ダイヤモンド膜の生成機構に関する基礎的研究

ダイヤモンド薄膜の気相法による成長は数多く研究されている。その結果、基板表面に何らかの形で成長に関係する活性種の密度を増やすことが必要であること、多結晶が成長し、表面は激しい凹凸があることが示されている。しかし、その核形成と成長についてはなお明らかではないため、良質な膜が得られていない。一方エピタキシャW成長は基板から直接成長するので表面に特別な活性種がいらないと考えられる。このことよりエピタキシャル成長のおこる条件、そのときの核発生およびその成長を明らかにすることより統一的ダイヤモンド膜成長を理解できるはずである。本研究はこの考えに立ち系統的に基板の格子定数を変化させ、その上にダイヤモンドを成長させ高分解能電子顕微鏡を用いて観察した。用いた基板はSi、SiC、CBNである。断面観察の結果、SiCの場合ダイヤモンドが基板に直接つながっている所とアモルファスが間にある所が観察され、直接つながっている所はおたがいの格子が何層かおきに合う、いわゆるnear-coincidenceの関係にあることがわかった。また、CBNの基板の場合にはダイヤモンドは{hkl}||{hkl}の方位関係で成長している直接的結果が得られた。これらの界面組織の違いは界面エネルギーの違いによって説明できることがわかった。

ダイヤモンド薄膜の気相法による成長は数多く研究されている。その結果、基板表面に何らかの形で成長に関係する活性種の密度を増やすことが必要であること、多結晶が成長し、表面は激しい凹凸があることが示されている。しかし、その核形成と成長についてはなお明らかではないため、良質な膜が得られていない。一方エピタキシャW成長は基板から直接成長するので表面に特別な活性種がいらないと考えられる。このことよりエピタキシャル成長のおこる条件、そのときの核発生およびその成長を明らかにすることより統一的ダイヤモンド膜成長を理解できるはずである。本研究はこの考えに立ち系統的に基板の格子定数を変化させ、その上にダイヤモンドを成長させ高分解能電子顕微鏡を用いて観察した。用いた基板はSi、SiC、CBNである。断面観察の結果、SiCの場合ダイヤモンドが基板に直接つながっている所とアモルファスが間にある所が観察され、直接つながっている所はおたがいの格子が何層かおきに合う、いわゆるnear-coincidenceの関係にあることがわかった。また、CBNの基板の場合にはダイヤモンドは{hkl}||{hkl}の方位関係で成長している直接的結果が得られた。これらの界面組織の違いは界面エネルギーの違いによって説明できることがわかった。