純酸素中での新規気相プロセスによるダイヤモンドヘテロエピタキシー

通过纯氧中的新型气相工艺进行金刚石异质外延

• 批准号: 11875004
• 负责人: 吉本 護
• 金额: $ 1.41万
• 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: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11875004/
• 关键词: 酸素; ダイヤモンド薄膜; ヘテロエピタキシャル成長; サファイア基板; レーザーアブレーション

本研究でめざす項目は下記の通りである。(1)酸素中でのグラファイトのレーザーアブレーションによる、サファイア基板上での大面積平坦ダイヤモンド薄膜の低温新合成技術の確立、(2)ダイヤモンドp,n半導体合成のためのレーザーを利用した新手法の確立、さらに、(3)酸素中でのグラファイトレーザーアブレーションの解析によるダイヤモンドヘテロエピタキシー機構の解明、である。昨年度と今年度の研究により、基板温度および酸素圧を変化させながら、ダイヤモンド結晶成長が効率よく行えるような条件を調べた。その結果、酸素圧が0.1〜0.2Torr、基板温度が600℃付近の条件でダイヤモンドの結晶核形成および成長が起こることを見いだした。SEM観察では、基板方位に応じてエピタキシャル成長したダイヤモンド結晶粒子に特有な結晶面が観察されており、さらに基板面内で結晶方向がそろっているのがわかった。AFM観察より、結晶粒子の平均高さは約0.2μmであった。顕微ラマン散乱スペクトルを測定すると、ダイヤモンドに特有な1332.8cm^<-1>を中心とする鋭いラマンピークが観測された。ピークの半値幅は極めて小さく、高品質なダイヤモンド粒子が形成されていることがわかった。グラファイトの酸素中レーザーアブレーション時の発光柱の時間および空間分解の解析から、気相中のC2分子がダイヤモンド成長に大きく関与していることがわかった。

本研究中针对的项目如下：（1）建立一种新的低温合成技术，以通过激光消融氧气中的石墨烧料在蓝宝石底物上的大型扁平钻石薄膜（2）建立一种新方法，使用激光来建立一种新方法，以通过钻石P，n分析机构（3）建立钻石机制，并建立钻石的建立者（3）氧气中的消融。去年和今年的研究研究了允许钻石晶体生长有效地进行的条件，同时改变底物温度和氧气压力。结果，发现在氧气压力为0.1至0.2 TORR的条件下，钻石晶体成核和生长发生，底物温度约为600°C。在SEM观察中，根据底物的方向观察到了外延生长的钻石晶体颗粒所特有的晶体平面，进一步发现晶体方向在底物表面内对齐。根据AFM观测，晶体颗粒的平均高度约为0.2μm。当测量显微镜拉曼散射光谱时，观察到一个尖锐的拉曼峰，以1332.8cm^<-1>为中心，这是典型的钻石。发现峰的一半宽度非常小，并且形成了高质量的钻石颗粒。在氧气中石墨的激光消融过程中光发色谱柱的时间和空间分解的分析表明，气相中的C2分子与钻石生长很大程度上涉及。

项目成果

M.Yoshimoto,K.Mizuno.T.Miyahara: "Atomic-scale Control of Oxide Substrate Surface/Termination and Novel Heteroepitaxial Growth"Mater.Res.Soc.Proc.. 587. 1-12 (2000)

M.Yoshimoto，K.Mizuno.T.Miyahara：“氧化物基板表面/终止的原子尺度控制和新型异质外延生长”Mater.Res.Soc.Proc.. 587. 1-12 (2000)

M.Yoshimoto et al.: "Epitaxial Diamond Growth on Sapphire in an Oxidizing Euvironments"Nature. 398. 340-342 (1999)

M.Yoshimoto 等人：“氧化环境中蓝宝石上的外延金刚石生长”自然。

T.Ikeda,H.Fujioka,K.Ono,M.Yoshimoto: "X-ray Photoelection Spectroscopy Study of Heterointerface between Mn-Zn Ferrite"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 4486-4488 (2000)

T.Ikeda、H.Fujioka、K.Ono、M.Yoshimoto：“Mn-Zn铁氧体之间异质界面的X射线光电子光谱研究”Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 4486-4488 (2000)