer
2021年応用物理学会九州支部学術講演会/The 6th Asian Applied Physics Conference (Asian-APC), Dec. 4-5, 2021, Oral (online, invited). 4Ep-2
Int'l Joint Research
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