触媒を用いたダイヤモンドの化学気相合成法の開発

CVD法によるダイヤモンド合成において、核発生密度を飛躍的に増大させ、ダイヤモンド超薄膜の高速合成を検討するため、各種金属触媒表面上でのダイヤモンド合成を行った。ダイヤモンド合成に対する触媒作用を調べるため、遷移金属から鉄、ニッケル、コバルト、アルカリ金属からカリウム、ナトリウム、アルカリ土類金属からカルシウムを選んだ。各種金属の酸化物あるいは塩化物をシリコンウエハ-上に設置し、メタン-水素混合ガスのマイクロ波低温プラズマにより合成を行った。メタン濃度0.5%、圧力30torr、マイクロ波出力200Wを標準合成条件とした。合成実験後の試料表面を走査型電子顕微鏡によって観察したところ、各種金属表面上に多くの析出物が得られることが分かったが、ダイヤモンドの自形を有する析出物は確認できなかった。。また、塩化物をシリコン上に設置して合成した場合は、シリコン表面にサブミクロン以下の極めて微細な粒子が認められたが、これは反応初期の金属塩化物の還元過程で発生する塩化水素と関連があるものと推定された。今後、ハロゲン化物との相互作用について検討する必要がある。上記の試験により、種々の金属が炭素質物質の核発生過程に対して促進効果を持つことが明らかとなったが、ダイヤモンドの合成には至らなかった。そこで、合成条件を変えて実験を行い、析出物の形態、合成速度に対する影響を吟味した。その結果メタン濃度1%の場合にニッケル表面上で明確なダイヤモンドの自形を有する粒子を確認することができ、しかも合成速度は通常の場合のおよそ2倍であった。ダイヤモンド超薄膜の高速合成を実現するためには、金属触媒の種類に応じた最適合成条件の検討が必要と思われる。

CVD法によるダイヤモンド合成において、核発生密度を飛躍的に増大させ、ダイヤモンド超薄膜の高速合成を検討するため、各種金属触媒表面上でのダイヤモンド合成を行った。ダイヤモンド合成に対する触媒作用を調べるため、遷移金属から鉄、ニッケル、コバルト、アルカリ金属からカリウム、ナトリウム、アルカリ土類金属からカルシウムを選んだ。各種金属の酸化物あるいは塩化物をシリコンウエハ-上に設置し、メタン-水素混合ガスのマイクロ波低温プラズマにより合成を行った。メタン濃度0.5%、圧力30torr、マイクロ波出力200Wを標準合成条件とした。合成実験後の試料表面を走査型電子顕微鏡によって観察したところ、各種金属表面上に多くの析出物が得られることが分かったが、ダイヤモンドの自形を有する析出物は確認できなかった。。また、塩化物をシリコン上に設置して合成した場合は、シリコン表面にサブミクロン以下の極めて微細な粒子が認められたが、これは反応初期の金属塩化物の還元過程で発生する塩化水素と関連があるものと推定された。今後、ハロゲン化物との相互作用について検討する必要がある。上記の試験により、種々の金属が炭素質物質の核発生過程に対して促進効果を持つことが明らかとなったが、ダイヤモンドの合成には至らなかった。そこで、合成条件を変えて実験を行い、析出物の形態、合成速度に対する影響を吟味した。その結果メタン濃度1%の場合にニッケル表面上で明確なダイヤモンドの自形を有する粒子を確認することができ、しかも合成速度は通常の場合のおよそ2倍であった。ダイヤモンド超薄膜の高速合成を実現するためには、金属触媒の種類に応じた最適合成条件の検討が必要と思われる。