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。

蓝宝石（α-AL2O3），易于获得大尺寸氧化物单晶，被视为底物，并在适当的大气中进行高温退火处理，并使用原子力显微镜检查了原子水平超级平面化的存在或不存在。与用于生产钻石薄膜的CVD和溅射方法不同，为了从根本上改变钻石的成核机制，这项研究是通过使用脉冲激光消融改善现有的膜形成装置来进行的，从而允许提供脉冲碳材料种子。通过脉冲激光外观，将紫外线激光照射到固体靶标上以散发薄膜原料，并沉积外延（单晶）薄膜。高纯度石墨和石墨与Ni或Fe混合，用于进一步促进钻石成核。激光是紫外线激光器（现有设备）。通过脉冲激光消融靶向石墨，在平坦的原子水平的平坦蓝宝石底物上，在平坦的蓝宝石基板上生长薄钻石膜，并研究了最佳氧气压力，底物温度，基板靶向距离和激光频率的条件。进行了用石墨激光消融在氧气中产生的发光柱（羽）的光谱研究。也就是说，通过进行发射光谱法测量了羽流的时间分辨和位置分解，并定量研究了氧部分压对钻石晶体生长的影响。

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。