アークおよびアーク・グロー移行領域の放電を用いた粒状・膜状ダイヤモンドの高速合成

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62550016
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 犬塚 直夫 青山学院大学, 理工学部, 教授 (30082788)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澤邊 厚仁 (株)東芝, 総合研究所(金属・セラミックス研究所), 研究員 (70187300)
• Keywords: ダイヤモンド / CVD法 / 薄膜 / プラズマ

Research Abstract

直流放電、マイクロ波放電などにより比較的小さい体積(1×1×3cm^3)にプラズマを集中させることによりダイヤモンドの気相からの高速合成が可能なことが明らかになった。ダイヤモンド膜の膜厚方向の成長速度としては最高〜250μm/hrが得られた。このとき膜の面積はほぼ1cm^2であった。
プラズマに投入されている電力は500w〜1kw程度であり、特に直流放電のCVD法が再現性などの点で優れていた。このプラズマをラングミュアー単探針法及び発光分光分析法により評価してみると、プラズマの大半をしめている水素はほぼ熱平衡状態にあり、その統計的温度は4800〜5000°kであることが見い出された。
この温度を用いてダイヤモンド合成中のプラズマ中の種の分圧を計算してみると、メタン及び水素分子は99%以上が炭素原子及び水素原子に分解していることが明らかになった。従って低圧下での気相からのダイヤモンド合成には多量の水素原子と水素原子に比べて1%以下の炭素原子を準備することが重要であるという結論が得られた。ここで特に炭素原子の励起状態は問題でなく、基質状態で良いということも興味深いことである。
一方、成長したダイヤモンドの質的な問題としては成長速度が10μm/h以下では透明な結晶が成長し、これらの薄膜は天然及び高圧合成のダイヤモンドとほとんど同じ物性値を有していることも明らかになった。しかし、下地との付着性については再現性という意味において問題が残されている。特に下地としてSiを用いた場合、表面に成長するSiCのふるまいが再現性に大きな影響を与えていると思われる。
成長速度は一つの山をこえたと思われるが、更に低温下地表面での成長が応用を考えた場合の大きな課題となりそうである。

Research Products

• [Publications] A.Sawabe;H.Yasuda;T.Inuzuka: Applied Sunface Science. 33. 539-545 (1988)
• [Publications] K.Suzuki;A.Sawabe;T.Inuzuka: Appl.Phys.Letter. 53. 1818-1819 (1988)
• [Publications] K.Suzuki;A.Sawabe;T.Inuzuka: Jpn.J.appl.Phys.
• [Publications] 安田浩明,澤邊厚仁,犬塚直夫,鈴木一博: 真空. 31. 638-643 (1988)
• [Publications] 若槻権男,犬塚直夫: 圧力技術CJHPI. 26. 226-240 (1988)
• [Publications] 村上智子,犬塚直夫: 日本結晶学会誌. 30. 286-291 (1988)