2010 Fiscal Year Annual Research Report
極低温トンネル反応と低速電子線誘起反応を利用した炭素薄膜の合成
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21560031
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
佐藤 哲也 山梨大学, クリーンエネルギー研究センター, 准教授 (60252011)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 清和 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 教授 (40324181)
宮嶋 尚哉 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 助教 (20345698)
山中 淳二 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 准教授 (20293441)
有元 圭介 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 助教 (30345699)
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| Keywords | カーボン / 低速電子 / 薄膜 / アモルファス / DLC / メタン / 極低温 / トンネル現象 |
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| Research Abstract |
研究目的
水素原子の関与するトンネル反応と、低速電子誘起反応を利用して、アモルファスカーボンやダイヤモンド状カーボン(DLC)の極低温合成を行なった。原子・分子レベルで炭素ネットワークの成長機構を解明し、カーボンクラスターやカーボン微粒子、ナノ構造体形成に関する基礎的な知見を得る。
研究成果
マトリックス単離赤外分光法により、薄膜成長表面(サブサーフェス)における反応解析を試みた。メタン・Ar混合ガス(濃度5%)を、超高真空下にて極低温(<20K)に冷却したアルミ蒸着シリコン(Al/Si)基板上に照射した。同時に、H_2ガスの直流放電で発生した電子(e^-)を、H原子およびH_2とともに照射した。Arマトリックス中に捕獲されたメタンおよび反応性生物を高感度反射赤外分光法(IRRAS)によりその場・実時間観察した。さらに基板温度を上昇しながら同様に観測した。6Kでの堆積時には、CH_4、C_2H_6およびC_3H_6に帰属されるスペクトルが確認された。昇温していくと、20K近傍からArが昇華し始め40Kに到達するとCH_4の昇華が始まり、CH_4由来のC-H伸縮振動(3013cm＾<-1>)が消失していく一方、C_3H_8、C_2H_4およびC_2H_2が観測された。これらの生成物は、基板温度の上昇に伴い、炭素-Ar混合固体に捕捉された反応活性種のH, CH_2およびCH_3が拡散し、反応中間体との反応により生成したこと考えられる。カーボン膜の成長表面は電子衝撃により基板より温度が高く、活性種の拡散により同様な反応が進行するために、極低温でもDLCが形成されると推測される。
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