高融点金属単結晶上のNiをバッファ層としたダイヤモンドのエピタキシャル成長

以Ni为缓冲层的难熔金属单晶上外延生长金刚石

• 批准号: 04650658
• 负责人: 川原田 洋
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 1993
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04650658/
• 关键词: ダイヤモンド; エピタキシャル成長; 高融点金属; バッファ層; タングスラン・カーバイト

単結晶Wの表面制御技術の開発二次再結晶法にて得られた単結晶Wロフドからラウエ法を用いて方位選択カフトを行い(110)表面をだし、機械研磨および電界研磨を行い破砕層を除去した。その後、表面の無秩序層を除去するために必要であった高温(2300℃)熱処理の代りに、水素プラズマ処理(900℃)を行い、より低温で平坦な単結晶W表面を得る技術を開発した。メタン・水素混合プラズマによるダイヤモンド核形成制御電子サイクロトロン共鳴(ECR)によるメタン・水素混合プラズマを利用したイオン照射を行い,従来ドライプロセスでは困難であった異種基板上でのダイヤモンド核形成制御を可能とした。このイオン照射により単結晶W(110)表面にはWC(001)がエピタキシャル成長し,引きつづく照射によりダイヤモンド層が形成するのを確認した。この結果は,バッファ層としてNiよりも熱的安定性の高いWCをバッファ層としてダイヤモンドがヘラロエピタキシャル成長する可能性を示すものである。エピタキシャルNi薄膜上でのダイヤモンド粒子の部分的なエピタキシャル成長Niのエピタキシャル層を形成した表面上にダイヤモンドを形成した。表面の清浄化を水素プラズマにて行い,表面に存在するNiO層を除去した基板を使用した。ダイヤモンドの核形成密度の上昇および20%程度の粒子がC(111)11Ni(111),C<110>11Ni<110>の方位関係でエピタキシャル成長しているのが確認された。Ni表面のポランシャルが共有結合物質のエピタキシャル成長にとって有効であることが示された。しかし,Ni層が薄いとプラズマによりNiが除去されてしまう問題も指摘されている。最適なNi層の厚みの検討と核形成密度の向上が最重要課題である。

使用LAUE方法对单晶W的表面控制技术开发进行了方向选择袖口，以从二级再结晶方法获得的单晶W阁楼中删除表面（110），然后进行机械抛光和电场抛光以去除碎层。随后，进行了氢等离子体处理（900°C），而不是去除表面上无序层所需的高温（2300°C），以在较低的温度下获得平坦的单晶W表面。由甲烷 - 氢血浆控制的钻石成核通过使用甲烷 - 氢混合等离子体的电子回旋共振（ECR）控制，从而可以控制不同底物上的钻石成核，这在常规干过程中很难。已经证实，WC（001）通过离子辐照在单晶W（110）的表面生长，并且是通过持续辐射形成的钻石层。该结果表明，钻石可以使用WC在外延上生长斑点，而WC比Ni作为缓冲层作为缓冲层更热稳定。在形成的Ni的外延层的表面形成了外延Ni薄膜上部分外延的钻石颗粒。使用氢等离子体清洁表面，并使用带有NIO层的底物去除的表面。已经证实，钻石的成核密度和约20％的颗粒在C（111）11ni（111），C <110> 110> 11ni <110>的方向上生长。 NI表面上的警察对共价材料的外延生长有效。但是，还指出，如果Ni层很薄，则通过血浆去除Ni。最重要的问题是研究NI层的最佳厚度并提高成核密度。

项目成果

H.Kawarada H.Sasaki: "Surface Flatness of Homo‐Epitaxial Diamond(001)Films Characterized by Scanning Tunneling Microscopy and Reflelction Electron Microscopy" Jpn.J.Appl.Phys.32. (1993)

H.Kawarada H.Sasaki：“通过扫描隧道显微镜和反射电子显微镜表征的同质外延金刚石 (001) 薄膜的表面平整度”Jpn.J.Appl.Phys.32 (1993)。

H.Sasaki,M.Aoki and H.Kawarada: "Reflection Electron Microscope and Scanning Tunneling Microscope Observations of CVD Diamond(001)Surfaces" Diamond and Related Materials. 3. (1993)

H.Sasaki、M.Aoki 和 H.Kawarada：“CVD 金刚石 (001) 表面的反射电子显微镜和扫描隧道显微镜观察”金刚石和相关材料。