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2017 年度 実績報告書

ダイヤモンド表面を原子レベルに平坦化するイオンアシスト表面拡散研磨法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K14124
研究機関東北大学

研究代表者

小川 修一  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00579203)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード光電子制御プラズマ / 表面平坦化 / ダイヤモンド / ダイヤモンドライクカーボン
研究実績の概要

光電子制御プラズマから生成される低エネルギーイオンを用いてダイヤモンド表面を原子スケールで平坦化する方法を開発することを目的とし研究を進めてきた。平成29年度は以下の成果が得られた。
(1)これまで光電子制御プラズマから生成され、ダイヤモンド基板に照射されるエネルギー粒子はイオンであると予想していたが、光電子制御プラズマの発光分光観察や放電特性評価の実験から、中性原子の存在が示唆された。中性原子が生成する要因として、光電子制御プラズマに特有の空間電荷効果が考えられる。ダイヤモンド基板近傍に生成された空間電荷層にイオンが侵入した場合、電荷交換によってイオンが中性化する。このため、基板には中性原子が衝突することとなり、基板からの持続的な電子放出(ガンマ作用)が抑制されることが実験で確かめられた。イオン照射による平坦化では、絶縁体であるダイヤモンド表面のチャージアップによるイオン照射量低減が問題となり、平坦化に支障があると懸念されていたが、この問題を一気に解決できる目処がたった。
(2)sp2/sp3結合が混在したダイヤモンドライクカーボン膜は機械コーティングなどに利用されているが、その平坦化も重要な課題である。そのため、平坦なDLCコーティング膜合成方法とその解析評価手法の開発を行った。Ar希釈メタンを用いたDLC合成では、Arイオンによるスパッタリングとメチルラジカルによる膜成長の競合過程であることがわかった。平坦なDLC膜を形成するためにはイオンスパッタリングを抑制すればいいため、光電子制御プラズマによる低エネルギーイオンが有用であると考えられる。一方で低エネルギーイオンを用いるとDLC中の水素含有量が増加し、DLCの硬さが低減してしまう問題があったが、原料にCO2を混ぜることによってDLC膜中の水素含有量を低下できることがわかった。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Chemical structure and electrical characteristics of diamondlike carbon films2018

    • 著者名/発表者名
      Takabayashi Susumu、Hayashi Hiroyuki、Yang Meng、Sugimoto Rintaro、Ogawa Shuichi、Takakuwa Yuji
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 81 ページ: 16~26

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2017.11.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical structural analysis of diamondlike carbon films: I. Surface growth model2018

    • 著者名/発表者名
      Takabayashi Susumu、Jesko Radek、Shinohara Masanori、Hayashi Hiroyuki、Sugimoto Rintaro、Ogawa Shuichi、Takakuwa Yuji
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 668 ページ: 29~35

    • DOI

      10.1016/j.susc.2017.10.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical structural analysis of diamondlike carbon films: II. Raman analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Takabayashi Susumu、Jesko Radek、Shinohara Masanori、Hayashi Hiroyuki、Sugimoto Rintaro、Ogawa Shuichi、Takakuwa Yuji
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 668 ページ: 36~41

    • DOI

      10.1016/j.susc.2017.10.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Decreased hydrogen content in diamond-like carbon grown by CH4/Ar photoemission-assisted plasma chemical vapor deposition with CO2 gas2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ogawa, R. Sugimoto, N. Kamata, Y. Takakuwa
    • 雑誌名

      Surface and Coatings Technology

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.surfcoat.2018.04.016

    • 査読あり
  • [学会発表] 光電子制御プラズマによる低速 Ar+イオン/Ar 原子ビームの開発2018

    • 著者名/発表者名
      蒲田修久,阿加賽見,小川修一,高桑雄二
    • 学会等名
      平成29年度日本表面科学会東北・北海道支部学術講演会
  • [学会発表] Two-step treatments of Photoemission-Assisted Plasma Irradaition for Cu/Si Surfaces Smoothing2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ajia, S. Ogawa, Y. Takakuwa
    • 学会等名
      ISPlasma2018/IC-PLANTS2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth of nitrogen doped DLC by photoemission-assisted plasma CVD with N2 gas2017

    • 著者名/発表者名
      S. Hashimoto,R. Sugimoto, S. Ogawa,Y. Takakuwa
    • 学会等名
      2017 International Thin Film Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of Oxygen-doped DLC using CH4/Ar photoemission-assisted plasma CVD with CO2 doping gas2017

    • 著者名/発表者名
      S.Ogawa, R. Sugimoto, N. Kamata, Y. Takakuwa
    • 学会等名
      2017 International Thin Film Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoemission-assisted plasma CVD growth of N-doped diamond like carbon films on Si substrates2017

    • 著者名/発表者名
      S. Hashimoto, R. Sugimoto, S. Ogawa, Y. Takakuwa
    • 学会等名
      39th International Symposium on Dry Process
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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