超高品質薄膜堆積プラズマ評価用エバネセントレーザ分光診断システムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550407
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: M.A. Bratescu 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70312379)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須田 善行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70301942)
• Keywords: レーザ分光 / エヴァネセント波 / 薄膜堆積 / レーザアブレーション / 励起粒子密度 / プラズマ診断 / ラジカル密度

Research Abstract

本年度は主に以下の2つの測定を行なった。
1)エバネセント波分光法による放電管壁極近傍プラズマ診
CH_4/Ar誘導体バリア放電によるa-C:H膜堆積とその評価
(1)プラズマ診断
-Ar/CH_4混合ガスプラズマ中のAr(1s_5)準安定励起原子密度は、γ=0〜5%において、最大値〜10^<12> cm^<-3>をとり、γが増加するに従い減少している。この減少は、γ〜1%付近がもっとも急激であり、この理由として、CH_4分子やCH_xラジカル種との衝突によりArの準安定励起原子がクエンチするためだと考えられる。
-Ar/CH_4混合ガスプラズマ中のCH(X^2II)密度は、γ=0〜5%において、最大値〜10^<10>cm^<-3>をとり、Ar(1s_5)準安定励起原子密度と同様にγが増加すると減少するが、γ=5〜20%になるとわずかであるが上昇した。
-エバネセントのLCIF信号強度は、プラズマバルクの結果に比べて2桁から3桁小さかった。メタン混合率1%の場合は、メタン混合率0%の場合に比べて、エバネセント波信号が非常に小さかった。
(2)膜評価
FT-IRとエリプソメータを用いて、膜評価をおこなった。この膜評価では、良質な膜としての指標であるsp^3、および膜内部の電気特性であるE_gなどに注目し測定をおこなった。以下にその膜評価の結果をまとめる。
-このE_g傾向は、CH_3/CH_2の存在比およびsp^3/sp^2の存在比と同様な傾向で示し、このことから、sp^3/sp^2の存在比とE_gとに相関があることがいえる。
II)レーザアブレーションプラズマ診断
-C,N原子の空間分布は、時間分解吸収法を用いて測定した。CNラジカル、C_2、C_3分子の相対密度は、時間分解発光分光法を用いた。
-RFプラズマはアブレーションプルーム中の様々な粒子の発生を変化させ、プラズマ有無における、その化学反応は、粒子の発生や密度の変化によって説明することができた。

Research Products

• [Publications] M.A.Bratescu, N.Sakura, D.Yamaoka, Y.Sakai, H.Sugawara, Y.Suda: "Spectroscopic measurements of excited particles in a N2 gas RF plasma-assisted carbon laser ablation"Applied Physics A. (in press). (2004)
• [Publications] 吉崎泰直, Bratescu Maria-Antoaneta, 酒井洋輔, 須田善行, 菅原広剛: "Ar+CH_4バリア放電を用いたa-C:H堆積におけるAr(1s_<3,5>)およびCHのレーザ分光診断"電気学会論文誌. 124-A. 158-163 (2004)
• [Publications] M.A.Bratescu, D.Yamaoka, Y.Sakai, Y.Suda, H.Sugawara: "Investigation of excited species in a carbon ablation plume in nitrogen gas environment"Proceedings of 16th International Symposium on Plasma Chemistry, Taormina, Italy, June 22-27. 57 (2003)
• [Publications] Y.Suda, K.Utaka, M.A.Bratescu, Y.Sakai: "Carbon Nanostructure Growth by Short-wavelength Laser Ablation"Proceedings of 16th International Symposium on Plasma Chemistry, Taormina, Italy, June 22-27. 557 (2003)
• [Publications] Y.Sakai, N.Sakura, M.A.Bratescu, Y.Suda, H.Sugawara: "Spectroscopy investigation of the excited particles in an rf plasma-aided laser ablation plume"Program of the 56-th Annual Gaseous Electronics Conference, NWP.006, NASA AMES Research Center, San Francisco, 21-24 October. (2003)
