シングルパルスカーボンイオン照射を用いた新炭素同素体Qカーボン薄膜の創製

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Qカーボンは，強磁性を示す超硬質アモルファスカーボンである。しかし，ナノパルスレーザーアブレーション法を用いた合成例しか報告がなく，レーザー照射面に対し部分的に得られるのみである。本研究では，プラズマ成膜プロセスにおいて，堆積膜最表面層の温度条件を制御することで，薄膜状のQカーボンを創製し，プラズマプロセスによるQカーボン合成条件を明らかにする。Qカーボンは，従来材料以上の高機能表面保護膜や，磁気抵抗ランダムアクセスメモリなどの次世代デバイス材料になり得る可能性を持っており，薄膜化によって，これらQカーボン応用の劇的な進展が期待できる。2022年度では，前年度に設計した装置の構築および動作試験を実施した。既存の自己電流型フィルタードパルスアークプラズマ成膜装置をベースとし，基板ステージ側にRFプラズマを生成可能な構造とした。既存アークプラズマ成膜装置の故障箇所を改善し，動作試験としてテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の形成を試みた。カーボンターゲットを用いて，パルス幅5ms，放電回数8500回の条件にて，Si基板上に膜厚20nmのカーボン膜が得られた。作製したカーボン膜のX線反射率測定から得られた膜密度は3.14g/cm3であった。作製したカーボン膜が高い膜密度を示したことから，テトラヘドラルアモルファスカーボン膜を形成できたと考えられる。基板ステージ側のRFプラズマ源においては，マッチング回路の調整が必要となった。回路の再調整後，あらためて動作試験を実施する予定である。