ビーム照射とECRプラズマとの併用法による良質ダイヤモンドの成膜

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 62460059
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平木 昭夫 大阪大学, 工学部, 教授 (50029013)
• 研究分担者: 広瀬 洋一 日本工業大学, 工学部, 助教授 (90049726) ; 田口 常正 大阪大学, 工学部, 講師 (90101279)
• キーワード: ダイヤモンド薄膜 / ECRプラズマ / 低速中性粒子 / 核形式の位置制御

研究概要

本年度(最終年度)は従来法よりも低圧でのダイヤモンドの気相合成、核形式の位置制御による均一大粒径多結晶膜の作製に進展を見た。この結果、良質ダイヤモンド薄膜の低温合成という本研究課題の目的を達成することができた。
1)より低圧でのダイヤモンドの気相合成とその機構 強磁場中でのマイクロ波放電を使用し、低圧でもプラズマ密度を低下させないで成膜を行えるプラズマCVD法をダイヤモンドの成膜に応用した。この装置の特長は、電子サイクロトロン共鳴条件よりも高い磁場を利用し、マイクロ被が効率よく吸収する空間を設けたことにある。それにより、従来法よりりも2桁近い低圧である10^<-1>Torr以下でもダイヤモンドの成膜が可能となった。この低圧下では、従来よりも成膜温度が200℃以上低下し、600℃において良質のダイヤモンドが得られる。成膜領域はφ100mm以上であり大面積での薄膜形成に有利である。また形成機構を考えるうえでバイアス効果が顕著となり、負の基板バイアスではダイヤモンドが成長せず、正の基板バイアスでは成長することがわかった。これより、運動エネルギーの非常に低い中性粒子(ラデイカル)がダイヤモンドの形成に重要である。
2)核形式の位置制御による均一大粒径多結晶膜の作製、微細加工技術によりSi基板上に作製されたSiO_2ドット(1.2μm×1.2μm)をArビーム照対にて核形式サイトとした。ダイヤモンド粒子の核が1つずつSiO_2ドット上に生じ、単一核による三次元成長により良質の結晶性をもったダイヤモンド粒子が10μm間隔で成長した。この結果、粒径10μmの粒の揃った多結晶ダイヤモンドが得られ、単結晶に近い物性を示した。この技術はヘテロエピタキシャル成長が不可能な基板上で単結晶に近い特性を必要とする際に極めて重要となる。

研究成果

• [文献書誌] Hiroshi Kawarada;Kazuhito Nishimura;Toshimichi Ito;Junichi Suzuki;King-Sheng Mar;Yoshihiro Yokota;Akio Hiraki: Jpn.J.Appl.Phys.27. L683-L686 (1988)
• [文献書誌] H.Kawarada;K.Nishimura;K.S.Mar;Y.Yokota;J.Suzuki;T.Ito;A.Hiraki,: Proc.Mat.Res.Soo.EAー15. 89-92 (1988)
• [文献書誌] 川原田洋,鈴木準一,馬京昇,平木昭夫: 応用物理. 57. 1912-1918 (1988)
• [文献書誌] 川原田洋,鈴木準一,平木昭夫: 化学工業. 39. 784-790 (1988)
• [文献書誌] J.Suzuki;H.Kawarada;K.S.Mar;J.Wei;Y.Yokota;A.Hiraki: Jpn.J.AppL.Phys. 28. L281-L283 (1989)
• [文献書誌] J.Ma;H.Kawarada;T.Yonehara;J.Suzuki;J.Wei;Y.Yokota;A.Hiraki: AppL.Phy.Lett.
• [文献書誌] 川原田洋,鈴木準一,平木昭夫: "第3章VI 有磁場マイクロ波プラズマ法「人造ダイヤモンド技術ハンドブック」" サイエンス・フォーラム, 219-225 (1989)
• [文献書誌] 川原田洋,西村一仁,馬京昇,平木昭夫: "第4章II 電子顕微鏡法およびカソードルミネッセンスによるダイヤモンド薄膜の評価「人造ダイヤモンド技術ハンドブック」" サイエンス・フォーラム, 232-242 (1989)