2023 Fiscal Year Annual Research Report
A Study on Deposition mechanisms of Amorphous Carbon films with in-situ Multiple-Internal-Reflection Infared Spectroscopy
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20K03920
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
篠原 正典 福岡大学, 工学部, 教授 (80346931)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | HPPS/HiPMS / カーボン膜 / スパッタ堆積 / プラズマ化学気相堆積 / 赤外分光 / ラマン分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマを使った成膜では、原料ガスを分解するプラズマ支援化学気相堆積(PECVD)法、固体材料にイオンを衝突させ固体から出力される原子・イオンにより成膜するスパッタ法がある。本研究では、スパッタ法を使った成膜を行い、成膜メカニズムに注目して、膜を形成する手がかりをえて、様々な構造の膜をつくりわける方法を見出すことにある。
スパッタにより成膜された膜の赤外吸収スペクトルはPECVDで成膜された膜の赤外吸収スペクトルと同じように、単結合の炭素と水素のsp3-CH3、-CH2、-CHが計測された。スパッタ成膜された膜をラマン分光法により計測しても、PECVD成膜と同じように、基板バイアスを印加しない状態ではポリマーを示す、高波数側が上昇したスペクトルを得た。水素をスパッタリングガスに用いているため、気相中でスパッタされた炭素と水素が結合したためと考えられる。このことはPECVDで気相状態の制御により成膜することも重要であることがわかった。そのため、炭化水素ガスにヘリウムを添加させたPECVDの実験も行った。ヘリウムの添加によりプラズマ中の電子温度が上昇し、原料分子の分解が進み、水素含有量の少ない膜が得られることがわかった。
HiPIMS用のカソードから出力される炭素は、高電圧のパルスでスパッタするため、イオン性になりやすいと考えられる。テフロンなど成膜が難しい基板上にも成膜できるとかんがえられる。実際にせいまくしたところ、剥がれない膜が堆積できることがわかった。さらに、基板温度を高温に設定した状態でスパッタ成膜したところ、ウィスカー状のものを含んでいるものの層状のグラフェンも形成されることがわかった。一方,PECVDで成膜した膜はグラフェンは得られず、カーボンナノウォール状の膜が得られる。違いがあることが示唆された。
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