磁界による反応性プラズマの制御

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本研究はグロ-放電電界に直交する変調磁界を効果的に利用する走査プラズマCVD法によって、反応性プラズマの制御および均一かつ均質な大面積薄膜の形成を行なう技術の確立を目的としている。そのため、先ず定常磁界中のプラズマ密度のみならず各種発光種の空間分布を調べ、次に変調された磁界を印加した場合の時間空間的平均化効果について調べた。さらに、実際に水素化アモルファスシリコン膜を形成し、走査プラズマ法の有効性についても確認した。得られた成果をまとめると以下のようになる。(1)定常クロスフィ-ルド磁界中におけるSiH_4(10%)/Arグロ-放電プラズマ中のArI、Ha、SiH^*ラジカル発光強度の詳細な二次元空間分布の時間的推移の計測により、EXBドリフト効果によるプラズマ輸送及びマグネトロン効果による密度の増加などを明らかにしている。(2)SiH^*の生成はバルクプラズマ中の低エネルギ-電子によるものと、陰極シ-ス内の二次電子によるものがあり、前者のピ-クはプラズマ密度及びArI発光のピ-クと一致し、後者のピ-クはHα発光のピ-クと一致していることが明らかになった。(3)クロスフィ-ルド磁界を変調することによりプラズマや各種ラジカルの空間分布の時間的平均化を行ない、放電空間の外に設置した基板近傍において成膜速度に比例するSiH^*ラジカルの均一な発光分布(不均一度2.5%以下)が得られることを実証した。(4)さらに、上記の基礎的デ-タをもとにして、実際にアモルファスシリコン膜を形成し、この方法により膜厚分布の大面積にわたる均一化が可能であることを示した。これらの研究成果は太陽電池などの機能性薄膜電子材料の製造、鋼板や高分子フィルムの表面処理等の大規模プロセスの実現に有用である。