永久磁石を用いたECRプラズマCVDにおけるダイヤモンド成膜とそのプラズマの影響

使用永磁体的 ECR 等离子体 CVD 中金刚石薄膜的形成以及等离子体的影响

基本信息

批准号：
08750858
负责人：
安井利明
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750858/
关键词：
ECRプラズマプラズマCVD ダイヤモンド薄膜 DLC薄膜プラズマ診断

项目摘要

本研究の目的は、永久磁石を用いたECRプラズマCVDにおいてダイヤモンド成膜を可能にするために、成膜時のプラズマ特性と膜質の関係を明らかにすることにある。まず、半同軸型空洞共振器と平板リングカスプ磁場をもつECRプラズマCVD装置を製作した。基板ホルダーには基板へのバイアス電圧の印加や温度制御を行えるような構造とした。このECRプラズマ源を用いて、H_2+CH_4+O_2の混合ガスを用い、プラズマ源の各制御パラメーター(ガス組成、圧力、マイクロ波入力)変化に対するプラズマの空間分布やプラズマ中の粒子種の組成変化をプラズマ診断により調べた。その結果、静電探針法により放電室内で高密度かつ一様な空間分布のプラズマの生成が行えることを確認した。また、プラズマ分光法によりプラズマ中に存在する粒子種が同定され、制御パラメーターによる各粒子種の変化を明らかにした。これらの結果から、プラズマ内の化学反応に対する知見を得た。次に、上のプラズマ診断の結果を基に、成膜パラメーターを変化させて成膜膜実験を行った。そして得られた膜質をラマン分光・X線光電子分光法・SEMによる表面観察により評価した。その結果、圧力2.7PaでO_2の混入量が0vol%の時はグラファイト相が優先して成膜されていたが、O_2を0.1vol%混入することによりアモルファス相が成膜されており、ダイヤモンドライクカーボンの堆積が確認された。これは、プラズマ診断で得られたプラズマ内の化学反応に対する知見と一致した。しかし、更なるO_2混入量の増加はグラファイトのエッチング効果を高め、成膜速度の低下させるため、成膜された粒子径は小さくなった。このため、ダイヤモンドの成膜を行うにはO_2混入量の微妙な調整が必要と考えられる。

本研究的目的是明确成膜过程中的等离子体特性与膜质量之间的关系，以便能够通过使用永磁体的 ECR 等离子体 CVD 形成金刚石膜。首先，我们制造了一个具有半同轴腔谐振器和平环尖点磁场的 ECR 等离子体 CVD 装置。基板保持器具有允许向基板施加偏压和温度控制的结构。利用该ECR等离子体源，我们使用H_2+CH_4+O_2的混合气体来改变等离子体的空间分布和等离子体中粒子种类的组成，以响应等离子体源的各个控制参数（气体组成、压力、微波输入）通过等离子体诊断进行了研究。结果，我们证实使用静电探针方法可以在放电室中产生高密度和均匀空间分布的等离子体。此外，使用等离子体光谱法识别了等离子体中存在的颗粒种类，并阐明了由于控制参数而导致的每种颗粒种类的变化。从这些结果中，我们获得了有关等离子体内化学反应的知识。接下来，基于上述等离子体诊断的结果，通过改变沉积参数来进行膜沉积实验。通过拉曼光谱、X射线光电子能谱和使用SEM的表面观察来评价所获得的膜的质量。结果表明,当压力为2.7 Pa、O_2混合量为0 vol%时,优先形成石墨相,而当O_2混合量为0.1 vol%时,则形成非晶相,并形成类金刚石层。确认有碳沉积。这与通过血浆诊断获得的有关血浆内化学反应的知识是一致的。然而，进一步增加O_2的混入量会增加石墨的蚀刻作用，降低成膜速率，因此形成的膜的粒径变小。因此，认为为了形成金刚石膜，需要精细地调整O_2的混合量。