核の発生を決定するパラメータの導出と薄膜付着強度の向上

核の発生を決定するパラメータの導出と薄膜付着強度の向上を目的として,CVD法によるシリコン基板上へのダイヤモンド薄膜形成過程を対象とした分子動力学シミュレーションを行った。研究の進展にともない,当初の目的であった核発生パラメータというマクロな物理量を越えて,遥かにミクロな視点より,薄膜付着強度向上への指針となる核発生機構を明らかにすることができた。具体的には,シリコン基板上の点欠陥,高ひずみアモルファス領域,および同領域が相転移した体心立方(bcc)構造の領域からの核発生機構を把握した。得られた実績を要約して以下に示す。1. ダイヤモンド核発生開始の基本的な素過程を量子力学に基づいた動力学により明らかにすることを目的として,1個の炭素原子に注目した第一原理分子動力学シミュレーションを行い,点欠陥からの核発生機構を解析した。2. 高ひずみ状態にあるアモルファス構造のシリコン基板を対象とした核発生機構把握の分子動力学シミュレーションを行い,反応ガス中の炭素原子が基板内部に侵入し,基板がシリコンカーバイドとなることを示した。すなわち,ダイヤモンド薄膜-シリコン基板の中間層としてのシリコンカーバイド形成プロセスの一つを,基板表面のアモルファス領域に注目することにより明らかにした。3. 高ひずみ状態のアモルファス構造のシリコン基板が相転移した,bcc構造のシリコン基板を対象とした核発生機構把握の分子動力学シミュレーションを行い,2.と同様に,基板がシリコンカーバイドとなることを示した。

核の発生を決定するパラメータの導出と薄膜付着強度の向上を目的として,CVD法によるシリコン基板上へのダイヤモンド薄膜形成過程を対象とした分子動力学シミュレーションを行った。研究の進展にともない,当初の目的であった核発生パラメータというマクロな物理量を越えて,遥かにミクロな視点より,薄膜付着強度向上への指針となる核発生機構を明らかにすることができた。具体的には,シリコン基板上の点欠陥,高ひずみアモルファス領域,および同領域が相転移した体心立方(bcc)構造の領域からの核発生機構を把握した。得られた実績を要約して以下に示す。1. ダイヤモンド核発生開始の基本的な素過程を量子力学に基づいた動力学により明らかにすることを目的として,1個の炭素原子に注目した第一原理分子動力学シミュレーションを行い,点欠陥からの核発生機構を解析した。2. 高ひずみ状態にあるアモルファス構造のシリコン基板を対象とした核発生機構把握の分子動力学シミュレーションを行い,反応ガス中の炭素原子が基板内部に侵入し,基板がシリコンカーバイドとなることを示した。すなわち,ダイヤモンド薄膜-シリコン基板の中間層としてのシリコンカーバイド形成プロセスの一つを,基板表面のアモルファス領域に注目することにより明らかにした。3. 高ひずみ状態のアモルファス構造のシリコン基板が相転移した,bcc構造のシリコン基板を対象とした核発生機構把握の分子動力学シミュレーションを行い,2.と同様に,基板がシリコンカーバイドとなることを示した。