プラズマ発光瞬時分光分析によるイオンプレーティング中の動的励起過程の研究

• 研究課題/領域番号: 61550022
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 東洋大学
• 研究代表者: 村山 洋一 東洋大, 工学部, 教授 (40057956)
• 研究分担者: 小室 修二 東洋大学, 工学部, 講師 (90120336) ; 柏木 邦宏 東洋大学, 工学部, 講師 (30058094) ; 森川 滝太郎 東洋大学, 工学部, 教授 (80191013)
• 研究期間 (年度): 1986
• 研究課題ステータス: 完了 (1986年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1986年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: プラズマ / 発光分光分析 / イオンプレーティング

研究概要

最近、新材料の創製技術にプラズマプロセスが用いられている。特に薄膜形成においては、イオンプレーティング,プラズマCVD,プラズマ重合などがこの分野の技術に該当する。
本研究は、プラズマが発生する発光スペクトルを瞬時的に分光分析し、測定することにより、プラズマ中の発光スペクトルの動的励起過程を、明らかにすると共に、これをイオンプレーティング中の薄膜形成過程に応用し、動的過程を測定しつつ、膜形成時における諸物性を制御することにある。
実験は、反応性高周波イオンプレーティング法を用い、ZnO膜の形成過程の動的挙動を研究した。【O_2】プラズマにおけるZnとOの励起発光を瞬時分光分析し、えられたZnO膜の物性との関連を調べた。成膜条件の中で一番重要なのは、高周波電力とZnOの成膜速度である。従ってプラズマの発光分光分析を高周波電力と変化させた場合について行った。その結果、プラズマ中のZn(λ=624mm)の発光強度は、高周波電力の上昇と共に減少し、逆にO(λ=557mm)の発光強度が増加していくことが判明した。XPSの測定からもZnOの結合エネルギーが1 (eV)に存在することが明らかになった。これらのことから、反応性高周波イオンプレーティングの系では、Zn原子とO原子がプラズマ中で化学反応を起こし、ZnO膜の形成が行なわれていることが推測される。発光分光分析の発光強度比Zn/Oと、膜のXPSの結合エネルギー比ZnO/Oを調べると、成膜速度が10(A/S)附近を境にして、領域が二分することが判明した。この附近の成膜速度でえられた膜を、RHEED,X線回折により構造解析を行なうと、10(A/S)より遅い成膜速度の場合は、ZnOのみの膜がえられ、それより速い成膜速度では、ZnOの他に未反応と思われるZn原子の混在している膜がえられることが明らかになった。発光分光分析は薄膜形成過程に十分応用できることが判明した。