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

2003 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 / 白金微粒子 / 埋込み構造 / 水素吸蔵 / マイクロ波プラズマ / 自己組織化 / CVD

研究概要

マイクロ波プラズマCVD(化学気相堆積)法により作製したダイヤモンド薄膜上に堆積した白金薄膜の膜厚及び水素プラズマ照射条件を制御することにより、数nmスケールの球状白金微粒子が白金薄膜の自己組織化現象により形成できることが判明した。このような白金微粒子は、その大きさ(直径)が約20nm以上になると多結晶的な結晶構造を取るのに対し、10nm以下の場合には単結晶構造的になり、下地ダイヤモンドと形成された白金粒子との間には結晶方位に関し相関があることが判明した。また、この自己組織化白金微粒子は格子内に水素を吸蔵しており、そのため格子定数が約30%伸びていることが、2次イオン質量分析法(SIMS)及び高分解透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた解析により明らかとなった。さらに、この水素吸蔵白金微粒子を真空下で加熱処理すれば、吸蔵水素が白金粒子から離脱し、格子定数は元来の白金格子の値に戻ることが分かった。昇温脱離法による解析により、この吸蔵水素の脱離は600℃〜800℃で生じることが判明した。一方、白金微粒子をCVDダイヤモンド薄膜中に埋め込んだ後、再び白金薄膜の自己組織化を行い、さらに同様なプロセスを繰り返し用いることにより、ダイヤモンド-白金微粒子からなる多層積層構造を形成できることを示した。また、このような積層構造に対し、ダイヤモンド層のみを選択的に酸素プラズマを用いてエッチングすることにより、試料表面上に存在する白金微粒子密度を増大できることも示した。他方、自己組織化白金微粒子中の吸蔵水素の場合と比較し、ダイヤモンドと白金微粒子との界面近傍には水素は存在できるが、ダイヤモンド結晶薄膜内にはあまり水素が含有されないことが示唆された。

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. Vol.12. 434-441 (2003)
• [文献書誌] 濱田充弘, 寺地徳之, 伊藤利通: "収束イオンビームを用いて加工した高電界印加型ダイアモンド素子構造における残留カリウムの電界誘起効果"真空. Vol.46・No.3. 222-224 (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. Vol.216. 65-71 (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. vol.216. 59-64 (2003)
• [文献書誌] 辻本健一, 三谷論司, 寺地徳之, 伊藤利通: "気相合成ダイアモンド薄膜上におけるプラチナ薄膜の低温形態変化"真空. Vol.46・No.9. 706-707 (2003)
• [文献書誌] K.Tsujimoto, S.Mitani, T.Teraji, T.Ito: "Fabrication of Nano-Sized Platinum Particles Self-Assembled on and in CVD Diamond Films"Applied Surface Science. (発表予定). (2004)