微細スケルトン構造白金/CVDダイヤモンド積層薄膜への水素の注入とその拡散

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450128
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 伊藤 利道 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00183004)
• 研究分担者: 寺地 徳之 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50332747)
• キーワード: 白金薄膜 / ダイヤモンド薄膜 / CVD / 埋込み構造 / ナノ構造 / マイクロ波プラズマ / 自己組織化 / 水素

研究概要

マイクロ波プラズマCVD法を用いて作製した品質の異なる多結晶ダイヤモンド薄膜及びホモエピタキシャル単結晶ダイヤモンド薄膜の上に、DCスパッタ法や電子ビーム蒸着法により白金薄膜を堆積した後、水素プラズマ処理、ダイヤモンド追成長や水素雰囲気下熱処理などを行い、X線分析器付走査型電子顕微鏡や走査型透過電子顕微鏡により得られた試料の微細構造を評価したところ、水素の触媒的作用によりダイヤモンド薄膜上の白金薄膜はその融点の半分以下の温度で移動し始め、最終的には自己組織化しほぼ球状の孤立粒子群になることが判明した。この白金粒子は一般的には多結晶化しており、白金粒子の直径と自己組織化前の白金薄膜の膜厚とは、あまり基板ダイヤモンドには依存せずにほぼ比例関係があったため、両者を結びつける実験式を明らかにすることにより、微細白金粒の直径が制御できることを示した。自己組織化白金微粒子は十分粒径が小さい場合には単結晶となることも明らかにした。更に、ダイヤモンド薄膜の追成長を行うことにより白金微粒子の埋込み構造を作製したところ、白金微粒子の大きさに応じてダイヤモンド薄膜中に歪みが発生するが、粒径が十分小さい場合には顕著な歪みが殆ど観測されないCVDダイヤモンド薄膜中への白金微粒子の埋込み構造を形成できることが判明した。一方、自己組織化後の白金/ダイヤモンド試料に対して超高真空下において一定速度で昇温し放出ガスを計測したところ、白金の自己組織化処理を行わなかった試料に比べより多くの水素が試料から放出されることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] T.Ito, T.Watanabe, M.Irie, J.Nakamura, T.Teraji: "Electron Emissions from CVD Diamond Surfaces"Diamond and Related Materials. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] 濱田充弘, 寺地徳之, 伊藤利道: "集束イオンビームを用いて加工した高電界印加型ダイヤモンド素子構造における残留ガリウムの電界誘起効果"真空. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] M.Hamada, T.Teraji, T.Ito: "Field-Induced Effects of Implanted Ga on High-Electric-Field Diamond Devices Fabricated by Focused Ion Beam"Applied Surface Science. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] J.Nakamura, S.Fukumoto, T.Teraji, H.Murakami, T.Ito: "Hydrogen-Related Structural Changes on CVD Diamond (100) Surfaces by Ultra-High-Vacuum Annealing"Applied Surface Science. (印刷中). (2003)