• [Publications] Y.Sakai, Y.Yoshizaki, M.A.Bratescu, Y.Suda: "Laser spectroscopy investigations of the collisional processes. in Ar and CH_4 mixtures in a dielectric barrier discharge"Program of the 56-th Annual Gaseous Electronics Conference, NWP.007, NASA AMES Research Center, San Francisco, 21-24 October. (2003)
• [Publications] M.A.Bratescu, Y.Yoshizaki, Y.Sakai, Y.Suda: "Role of Ar(1s_5) atoms and CH(X^2・) radicals in a CH_4/Ar dielectric barrier discharge used for a-C:H deposition"Proceedings of LAPD11 11th International Symposium on LASER-AIDED PLASMA DIAGNOSTICS 28 Sep.-02 Oct. 2003 Les Houches France. (2003)
• [Publications] M.A.Bratescu, Y.Yoshizaki, Y.Sakai: "Level mixing diagnostics using double resonance absorption spectroscopy"Proceedings of LAPD11 11th International Symposium on LASER-AIDED PLASMA DIAGNOSTICS 28 Sep.-02 Oct. 2003 Les Houches France(Invited Lecture). (2003)
• [Publications] Y.Suda, K.Utaka, M.A.Bratescu, Y.Sakai, J.Tsujino, K.Suzuki: "Growth of carbon nanotube on Fe or Ni-deposited Si substrate by feeding carbon ablation plume"Proceedings of COLA'03 7^<th> International Conference on Laser Ablation, October 5-10, 2003, Hersonissos, Crete, Geece. (2003)
• [Publications] M.Itoh, Y.Suda, M.A.Bratescu, Y.Sakai, K.Suzuki: "Amorphous carbon nitride film preparation by plasma-assisted pulsed laser deposition method"Proceedings of COLA'03 7^<th> International Conference on Laser Ablation, October 5-10, 2003, Hersonissos, Crete, Geece. (2003)
• [Publications] M.A.Bratescu, N.Sakura, D.Yamaoka, Y.Sakai, Y.Suda, H.Sugawara: "Spectroscopic measurements of excited particles in a N_2 gas RF plasma-assisted carbon laser ablation"Proceedings of COLA'03 7^<th> International Conference on Laser Ablation, October 5-10, 2003, Hersonissos, Crete, Geece. (2003)
• [Publications] 太田章嗣, C.Biloiu, 酒井洋輔, M.A.Bratescu, 須田善行: "C_8F_<18>プラズマCVDを用いたa-C : F膜の生成とその特性の評価"電気学会放電研究会資料,ED-03-115. 49-54 (2003)
• [Publications] 宇高孝二, 須田善行, M.A.Bratescu, 酒井洋輔, 菅原広剛: "短波長レーザアブレーションによるカーボンナノチューブ合成"電気学会放電研究会資料,ED-03-114. 43-48 (2003)
• [Publications] 吉崎泰直, M.A.Bratescu, 酒井洋輔, 須田善行: "Ar+CH_4バリア放電を用いたa-C:H堆積におけるAr(1s_<3,5>)およびCHのレーザ分光診断"電気学会基礎・材料・共通部門大会講演予稿集 II7. 19-24 (2003)
• [Publications] 吉崎泰直, M.A.Bratescu, 酒井洋輔, 須田善行: "Ar+CH_4混合ガスにおける誘電体バリアプラズマのAr(1s_<3,5>)とCH励起種エネルギー移行"2003年(平成15年)秋季 第64回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,31a-R-3. 1. 93 (2003)
• [Publications] 佐倉伸和, M.A.Bratescu, 酒井洋輔, 須田善行: "RFプラズマ支援レーザ炭素アブレーションプルーム中励起種の分光学的診断"2003年(平成15年)秋季 第64回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,31a-R-2. 1. 93 (2003)
