ダイヤモンド気相合成におけるラジカルの計測と制御

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本年度の研究課題としてパルス変調有磁場マイクロ波(ECR)プラズマ中でのメチルラジカルの計測、及び基板にバイアスを印加してダイヤモンドの核発生を行う場合の基板付近でのラジカル計測、酸素や水素のプラズマを照射した後のダイヤモンド表面物性についての評価を行った。プラズマをパルス変調することでダイヤモンドの成長速度は数倍改善され、その成長速度は変調周波数に大きく依存している。これらのパルス変調プラズマ中でのメチルラジカルの密度とダイヤモンドの成長速度を比較し、メチルラジカルがダイヤモンド成長において果す役割について考察した。また、プラズマからの発光スペクトルの測定を行い、パルス休止期間中にラジカルが消滅する過程が、成長速度に関係していることを示した。マイクロ波プラズマCVD法でダイヤモンド成長初期のシリコン基板に負のバイアスを印加することにより、基板の面方位に配向したダイヤモンド粒子の成長が可能である。このときのバイアスの効果はプラズマから基板へのイオンやラジカルの粒子束の増加であると考えられている。これを明らかにするため有磁場マイクロ波プラズマで基板に負〜正のバイアスを印加し、基板表面付近のメチルラジカル密度の測定を行った。また、マイクロ波プラズマCVDにおいてバイアス処理を行い配向膜の形成に成功した。水素プラズマ又は酸素プラズマにさらしたダイヤモンド表面の光電子放出スペクトルを測定するとともに、表面に存在する水素・酸素の絶対量を測定し、表面水素・酸素量と表面の電子親和力の関係を明らかにした。さらに紫外線照射によって酸素をCOの形で脱離させ、表面の電子親和力の制御に成功した。