| 研究課題/領域番号 |
17K06799
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
神田 一浩 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 教授 (20201452)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | アモルファスカーボン膜 / 国際標準規格 / Ｘ線吸収分光 / 陽電子消滅法 / 局所構造 / 自由体積 |
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| 研究実績の概要 |
研究計画に沿って実験を行い、下記の成果を得た。１）蛍光収量法でSi K端X線吸収分光測定を行うために必要なSiを含まない基板上にシリコン含有ダイヤモンドライクカーボン（Si-DLC）膜を製膜した。２）製膜したSi-DLC膜を試料として、ニュースバル放射光実験施設BL05Aにおいて、Si-DLC膜のSi K端X線吸収分光（XAS）スペクトルを測定した。Si-DLC膜のSi原子の化学状態は、Siもしくはa-Si:Hと近い領域にあることを見出した。また、Si原子の含有率によりSi-DLC膜中のC原子の化学状態は大きく変化するが、Si原子の化学状態はそれほど大きく変化しないことを見出した。３）京都大学複合原子力研究所研究用実験炉（KUR）のB-1実験孔に設置された低速陽電子ビームシステムを用いて陽電子消滅（PAS）法により膜中の自由体積を反映するsパラメータの測定を行った。DLC膜にSiを含有させると大きくsパラメータが増加することを見出した。一方、Si原子の含有率によるsパラメータの違いは大きくないことを見出した。４）PAS法の測定から、軟X線の照射により水素化DLC膜およびSi含有水素化DLC膜のsパラメータが減少することを見出した。これは、軟X線照射によって水素化DLC膜およびSi含有水素化DLC膜中の自由体積が減少していると考えられる。５）XASの測定から、軟X線を照射することで水素化DLC膜、Si含有水素化DLC膜の炭素原子の局所構造が変化すること、一方、Si原子の局所構造はほとんど変化しないことを観測した。さらにX線反射率（XRR）測定の結果、軟X線照射により、水素化DLC膜・Si含有水素化DLC膜の密度が増加し、膜厚が減少することを見出した。また、Si含有水素化DLC膜ではこの変化に要する照射Dose量が多く、Siがこの過程を抑制していることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Si-DLC膜中のSi原子の局所構造を決定するためには蛍光収量法によるX線吸収分光の測定が必要だが、DLCの製膜基板として良く使われるシリコンウェハ上を用いるとウェハのSiの蛍光が試料信号に混ざるために精確な測定ができない。そこで、Siを含まないTi金属板上にプラズマエンハンスドCVD法を用いてSi-DLCを製膜した。原料ガスのアセチレンとテトラメチルシラン（TMS）の流量比を変えることでSi含有率の異なる４種類の膜を作成し、以下の実験に使用した。バルクの情報が得られる蛍光収量法と表層の情報が得られる全電子収量法でSi-K端X線吸収分光スペクトルの測定を行ったが、両者に差が無く、膜質の安定した製膜に成功したことを確認した。X線吸収分光スペクトルの測定結果から、Si-DLC膜中のSi原子のイオン化エネルギーは金属Siもしくはa-Si:Hに近いことが明らかとなった。また、Si-DLC膜の組成によりC原子の化学状態は大きく変化するのに対し、Si原子ではほとんど変化しないことを見出した。KURのB-1実験孔の低速陽電子ビームシステムにおいて昨年度に実証した測定条件で陽電子消滅（PAS）法を用いてドップラー拡がり（sパラメータ）の測定を行った。DLC膜にSiを含有させると大きくsパラメータが増加することを見出した。また、Si原子の含有率によるsパラメータの違いは大きくなく、自由体積は大きく変化しないことを見出した。さらに、軟X線照射により水素化DLC膜のsパラメータが減少することを突き止めた。XRRの測定からは、水素化DLC膜が軟X線照射によって密度が増加し、膜厚が減少することを見出した。これらの結果から軟X線の照射により水素化DLC膜から水素が脱離し、炭素－炭素結合が構築され、その結果自由体積が減少し、密度の増加と体積の減少が起きることを明らかにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画に基づいて以下の実験を行う。① 製膜したSi-DLC膜ではSi原子の化学状態の変化はほとんど観測されなかった。Si/C比の増加に対して化学状態の変化がどの領域で起きるかを調べるために、更にSi/Cの高い試料の製膜を行う。そのためには原料ガスにTMSよりもSi/C比の高いヘキサメチルジシランなどの使用を検討する。また、Si-DLC膜の組成比の精密決定は長岡科学技術大学所有の静電加速器を使用してラザフォード散乱/弾性反跳散乱分析から行う予定にしていたが、同装置の不調により実行できていない。精度では劣るがグロー放電発光分析装置を用いた組成分析を実施する。② 本年度確立した手法を用いてニュースバルBL05Aにおいて①で製膜したSi-DLC膜のSi K端X線吸収分光の測定を蛍光収量法にて行う。また、BL09AにおいてC K端についても蛍光収量法を用いたX線吸収分光の測定を試みる。C K端は蛍光収率が低いために蛍光収量法でのX線吸収分光はほとんど行われていないが、11mのアンジュレータとC K端である300 eV近辺で高い収率を持つフォトダイオードの使用でグラファイトの測定に成功しており、DLC膜でも測定を試みる。③ KURのB-1実験孔において、原子力規制委員会による原子炉運転再開の許可が遅れたため実施に至っていない陽電子消滅法の寿命測定を行ってDLC膜・Si-DLC膜中の自由空間を絶対値で観測する。④ 研究の過程で軟X線照射過程によってDLC膜に含まれるヘテロ元素によって、その改質過程が異なることが明らかになった。DLC膜・Si-DLC膜・F-DLC膜を試料として昇温脱離スペクトルを測定し、X線照射過程と対比させる形でその自由体積・局所構造変化について検討する。
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