閾値イオン化質量分析診断にもとづく超硬質窒化炭素結晶膜設計指針の確立

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650760
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 伊藤 治彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70201928)
• 研究分担者: 齋藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80250984)
• キーワード: アモルファスCN膜 / マイクロ波プラズマCVD / ECRプラズマCVD / CNラジカル / 質量分析 / プラズマ診断 / C原子 / 炭素材料

研究概要

本研究ではアモルファス窒化炭素膜の組成を決定づける要因を調査する目的で四重極質量分析計を用いた閾値イオン化質量分析法によりBrCNの解離イオン化過程を調べた。この研究により得られた結果から以下に示す結論を得た。
(1)電子衝撃によるBrCNの解離イオン化過程
測定により得られたマススペクトルより、BrCNの解離イオン化過程で生成したCN^+とBr^+を検出したところBr^+の方が優先的に検出されていることが確認された。またBr^+については解離イオン化過程によらずその閾エネルギーはほぼ等しく、CN^+に関しては複数の閾値をもつことが確認された。また、BrCNから解離したCNがさらに解離してC^+およびN^+となり検出されることが確認された。すなわち高い運動エネルギーを持つ電子の衝撃で薄膜の形成の前駆体としてCNラジカルの他にC原子が生成することが示唆された。
(2)CN膜の生成過程
ECRプラズマCVDは電子が高いエネルギーをもってBrCNに衝突していると考えられる。本研究による結果よりCイオンが有効に生成していることからC原子についても高効率で生成すると予想される。したがってこのCイオンおよびC原子が存在する条件下ではa-CN_x膜に比べa-C膜が優先的に生成し、[N]/ ([N]+[C])が低く抑えられる。一方、MWプラズマCVDはC原子の生成する効率がきわめて低いため、結果として[N]/([N]+[C])が50%近くに保たれる。
以上(1)および(2)より閾値イオン化質量分析法を用いたBrCNの解離イオン化過程の解析がa-CNx膜の窒素含有率を決定づける要因を調査するのに非常に有用な情報を提供することを見出した。

研究成果

• [文献書誌] 伊藤治彦, 神田諭, 並木恵一, 伊藤典子, 齋藤秀俊: "Mechanism of Formation of the CN (B^2Σ^+) State from Dissociative Excitation Reaction of BrCN with Electron Cyclotron Resonance Plasma of Ar"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [文献書誌] 伊藤治彦, 田中一宏, 佐藤陽, 伊藤典子, 齋藤秀俊: "Ion-Induced Processes in the Dissociative Excitation Reaction of BrCN to Synthesize Mechanically Hard Amorphous Carbon Nitride Films in the Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition System"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [文献書誌] 伊藤治彦, 並木恵一, 宮本洋司, 大高正巳: "Electronic Transition Moment of the A^2Π-X^2Σ^+ System of TiN"Journal of Molecular Structure. (印刷中).