A Study on Deposition mechanisms of Amorphous Carbon films with in-situ Multiple-Internal-Reflection Infared Spectroscopy

原位多次内反射红外光谱研究非晶碳薄膜的沉积机理

• 批准号: 20K03920
• 负责人: 篠原 正典
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Fukuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03920/
• 关键词: HPPS/HiPMS; カーボン膜; スパッタ堆積; プラズマ化学気相堆積; 赤外分光; ラマン分光; アモルファス炭素膜; 成膜メカニズム; プラズマ気相化学堆積; スパッタ成膜; 大電力インパルスマグネトロンスパッタリング; 膜中の炭素の２重結合; 多重内部反射赤外吸収分光法; スパッタ法; プラズマ化学気相堆積法; 膜中の炭素の2重結合状態の生成と消滅; スパッタ膜; プラズマ

薄いシリコン基板内部で赤外で光を多重反射させてシリコン基板表面での赤外光の反射回数を増大させることにより基板表面での検出感度を向上させた「多重内部反射赤外吸収分光法」でカーボン膜の成膜メカニズムを調べてきた。従来この方法をプラズマCVD法に適用してきたが、大電力インパルスマグネトロンスパッタリング(HiPMS)と呼ばれる方法での成膜にも適用し、カーボン膜の成膜を原子レベルで解明しようとものである。もちろん、プラズマ気相堆積(PECVD)の成膜メカニズムをしっかり押さえ、その違いを明らかにしようとするものである。。昨年度まで、チャンバーの横側に設置されたスパッタ源からの飛び出す原子群により、膜が堆積される範囲がターゲット近くに制限され、チャンバー中心部の基板に膜が堆積されにくかった。スパッタをするガスをアルゴンから水素に切り替え、プラズマを生成するパルス電力のパルス幅パルス最大電力を大きくして供給電力を大きくし、プラズマの広がりを大きくすることを試した。プラズマは基板が設置されたチャンバー中心部まで達し、膜が基板上に堆積させることができた。そこで、赤外分光法で調べたところ、膜中の水素量が少ないため、スペクトル中のピークがはっきりしない。しかし、ラマン分光で調べたところ、アモルファス炭素膜に特異的に表れるDピーク、Gピークが観測された。この2つのピークは、プラズマCVD法で堆積された膜で観測されたスペクトルと比べると、Gピークが大きいため、スパッタ膜ではクラスターを形成しながら膜が堆積されている可能性があることがわかった。一方、プラズマCVD法では気相から炭素の2量体(C2)が膜堆積に重要な役割をしていることも明らかにできた。さらに、スパッタ成膜中の基板温度を高温にすることにより、グラフェンへ膜の構造が変化させることが可能なことも示した。

我们已经使用“多个内部反射红外吸收光谱”研究了碳膜的膜形成机制，该光谱通过在薄硅底物内部的光红外反射来提高底物表面的检测敏感性，并增加了硅底物表面红外光反射的数量。尽管该方法已应用于等离子体CVD方法，但它也已使用称为“高功率脉冲磁控溅射（hipms）”的方法应用于膜形成，并且还旨在阐明在原子水平上形成碳膜的形成。当然，它旨在牢固掌握等离子体蒸气沉积（PECVD）的膜形成机理并澄清差异。 。直到去年，从安装在腔室侧面的溅射源中的一组原子限制了膜在目标附近存放的区域，这使得膜很难存放在室内中心的基板上。我们尝试将溅射气体从氩气转换为氢，从而增加脉冲功率的脉冲宽度，从而产生等离子体，从而通过增加最大脉冲功率来增加供应功率，并增加等离子体的扩散。血浆到达放置基板的腔室中心，膜可以沉积在基板上。因此，当通过红外光谱法调查时，光谱中的峰尚不清楚，因为膜中的氢量很小。但是，当通过拉曼光谱法调查时，观察到D峰和G峰，这些峰和G峰在无定形的碳膜上特别显示。与血浆CVD方法沉积的膜观察到的光谱相比，G峰更大，因此发现在簇中形成簇时，可以沉积膜。另一方面，很明显，碳二聚体（C2）在等离子体CVD的蒸气阶段的膜沉积中起重要作用。此外，已经表明，通过在溅射膜形成过程中升高底物的温度，可以将膜的结构更改为石墨烯。

项目成果

篠原 正典，佐々本 凌

筱原正德、笹本亮

• 发表时间: 2020
• 作者: 作道章一;三沢達也;アモルファス炭素膜のプラズマ気相化学堆積に対する ベンゼン供給位置の影響
• 通讯作者: アモルファス炭素膜のプラズマ気相化学堆積に対する ベンゼン供給位置の影響

IR spectroscopic study of film deposition process during acetylene plasma

乙炔等离子体薄膜沉积过程的红外光谱研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 中居 辰夫;桒田 篤哉;佐々本 凌;篠原 正典;松本 貴士;田中 諭志
• 通讯作者: 田中 諭志

Effect of substrate position on chemical states of the deposited films with benzene as a source during plasma CVD

等离子体CVD过程中基底位置对苯源沉积薄膜化学状态的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 篠原 正典;中居 辰夫;桒田 篤哉;佐々本 凌
• 通讯作者: 佐々本 凌

プラズマ化学気相体積中の体積位置による膜中の化学結合状態の変化

薄膜中化学键状态的变化取决于等离子体化学气相体积中的体积位置

• 发表时间: 2022
• 作者: 石 侑叶;桒田 篤哉;中居 辰夫;佐々本 凌;篠原 正典;田中 諭志;松本 貴士
• 通讯作者: 松本 貴士

ヘリウム添加アセチレンプラズマにおけるヘリウム/アセチレン比による堆積膜の化学結合状態の変化

沉积薄膜化学键合状态的变化取决于氦掺杂乙炔等离子体中的氦/乙炔比率

• 发表时间: 2022
• 作者: 桒田 篤哉;中居 辰夫;大石 侑叶;佐々本 凌;篠原 正典;田中 諭志;松本 貴士
• 通讯作者: 松本 貴士