シングルパルスカーボンイオン照射を用いた新炭素同素体Qカーボン薄膜の創製

利用单脉冲碳离子辐照制备新型碳同素异形体Q碳薄膜

基本信息

批准号：
21K13908
负责人：
針谷達
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Qカーボンは，強磁性を示す超硬質アモルファスカーボンである。しかし，ナノパルスレーザーアブレーション法を用いた合成例しか報告がなく，レーザー照射面に対し部分的に得られるのみである。本研究では，プラズマ成膜プロセスにおいて，堆積膜最表面層の温度条件を制御することで，薄膜状のQカーボンを創製し，プラズマプロセスによるQカーボン合成条件を明らかにする。Qカーボンは，従来材料以上の高機能表面保護膜や，磁気抵抗ランダムアクセスメモリなどの次世代デバイス材料になり得る可能性を持っており，薄膜化によって，これらQカーボン応用の劇的な進展が期待できる。2022年度では，前年度に設計した装置の構築および動作試験を実施した。既存の自己電流型フィルタードパルスアークプラズマ成膜装置をベースとし，基板ステージ側にRFプラズマを生成可能な構造とした。既存アークプラズマ成膜装置の故障箇所を改善し，動作試験としてテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の形成を試みた。カーボンターゲットを用いて，パルス幅5ms，放電回数8500回の条件にて，Si基板上に膜厚20nmのカーボン膜が得られた。作製したカーボン膜のX線反射率測定から得られた膜密度は3.14g/cm3であった。作製したカーボン膜が高い膜密度を示したことから，テトラヘドラルアモルファスカーボン膜を形成できたと考えられる。基板ステージ側のRFプラズマ源においては，マッチング回路の調整が必要となった。回路の再調整後，あらためて動作試験を実施する予定である。

Q碳是一种具有铁磁性的超硬无定形碳。然而，仅报道了使用纳脉冲激光烧蚀的合成实例，并且仅可以获得激光照射表面的一部分。在本研究中，我们将通过在等离子体沉积过程中控制沉积膜最外层的温度条件来创建Q碳薄膜，并阐明使用等离子体工艺合成Q碳的条件。 Q碳有潜力成为超越传统材料的高功能表面保护膜和磁阻随机存取存储器等下一代器件材料，薄膜的减薄将带来这些Q碳应用的巨大进步，可以期待。 2022财年，上一年设计的设备建成并进行了测试。它基于现有的自流式过滤脉冲电弧等离子体沉积系统，并具有允许在基板台侧产生RF等离子体的结构。我们对现有电弧等离子体沉积设备的故障部分进行了改进，并尝试形成四面体非晶碳膜作为操作测试。使用碳靶，在脉冲宽度5ms、放电次数8500次的条件下，在Si基板上得到厚度20nm的碳膜。由所制备的碳膜的X射线反射率测量获得的膜密度为3.14g/cm 3 。由于所制造的碳膜表现出高膜密度，因此认为可以形成四面体非晶碳膜。基板台侧的射频等离子体源需要调整匹配电路。重新调整电路后，我们计划进行另一次操作测试。