Creation of Advanced Functional Nanodia-Graphene with Built-in NV Center by Controlling Plasma Processes

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[1]NV中心(NVC)内蔵ナノダイヤ(NVC-ND)・グラフェン創製に向けて, カーボンナノリングを用いた絶縁体基板上への層数制御グラフェン合成の詳細実験を継続したが, 基板表面での不均一合成であることが判明したので, 触媒もシーズも用いない新たな代替プロセス手法の開発に着手した.[2]ここで, グラフェン層の土台となるナノダイヤモンド(ND)の微結晶サイズ(Ld)とグラフェン微結晶サイズ(Lg)の関係を重視し,バッキーダイヤモンドを超音波撹拌法で石英基板上に種付けし, C2H5OH/H2混合のM-プラズマ(RF)を用いてND薄膜合成の予備実験を行い, Ldが10 nmから1000 nmの範囲にあること突き止めた.[3]そこで, このND薄膜のLd値を認識し, グラフェンの層数とLgを制御可能なグラフェン合成プラズマCVD法を探求した. グラフェン構造・品質の評価はラマンスペクトルの欠陥(Id), その倍音(Io), グラファイト(Ig)の各バンド強度, それらの比Id/Ig, Io/Ig(Ro)及びIoの半値幅(Wh)を基に行った. C2H5OH/H2(7/1)混合のL-プラズマを用いてRFパワー(Prf), 基板温度(Tsb), CVD時間(Tc)への依存性を測定し, Tsb=700 ℃, Tc=60分の場合に以下の結果を得た. (1) Prf=20 W：単層(Ro=1.7, Wh=35 cm-1, Lg> 500 nm)及び数層(Ro=0.6, Wh=40 cm-1, Lg=275 nm). (2) Prf=30 W：単層(Ro=2.1, Wh=34 cm-1, Lg=44 nm)及び数層(Ro=0.6, Wh=58 cm-1, Lg=79 nm). (3) Prf>40 W：単層のみで極めて均一な薄膜(Ro=1.4, Wh=49 cm-1, Lg=16 nm).