マイクロ波CVD法によるn形導電性ダイヤモンド系薄膜の形成とデバイスへヘの応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560282
• Research Institution: Shizuoka Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 土肥 稔 静岡理工科大学, 理工学部, 助教授 (80247577)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河村 和彦 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (20022139)
• Keywords: ダイヤモンド / 薄膜 / マイクロ波CVD / 電界放出 / FEA / 真空マイクロ素子 / イメージセンサ / DLC

Research Abstract

マイクロ波CVD法により、シリコン基板上にダイヤモンド系膜を作製した。マイクロ波電源の出力は500W、雰囲気ガス(水素/メタン)の圧力を50〜400Pa、流量を50〜200ccm、メタン濃度は1〜15%、積時間は1時間とした。作製した膜は、外観上、黒、茶、白に分類された。黒色の膜はメタン濃度が高い場合に観察され、黒鉛状炭素膜であると考えられる。茶および白色の試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、茶色の試料はきれいな膜状であり、白色の試料は粒径約0.2μmの粒子状であることが分かった。これらの試料をラマン分光法で測定したところ、1333cm^<-1>、1600cm^<-1>にダイヤモンドおよび黒鉛状炭素のピークが観察された。ダイヤモンドのピークは、メタン濃度が低いほど強くなり、膜の色(茶、白)には依存しないことが分かった。
科研費で購入した直流電源(松定プレシジョンPQ350-1)を用いて、プラズマに対して基板にマイナスのバイアスを印加することにより核生成を促進させた。本実験装置に対しては、印加電圧は-100Vが適当であることが分かった。バイアスを印加した場合、粒子状の膜が生成しやすいことが分かった。
雰囲気ガスに窒素を0.1〜10%の範囲で混合し、ダイヤモンド系膜を作製した。窒素の混合によって、膜の堆積速度は著しく減少し、バイアスを印加した場合でも窒素濃度0.1%以下でのみ製膜が可能であることが分かった。現在のところ、作製した試料は粒子状の膜のみであり、試料の導電性については測定していない。
排気系を油拡散ポンプから科研費で購入したターボ分子ポンプ(ALSテクノロジー)に変更したところ、1×10^<-3>Paに到達する時間が半分となり、到達真空度も1時間で5×10^<-4>Paとなった。これにより、よりクリーンな環境でのダイヤモンド膜の作製が可能になった。