レーザーアブレーションによるダイヤモンド薄膜のホモエピタキシャルおよびヘテロ成長

激光烧蚀金刚石薄膜的同质外延和异质外延生长

基本信息

批准号：
13750015
负责人：
吉武剛
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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

项目摘要

現在ダイヤモンド薄膜は様々な方法で作製されているが、そのほとんどが化学気相成長法(CVD法)によるものである。しかし化学気相成長法では700℃以上の基板温度が必要なこと、生成膜に水素が残留するなどの課題を抱えている。そこで本研究では高純度な膜を低温で作製可能な方法として着目されているレーザーアブレーション(PLD)法によりダイヤモンド薄膜の作製を試みた。ダイヤモンドの成長は核発生と膜成長から成る。化学気相成長法では膜成長条件はすでに明らかにされ、現在はヘテロ成長を実現するために核発生条件が様々な方法を用いることにより盛んに研究されている。一方、PLD法ではまだどちらも解明されていない。そこで我々はまず、膜成長条件の解明、すなわちホモエピタキシャル成長を最初に行った。酸素雰囲気中におけるグラファイトターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりホモエピタキシャル成長の条件をほぼ明らかにした。様々な膜作製制御パラメータに対する膜成長の変化から、レーザーアブレーション法におけるダイヤモンド薄膜成長メカニズムについてなど、以下に示す多くの知見が得られた。(1)レーザーパルスの繰り返し周波数がダイヤモンド薄膜成長に及ぼす影響を調べ、膜成長モデルを提案した。(2)様々なダイヤモンド配向基板への膜作成を試み、各々の配向基板についての膜成長機構を明らかにした。(3)ダイヤモンドパウダーをシーディングしたSi、Sic基板に対して、ダイヤモンド結晶が多数析出したアモルファスカーボンとの混相膜が得られるようになった。ヘテロ成長への第一歩である。

当前，钻石薄膜是由各种方法产生的，其中大多数是由化学蒸气沉积（CVD）产生的。但是，化学蒸气沉积方法存在问题，例如需要700°C或更高的底物温度以及生产膜中的残留氢。因此，在这项研究中，我们试图通过激光消融（PLD）制造钻石薄膜，该方法允许在低温下制造高纯度膜。钻石生长由成核和膜生长组成。化学蒸气沉积法已经揭示了膜的生长条件，目前正在通过使用各种方法来实现异元进行积极研究。另一方面，这些都没有通过PLD方法来解释。因此，我们首先研究了膜的生长条件，即同性恋生长。使用石墨靶标在氧气大气中，几乎可以通过激光消融来阐明同上生长的条件。相对于各种膜制造控制参数的膜生长变化提供了广泛的知识，如下所示，包括激光消融中钻石薄膜生长的机理。（1）我们研究了激光脉冲重复频率对钻石薄膜生长的影响，并提出了膜生长模型。（2）我们试图在各种面向钻石的底物上制作薄膜，并揭示了每种定向底物的膜增长机制。（3）现在可以在已经用钻石粉末播种的SI和SIC底物上获得具有大量钻石晶体的无定形碳的混合相膜。这是迈向异质性的第一步。