Development of in-liquid plasma jet production method and synthesis of diamond semiconductor crystal

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05170
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: Toyota Hiromichi 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (00217572)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 液中プラズマ / ダイヤモンド合成 / プラズマＣＶＤ / アークジェット

Outline of Final Research Achievements

In this study, we designed and constructed a in-liquid plasma jet processing device and attempted diamond synthesis. We developed two devices for plasma jet generation: a straight arc jet and a magnetically rotating arc jet. Although diamond synthesis through in-liquid plasma jet processing was not achieved, there is a prospect of ensuring the stability of the plasma jet, which would enable control of the substrate temperature. In the future, we will further refine the discharge conditions to maintain a substrate temperature of 700±25℃, which is the synthesis condition for diamonds. Additionally, currently, the plasma is not stable without the presence of Ar gas. Therefore, we will optimize the power supply operation and electrode design to enable diamond synthesis using a plasma without the use of Ar gas.

Free Research Field

特殊加工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は，これまでに研究代表者が独自に開発してきた，液中プラズマCVDダイヤモンド形成プロセスを利用し，ダイヤモンドを高速形成させることである。液中プラズマCVD法は，研究代表者が発明したもので，現在プラズマ・材料関係の学会でも，研究されはじめてきており，他の研究者もナノ材料の合成などにとりかかっているが，当方のダイヤモンド結晶のようなバルク物質の高速形成に成功した例は無い。研究代表者は，液中プラズマCVD法の先駆的研究者であり，装置技術は世界で最も進んでいる。したがって，本研究により得られる結果は，すべて，後進の研究者・技術者の目標となるものであるから，学術的にも産業的にも非常に意義が高い。