Interaction between transition metal impurities and dislocations in diamond crystals

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04573
• Research Institution: 公益財団法人科学技術交流財団(あいちシンクロトロン光センター、知の拠点重点研究プロジェクト統括部)
• Principal Investigator: 花田 賢志 公益財団法人科学技術交流財団(あいちシンクロトロン光センター、知の拠点重点研究プロジェクト統括部), あいちシンクロトロン光センター, 技術研究員 (30637319)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有元 圭介 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (30345699) ; 田渕 雅夫 名古屋大学, シンクロトロン光研究センター, 教授 (90222124)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ダイヤモンド / 転位 / 金属援用終端法 / 金属不純物ドープ / タングステン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、金属援用終端法によるダイヤモンド単結晶の低転位密度化のメカニズム解明を目標に、ダイヤモンド中に添加されたタングステン金属と転位との相互作用を解明することを目的としている。タングステン原子の局所微細構造・ドーパントサイトの評価、転位種別・分布の解析、歪み状態・分布の評価を行う。これらの解析結果をもとに、タングステン金属不純物による転位形態の変態機構をモデル化し、タングステン金属不純物と転位の相互作用について学術的に解明することを目的としている。
2020年度は、高温高圧合成法により作製されたダイヤモンド単結晶基板上に、化学気相成長法を用いて、タングステンをin-situドーピングしつつダイヤモンド単結晶を成長させた。作製した試料の蛍光X線測定により、タングステンドープが確認された。ダイヤモンド単結晶中のタングステンの蛍光X線吸収微細構造（XAFS）スペクトルを取得し、得られたXAFSスペクトルの広域X線吸収微細構造（EXAFS）解析により、タングステン原子からの第1・第2・第3隣接原子間距離を見積もった。タングステン原子のダイヤモンド結晶構造中の局所微細構造は、転位との相関を明らかにする上で重要な情報となる。
2021年度に、タングステン添加ダイヤモンド単結晶膜試料の歪み・転位測定、顕微ラマンマッピング測定、逆格子空間マッピング測定を行った。
2022年度は状態の異なる複数のタングステン添加ダイヤモンド単結晶膜試料を作製し、蛍光X線吸収微細構造（XAFS）測定を行った。放射光施設実験装置の故障により予定していた転位・歪み測定を行うことができなかった。今後、複数試料のXAFSスペクトルを用いた局所微細構造解析を進めるとともに、前年度で実行できなかった転位・歪み測定解析を行う予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

放射光実験装置の故障により、転位・歪み測定ができなかったため研究がやや遅れている。2022年度はタングステン金属を添加したダイヤモンド単結晶膜試料の蛍光X線吸収微細構造（XAFS）等の測定・解析を進めた。2023年度は、複数試料のXAFSスペクトルを用いた局所微細構造解析を進めるとともに、前年度で実行できなかった転位・歪み測定解析を行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

ダイヤモンド結晶構造中のタングステン金属原子不純物・歪み・転位の関連性を考察するために、複数の異なる試料をもとに実験を行い微細構造情報・転位情報・歪み情報を取得していき解析を行う。解析結果をもとに、タングステン金属添加による、ダイヤモンド結晶の転位構造の変態機構の解明にアプローチする。

Causes of Carryover

実験施設の装置故障のため実験ができず実験施設利用額を含む研究費の支払いがなかったため、次年度使用額が生じた。実施できなかった実験は、2023年度に行う予定である。