パルスレーザー堆積法による炭窒化ホウ素薄膜の合成とその構造・物性の系統的研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750744
• Research Institution: Ryukoku University
• Principal Investigator: 青井 芳史 龍谷大学, 理工学部, 助手 (70298735)
• Keywords: 薄膜 / パルスレーザー堆積法 / 炭窒化ホウ素 / 窒化炭素

Research Abstract

本年度は、パルスレーザー堆積法により、ターゲット材料としてグラファイトを利用した窒化炭素薄膜の合成、ならびに、グラファイトと窒化ホウ素の混合ターゲットを利用した炭窒化ホウ素薄膜の合成を試み、そのプロセス条件と得られる薄膜の構造の関係を中心に検討を行い、以下の知見を得た。
1、窒化炭素薄膜合成得られた薄膜の構成元素の結合状態について検討したところ、薄膜中の窒素原子はsp^2およびsp^3混成炭素に結合しているものの2種類存在していることが明らかとなった。また、プロセス条件を変化させ合成した薄膜についてその構造について検討したところ、窒素の結合状態はプロセス条件よりもむしろ窒素含有量に依存しており、窒素含有量の増加に伴いsp^3混成炭素に結合している窒素の割合が増加がすることが明らかとなった。製膜後、得られた薄膜に熱処理を施したところ、熱処理により窒素含有量の減少と共に薄膜のグラファイト化が見られ、sp^3混成炭素に結合している窒素原子が優先的に脱離し、sp^2混成炭素に結合している窒素原子は熱的に安定であることが分かった。
2、炭窒化薄膜合成ターゲット中のグラファイト、窒化ホウ素の混合比により、薄膜中のホウ素、炭素、窒素の組成比を制御することが可能であった。赤外分光、ラマン散乱分光分析の結果、薄膜中には未反応の炭素、窒化ホウ素が存在していることが明らかとなったが、X線光電子分光分析による薄膜構成元素の状態分析の結果、B-C-N結合の生成が示唆され、薄膜中には、未反応の炭素(グラファイト)、窒化ホウ素と共に、ホウ素、炭素、窒素の各元素が原子レベルで混合し炭窒化ホウ素を生成している部分が存在することが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Y.Aoi: "Synthesis of crystalline carbon nitride thin films by electron cyclotron resonance (ECR) sputtering method"New Diamond and Frontier Carbon Technology. 10・4. 213-223 (2000)
• [Publications] Y.Aoi: "Effects of heat treatment on structure of amorphous CN_x thin films by pulsed laser deposition"Thin Solid Films. (掲載予定).