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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Heteroepitaxial Diamond Wafers by Controlled Buffer Layers

Research Project

Project/Area Number 26820110
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

岩崎 孝之  東京工業大学, 工学院, 助教 (80454031)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsダイヤモンド / ヘテロエピタキシャル成長 / 核形成モニタリング
Outline of Annual Research Achievements

ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長において、最も重要なプロセスは異種基板上でのダイヤモンド核形成プロセスである。しかしながら、高密度かつエピタキシャルなダイヤモンド核を高い再現性で形成することはこれまで困難であった。本研究では、この課題を解決するために、核形成状態をその場モニタリングする手法を開発した。核形成プロセス時にプラズマを通し、アンテナから基板へ流れる電流を計測することにより、核の状態(密度および結晶性)をモニタリングできることを明らかにし、再現性良く高品質なダイヤモンド核を形成することに成功した。
3C-SiC/Si(001)基板上に形成した高密度エピタキシャル核を用いて、高品質ダイヤモンド薄膜を合成した。膜厚を増加させるほど、薄膜のXRD評価による傾き分布は減少し膜質が向上することがわかった。膜厚75 umにおいて、XRDカーブの半値幅として0.52°を得た。過去の研究において3C-SiC(001)上で最も高品質な膜は膜厚300 umで半値幅0.62°であった。本研究では、より薄い膜厚でより優れた膜質を有するダイヤ薄膜を合成することに成功した。これは、核形成プロセスにおいて、高品質なダイヤモンド核を作り出すことに成功したためである。また、エッチピット形成による欠陥密度評価を行い、膜厚の減少とともに欠陥密度も減少することを確認した。 高感度磁気センサとしての応用が期待されている窒素-空孔(NV)センターの結晶配向を制御することができるため、(111)面ダイヤモンドは大面積センサプラットフォームを構築する材料として有望である。3C-SiC/Si(111)上にヘテロエピタキシャル成長したダイヤモンド薄膜において、NVセンターの形成を実施した。ヘテロエピダイヤモンド内においてもNVセンターが取り込まれ、一部領域ではNVセンターの配向を一方向に制御することに成功した。

  • Research Products

    (11 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] 南フロリダ大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      南フロリダ大学
  • [Journal Article] Influence of High-Power-Density Plasma on Heteroepitaxial Diamond Nucleation on 3C-SiC Surface2017

    • Author(s)
      Junya Yaita, Meralys Natal, Stephen E. Saddow, Mutsuko Hatano, Takayuki Iwasaki*
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Pages: 045502-1-4

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/APEX.10.045502

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Highly oriented diamond (111) films synthesized by pulse bias-enhanced nucleation and epitaxial grain selection on a 3C-SiC/Si (111) substrate2017

    • Author(s)
      Takeru Suto, Junya Yaita, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 110 Pages: 062102-1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4975630

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] High Temperature Bipolar-Mode Operation of Normally-Off Diamond JFETs2017

    • Author(s)
      Takayuki Iwasaki, Hiromitsu Kato, Toshiharu Makino, Masahiko Ogura, Daisuke Takeuchi, Satoshi Yamasaki, Mutsuko Hatan
    • Journal Title

      Journal of The Electron Devices Society

      Volume: 5 Pages: 95-99

    • DOI

      10.1109/JEDS.2016.2624301

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 高酸素濃度成長を用いたSi(111)上高配向ダイヤ膜の合成2017

    • Author(s)
      須藤建瑠、桑原新之介、矢板潤也、岩崎孝之、波多野睦子
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] High-Quality Heteroepitaxial Diamond Films Grown on 3C-SiC/Si Substrates2017

    • Author(s)
      J. Yaita, T. Iwasaki, M. Natal, S. E. Saddow, M. Hatano
    • Organizer
      Hasselt Diamond Workshop 2017
    • Place of Presentation
      Hasselt, Belgium
    • Year and Date
      2017-03-08 – 2017-03-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Scaling Laws for the Dislocation Reduction in Heteroepitaxial Diamond Films on 3C-SiC/Si Substrates2016

    • Author(s)
      J. Yaita, T. Iwasaki, M. Natal, S. E. Saddow, M. Hatano
    • Organizer
      The Fifth International Education Forum on Environment and Energy Science
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2016-12-15 – 2016-12-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Heteroepitaxial growth of highly-oriented diamond films on 3C-SiC / Si (111) substrates by pulse bias enhanced nucleation2016

    • Author(s)
      T. Suto, J. Yaita, T. Iwasaki, M. Hatano
    • Organizer
      2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] パルスバイアス核形成および選択的エッチング効果を用いた3C-SiC/Si上への(111)高配向ダイヤモンドの合成2016

    • Author(s)
      須藤建瑠、矢板潤也、岩崎孝之、波多野睦子
    • Organizer
      第30回ダイヤモンドシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-11-16 – 2016-11-18
  • [Presentation] 3C-SiC(111)/Si(111)上への高配向ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長2016

    • Author(s)
      須藤建瑠、矢板潤也、岩崎孝之、波多野睦子
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 高密度プラズマを用いた3C-SiC/Si上のダイヤモンドヘテロエピタキシャル成長及び欠陥評価2016

    • Author(s)
      矢板潤也、岩崎孝之、Meralys Reyes-Natal、Stephen E. Saddow、波多野睦子
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16

URL: 

Published: 2018-01-16   Modified: 2022-02-16  

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