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アモルファス炭素膜は、化学的・機械的安性、摺動性など有用な性質があり、低温で成長できる有用な膜である。しかし、時々刻々変化する反応性プラズマのプロセスを制御できず、プロセスの厳しい要望に答えることのできない場合が多い。そこで、本研究では、時々刻々変化する反応性プラズマプロセスを制御する方法を世界に先駆けて提示するためにプラズマプロセスによるアモルファス炭素膜の成長メカニズムを明らかにすることに主眼をおいた。本年は、工業的にも広く用いられているアセチレンプラズマを用いた成長様式を調べた。これまで成長速度が速いことが知られていたが、膜質が悪いなどの指摘もあり、その制御法が求められていた。そこで本研究において、赤外分光法を用いて、膜成長における反応過程を調べたところ、プラズマで分解されたアセチレン分子の解離種が膜表面に吸着し、次にやってくる解離種と解離種中の三重結合同士で結合し二重結合を形成する。その二重結合は次にやってくる解離種と結合し単結合となるという付加反応が起こっていることが分かった。フローティングの状態で成膜すると、この付加反応が進み、膜中には炭素同士の単結合が多い膜になることが分かった。一方、バイアスを印加して成膜すると、バイアスによりイオン成分が多く引き寄せられる結果、膜中には多くの2重結合を持った成分が形成されることが分かった。さらに、水素プラズマによる炭素膜の水素化、およびその基板温度依存性を調べ、成長過程における水素の役割・基板温度の効果について成長メカニズムに関する新たな知見を得た。さらに、酸素プラズマ曝露による親水性の向上およびそのメカニズムについても明らかにでき、親水性のアモルファス炭素膜の成膜の制御も可能となった。このように、本研究はこれまで明らかにできなかった成長メカニズムを明らかにし、膜成長制御につながるたいへん重要な知見を得ることのできる重要な研究である。さらに、これら一連の成果はアモルファス炭素膜ばかりでなく、炭素材料一般に通用する非常に有益な知見であり、その意義は大きい。
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