反応性プラズマ中浮上帯電ダイヤモンドの3次元結晶成長法

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13878082
• 研究種目: 萌芽的研究
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 飯塚 哲 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20151227)
• 研究分担者: 金子 俊郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30312599)
• キーワード: 微粒子プラズマ / ダイヤモンド微粒子 / プラズマCVD / 電子温度制御 / 微結晶ダイヤモンド / グラファイト / メタンプラズマ / 高周波放電

研究概要

空間に浮かせたまま3次元的に結晶成長をさせることができれば、結晶は基板などに邪魔されることなく自由に成長し、純粋な結晶を作る上で極めて有用と考えられる。本研究では、低電子温度化したメタン水素プラズマ空間内に、負に帯電したダイヤモンド微粒子を浮上させ、その表面に成膜することによりダイヤモンド微粒子の空間的成長過程を明らかにする。
真空容器内にダイヤモンド微粒子浮上装置を組み立てて実験を行なった。実験装置は円筒状であり、上下の部分に分割する。下部はプラズマ源であり、13.56MHzの平行平板高周波放電を行ってプラズマを生成する。上部との境界には、電子温度制御用のグリッドを設置し、このグリッドの位置を調整することによって上部に生成されるプラズマの電子温度を制御する。
グリッドによって上部の電子温度が1eV以下にまで低下することが分かった。しかし、グリッドに近づくにつれて電子温度は増加して、下部のプラズマ源から高エネルギー電子の流入が観測された。ダイヤモンド微粒子はグリッドの直流電位を変えることにより浮上位置が上下に変化し、成膜時における電子温度の制御がグリッドバイアスで変化できることが分かった。メタン水素プラズマ中に外部からダイヤモンド微粒子を注入して、その表面に成長する薄膜の膜質をラマン分光法で調べた。また、表面状態を電子顕微鏡で観察した。その結果、ダイヤモンドの表面に堆積時間が短いときは微結晶ダイヤモンドの生成を示すスペクトラムが観測された。更に堆積時間が増すと、ダイヤモンドライクの膜質になることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] T.Shimizu, S.Iizuka 他: "High quality diamond deposition in an electron temperature controlled RF plasma"Proc. 18th Simposium on PLasma Processing. 567-568 (2001)
• [文献書誌] T.Shimizu, S.Iizuka 他: "Fullerene Production in a low pressure Modified magnetron-typed RF plasma"Proc. 18th Simposium on PLasma Processing. 739-740 (2001)
• [文献書誌] K.Fukagawa 他: "Behaviors of single fine particle in a dc discharge plasma"Proc. 18th Simposium on PLasma Processing. 409-410 (2001)
• [文献書誌] G.Uchida, S.Iizuka 他: "Fine-particle clouds controlled in a dc discharge plasma"IEEE Transactions on Plasma Science. 29. 274-278 (2001)
• [文献書誌] T.Shimizu 他: "Electron temperature and ion energy control in modified magnetron-typed RF discharge"Thin Solid Films. 386. 248-251 (2001)
• [文献書誌] N.Sato 他: "Dynamics of fine particles in magnetized plasmas"Physics of Plasmas. 8. 1786-1790 (2001)