ダイヤモンド薄膜気相合成における活性種の測定

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では赤外レーザー吸収分光法(IRLAS)によってECRプラズマCVDを用いたダイヤモンド気相成長雰囲気中のメチル(CH_3)ラジカルを測定し、成長速度との関連を調べた。初めにメタン/水素の混合ガスでプラズマを発生させ、692.493cm^<-1>の位置にCH_3ラジカルのν_2=1←0R(4,0)の吸収を確認した。メタン濃度を増加させた場合に吸収強度が増加すること、マイクロ波電力を変化させても大きくは変化しないことがわかった。次に実際にダイヤモンド薄膜作製に用いているメタン/二酸化炭素/水素の混合ガスで放電させ、ダイヤモンド成長環境下でのCH_3ラジカル密度、およびアセチレンと供給した二酸化炭素の密度を測定した。マイクロ波電力が2kW以下の場合にはCH_3ラジカル密度とアセチレンの密度はほとんど一定で、CH_3ラジカル密度は2〜3×10^<11>cm^<-3>程度である。マイクロ波電力を増加させると二酸化炭素の分解が進み、それに伴ってCH_3ラジカルとアセチレンの密度が増加する。マイクロ波電力5kWではCH_3ラジカル密度は8×10^<11>cm^<-3>に達する。ダイヤモンド薄膜の成長速度はマイクロ波電力2kWまではほとんど0で、マイクロ波電力2kWを越えると急激に増加する。この傾向は定性的にはCH_3ラジカルの密度の変化と一致するが、2kW以下でCH_3ラジカル密度は必ずしも0でないにも関わらずダイヤモンドの成長がまったく認められないことから、CH_3ラジカル以外に成長に関与する活性種の存在が予想される。また、パルス変調放電を行なった結果、放電開始時のCH_3ラジカルの生成速度、放電後の消滅の速度を測定した。メタン/水素混合ガスでは放電終了直後にCH_3ラジカルの増加が認められた。これは親ガス(メタン)と水素ラジカルまたはCH_2との反応と考えている。