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2023 Fiscal Year Annual Research Report

A Study on Deposition mechanisms of Amorphous Carbon films with in-situ Multiple-Internal-Reflection Infared Spectroscopy

Research Project

Project/Area Number 20K03920
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

篠原 正典  福岡大学, 工学部, 教授 (80346931)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
KeywordsHPPS/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
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。

  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results)

  • [Journal Article] An Infrared Spectroscopic Study of Amorphous Carbon Film Deposition Process during Plasma Generated in Helium-Added Acetylene2023

    • Author(s)
      KUWADA Atsuya、NAKAI Tatsuya、OOISHI Yuto、SASAMOTO Ryo、SHINOHARA Masanori、TANAKA Satoshi、MATSUMOTO Takashi
    • Journal Title

      Vacuum and Surface Science

      Volume: 66 Pages: 442~447

    • DOI

      10.1380/vss.66.442

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] スチレン添加大電力パルススパッタリング(HPPS)プラズマで堆積させた炭素膜の解析2024

    • Author(s)
      大石侑叶、桒田篤哉、東田遼平、篠原正典、前田文彦、田中諭志、松本 貴士
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] テトラメチルシランプラズマを用いた膜堆積過程の赤外分光解析2024

    • Author(s)
      桒田篤哉、大石侑叶、東田遼平、篠原正典
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 大電力パルススパッタリング(HPPS)を用いたグラフェン堆積2023

    • Author(s)
      大石侑叶、桒田篤哉、篠原正典、前田文彦、田中 諭、松本貴士
    • Organizer
      日本表面真空学会九州支部学術講演会
  • [Presentation] He添加アセチレンプラズマ中でのアモルファス炭素膜の堆積過程の検討2023

    • Author(s)
      桒田篤哉、大石侑叶、篠原正典、田中 諭、松本貴士
    • Organizer
      日本表面真空学会九州支部学術講演会
  • [Presentation] 大電力パルススパッタリング(HPPS)を用いたグラフェン堆積の プラズマ供給電圧依存性2023

    • Author(s)
      大石侑叶、桒田篤哉、篠原正典、前田 文彦、田中諭志、松本貴士
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] メチルアセチレンプラズマにおけるアモルファス炭素の成膜過程の赤外分光計測2023

    • Author(s)
      桒田 篤哉、大石侑叶、篠原 正典、田中 諭志、松本 貴士
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Graphene Deposition with High Power Pulse Sputtering (HPPS) Plasma2023

    • Author(s)
      Yuto Ooishi, Atsuya Kuwada, Fumihiko Maeda, Masanori Shinohara, Satoshi Tanaka, and Takashi Matsumoto
    • Organizer
      Advanced Metallization Conference 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラズマが誘起する表面反応と成膜2023

    • Author(s)
      篠原正典、桒田篤哉、大石侑叶
    • Organizer
      第39回九州・山口プラズマ研究会
  • [Presentation] Deposition process of He-added Acetylene plasma, Investigated with Infrared Spectroscopy2023

    • Author(s)
      Atsuya Kuwada, Tatuo Nakai, Yuto Ooishi, Masanori Shinohara, Takashi Matsumoto, and Satoshi Tanaka
    • Organizer
      13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Infrared Spectroscopic Study on Plasma Deposition with Dimethyl-adamantane as a Source, and Its Substrate Bias Effects2023

    • Author(s)
      Atsuya Kuwada, Tatuo Nakai, Yuto Ooishi, Masanori Shinohara, Takashi Matsumoto, and Satoshi Tanaka
    • Organizer
      13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deposition of Graphene on Si with HPPS Plasma, using di-isopropyl-ether as carbon source2023

    • Author(s)
      Yuto Ooishi, Atuya Kuwada, Fumihiko Maeda, and Masanori Shinohara, Takashi Matsumoto, and Satoshi Tanaka
    • Organizer
      13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of Graphene on Si(110) with Styrene plasma Generated by High-Power Pulsed Sputtering Plasma, with that on Si(100)2023

    • Author(s)
      Yuto Ooishi, Atuya Kuwada, Fumihiko Maeda, and Masanori Shinohara, Takashi Matsumoto, and Satoshi Tanaka
    • Organizer
      13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Infrared Spectroscopic Study on Amorphous carbon Deposition Process during Acetylene Plasma2023

    • Author(s)
      Atsuya Kuwada, Tatuo Nakai, Yuto Ooishi, and Masanori Shinohara, Takashi Matsumoto, and Satoshi Tanaka
    • Organizer
      13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deposition Process with Methyl-acetylene plasma, Investigated with Infrared Spectroscopy2023

    • Author(s)
      A. Kuwada, Y. Ooishi, M. Shinohara, T. Matsumoto and S. Tanaka
    • Organizer
      The 44th International Symposium on Dry Process (DPS2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of He dilution on chemical states in amorphous carbon films deposited by acetylene plasma2023

    • Author(s)
      A. Kuwada, Y. Ooishi, M. Shinohara, T. Matsumoto and S. Tanaka
    • Organizer
      The 44th International Symposium on Dry Process (DPS2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] HPPSプラズマによるSi基板へのグラフェンの直接成膜2023

    • Author(s)
      大石侑叶、桒田篤哉、 前田文彦、 篠原正典、 田中諭志、 松本貴士
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第27回支部大会
  • [Presentation] Si含有炭化水素分子を用いたプラズマ膜堆積の反応解析2023

    • Author(s)
      桒田篤哉、大石侑叶、東田遼平、篠原正典
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第27回支部大会

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Published: 2024-12-25  

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