| 研究課題/領域番号 |
25820129
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
山田 英明 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 主任研究員 (90443233)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ダイヤモンドウェハ |
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| 研究概要 |
単結晶ダイヤモンド基板の大面積合成技術の一つである、高品質な単結晶基板の接合技術に取り組んだ。1インチ以上の面積に渡って接合を試みると、①基板の破壊や、②接合部の品質の劣化が発生することが判った。これらの合成の品質を左右するパラメータの一つとして結晶方位に注目したところ、結晶方位が変化すると、上記した２つの現象が影響を受けることを見出した。結晶方位と境界が成す角が適切な範囲に無い場合は、１インチを超える長さの接合部に対しては、ほとんどの場合、基板の破壊が発生したが、適切な範囲にあれば、２インチ程度の長さに対しても破壊は見られなかった。同様に、Raman分光測定などによりにより結晶性の評価を行ったところ、接合部の品質や、窒素の取り込みが影響を受けることを見出した。
一方、プラズマを電磁流体近似したモデルに基づき、原料ガス種同士の化学反応を考慮して、２次元のシミュレーションを実施した。投入電力や圧力、流量などへのインチサイズに渡るラジカル密度分布やガス温度分布の依存性を確認した結果、投入パワーが一定程度を超えると、基板上での基板温度は一定値に収束し、それ以上は殆ど上昇しないことが判った。また、メチルラジカル密度は比較的非一様性が高いことが判った。一方、得られた原子状水素やメチルラジカルなどの密度から合成速度を見積もるモデルと連携させ、数値的に合成速度の絶対値や、その分布を評価した。基板中央部での合成速度はは概ね実験結果を反映しており、実験で得られる合成速度の基板周辺部での低下は、基板温度の低下によって引き起こされていることを示唆する結果を得た。
以上の知見に基づき、1インチ以上の大面積基板に対する合成条件を改善し、10mm角の単結晶基板を24枚接合し、40x60mmの面積を持つ、接合型の単結晶ダイヤモンド基板の試作を行った。
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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
当初、本研究が目指していた２インチ大のダイヤモンドウェハを実証できた。その合成に用いるプラズマの様相についてのシミュレーションを用いた解析や、Raman分光測定などを用いた結晶評価を、大面積基板合成や得られた結晶に対して実施することにより、点ではなく、面での調査を進展させることができた。特に、合成品質を左右する主要なパラメータとその効果を確認・実証できたことは重要な進展と考える。以上の状況から、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
２インチ大のウェハの作製実証を行い、条件もある程度は特定できたが、詳細なメカニズムについてはまだ不明な点が多い。今後は、これについて取り組むと共に、その知見を活かして、更に効率・品質の向上を目指す。
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