• [Publications] 宇高孝二, 須田善行, M.A.Bratescu, 酒井洋輔, 菅原広剛: "短波長レーザアブレーションによる多層カーボンナノチューブ作成"2003年(平成15年)秋季 第64回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,30a-YA-1. 1. 429 (2003)
• [Publications] 太田章嗣, C.Biloiu, M.A.Bratescu, 酒井洋輔: "C_8F_<18>プラズマCVDによるa-C:F 膜堆積とその特性"2003年(平成15年)秋季 第64回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,1a-ZG-5. 1. 106 (2003)
• [Publications] M.A.Bratescu, Y.Sakai, M.Yanagida: "Measurement of Xe(1s5) on a Barrier Discharge Wall by Evanescent Laser Spectroscopy"平成15年 第20回プラズマプロセシング研究会(SPP20)プロシーディングス A3-6、2003年1月29日〜31日、長岡. 71-72 (2003)
• [Publications] Y.Suda, K.Utaka, M.A.Bratescu, Y.Sakai, T.Kojima: "Formation of carbon nanostructure by pulsed laser deposition"平成15年 第20回プラズマプロセシング研究会(SPP20)プロシーディングス P1-39、2003年1月29日〜31日、長岡. 213-214 (2003)
• [Publications] 吉崎泰直, M.A.Bratescu, 酒井洋輔, 須田善行: "Ar+CH_4混合ガスDBDによるa-C:H薄膜堆積とDBDのレーザ分光診断"平成15年春季第50回応用物理学関係連合講演会,29p-E-1 (2003). 1. 159 (2003)
• [Publications] A.Ohta, S.Tazawa, Y.Sakai, M.A.Bratescu: "Relationship between the C_8F_<18> plasma and a-C:F film properties by PECVD"平成16年 第21回プラズマプロセシング研究会(SPP21)プロシーディングス A1-09、2004年1月28日〜30日、札幌. 32-33 (2003)
• [Publications] Y.Yoshizaki, M.A.Bratescu, Y.Sakai, Y.Suda, H.Sugawara: "Relation between plasma and a-C:H film properties in Ar and CH_4 dielectric barrier discharge"平成16年 第21回プラズマプロセシング研究会(SPP21)プロシーディングス P1-22、2004年1月28日〜30日、札幌. 114-115 (2004)
• [Publications] N.Sakura, M.A.Bratescu, Y.Sakai, Y.Suda: "Analysis of the carbon plume and the thin film properties in a N_2 gas RF plasma-assisted PLD"平成16年 第21回プラズマプロセシング研究会(SPP21)プロシーディングス P1-23、2004年1月28日〜30日、札幌. 116-117 (2004)
• [Publications] S.Tazawa, A.Ohta, Y.Sakai, M.A.Bratescu: "Enhancement of breakdown voltage between a-C:F film coated electrodes in N_2,Ar and He gases"平成16年 第21回プラズマプロセシング研究会(SPP21)プロシーディングス P1-42、2004年1月28日〜30日、札幌. 154-155 (2004)
• [Publications] S.Y.So, H.Sugawara, Y.Suda, M.A.Bratescu, Y.Sakai: "Numerical analysis of carbon plume in Ar plasma"平成16年 第21回プラズマプロセシング研究会(SPP21)プロシーディングス B3-12、2004年1月28日〜30日、札幌. 338-339 (2004)
• [Publications] A.Okita, Y.Hayakawa, Y.Suda, T.Kojima, Y.Sakai, M.A.Bratescu, H.Sugawara: "Carbon nanotube growth on Si/Al/SiO2 and Fe/AI/SiO2 substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition"平成16年 第21回プラズマプロセシング研究会(SPP21)プロシーディングス(SPP 21)プロシーディングス P2-22、2004年1月28日〜30日、札幌. 242-243 (2004)
• [Publications] M.A.Bratescu, Y.Yoshizaki, Y.Sakai, Y.Suda: "Spectroscopic and electrical characteristics of a dielectric barrier discharge in Ar/CH_4 gas mixture"第18回光源物性とその応用研究会、神奈川大学、2003年12月1日,LS-03-17,AR-03-19,PE-03-09. 71-79 (2003)