黒鉛のレーザー蒸発による高品質ダイヤモンド厚膜の新合成

激光蒸发石墨新合成高品质金刚石厚膜

• 批准号: 13875120
• 负责人: 吉本 護
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13875120/
• 关键词: グラファイト; ダイヤモンド; レーザーアブレーション; 薄膜; エピタキシャル成長; 黒鉛; ダイヤモンド成膜

大型酸化物単結晶が得られ易いサファイア(α-Al2O3)を基板として取り上げ、適当な雰囲気中で高温アニール処理を施して、原子レベル超平坦化の有無を原子間力顕微鏡を用いて調べた。従来のダイヤモンド薄膜作製に利用されてきたCVD法やスパッタ法とは違い、ダイヤモンドの核形成機構を根本的に変えるために、本研究ではカーボン原料種のパルス的供給が可能な、パルスレーザーアブレーションを利用した成膜装置を、既存の成膜装置に改良を加えて作製した。パルスレーザーエピタキシー法により、紫外線レーザーを固体ターゲットに照射して薄膜原料を飛ばしエピタキシャル(単結晶)薄膜を堆積した。ターゲットには、高純度グラファイトおよび、よりダイヤモンド核形成を促進するために、Ni,やFeを混入したグラファイトを用いた。レーザーとしては、紫外光エキシマレーザー(既存装置)を利用した。原子レベルで平坦なサファイア基板上に、グラファイトをターゲットとしたパルスレーザーアブレーションにより、600℃以下の低温においてダイヤモンド薄膜成長を行い、最適な酸素圧力、基板温度、基板-ターゲット間距離、レーザー周波数の条件を探った。酸素中でのグラファイトレーザーアブレーションにより生じる発光柱(プルーム)の分光学的研究を行った。即ち、プルームの時間分解、および位置分解の発光分光測定を行い、ダイヤモンド結晶成長に及ぼす酸素分圧の影響を定量的に調べた。

以容易获得大的氧化物单晶的蓝宝石(α-Al2O3)为基板，在适当的气氛下进行高温退火处理，研究原子水平上是否存在超平坦化。使用原子力显微镜进行研究。与常规用于生产金刚石薄膜的CVD法和溅射法不同，为了从根本上改变金刚石成核机制，本研究采用脉冲激光烧蚀，可以以脉冲方式供给碳原料来成膜。所使用的设备是通过对现有的成膜设备进行改进而创建的。采用脉冲激光外延法，通过用紫外激光照射固体靶材，吹掉薄膜材料来沉积外延（单晶）薄膜。作为靶材，我们使用高纯度石墨以及与 Ni 和 Fe 混合的石墨，以进一步促进金刚石成核。作为激光，使用紫外线准分子激光(现有装置)。采用脉冲激光烧蚀靶向石墨，在低于600℃的低温下在原子级平坦的蓝宝石衬底上生长金刚石薄膜，并确定了最佳氧压、衬底温度、衬底-靶材距离和激光频率的条件。为了我们对石墨在氧气中激光烧蚀产生的发光羽流进行了光谱研究。也就是说，对羽流进行时间分辨和位置分辨发射光谱测量，以定量研究氧分压对金刚石晶体生长的影响。

项目成果

Nakajima, Furusawa, Yoshimoto: "Optical emission study of laser ablation plasma plume for the preparation of diamond films in oxygen"Trans. Mater. Res. Soc. Japan. 26(3). 1021-1024 (2001)

Nakajima、Furusawa、Yoshimoto：“用于在氧气中制备金刚石薄膜的激光烧蚀等离子体羽流的光学发射研究”Trans。

K.Nakajima, M.Yoshimoto: "Pulsed laser ablation of graphite in O_2 for preparation of diamond films and carbon nanotubes"Diamond and Related Materials. 11. 953-956 (2002)

K.Nakajima、M.Yoshimoto：“在 O_2 中脉冲激光烧蚀石墨以制备金刚石薄膜和碳纳米管”金刚石和相关材料。