パルス電磁誘導放電を利用した反応性プラズマプロセシングに関する研究

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パルス電磁誘導放電胞子期によって高温、高密度の過渡プラズマを発生して、材料プロセス装置としての可能性や材料ガスの分解・電離プロセス等を調べた。プラズマ発生装置として、電源部に低インダクタンスコンデンサ(購入)を、放電形式として従来のテータピンチ放電に加えて、同軸放電方式(プラズマ容器製作)も採用した。先ず、メタン気体によるプラズマプロセスの実験を行い、メタン気体の分解・電離過程、励起温度、バルマー線とCHスペクトル比などを分光学的測定により調べた。各種基板上に析出したカーボン薄膜は光学的特性に優れ(光学ギャップ:2.5-3.0eV)、電気的絶縁性が高く、低温基板への付着性が良いことが明らかになった。良質のカーボン膜を析出するには、放電周期(パルス幅)、放電電圧、メタンガスとアルゴンガスの混合比を最適値に設定することが重要であるが、本研究によりプロセス条件、プラズマ特性、カーボン膜質の相関がほぼ解明できた。次に、パルス放電に高周波放電を重畳した複合プラズマプロセスによりメタン分解を行った。析出薄膜にはダイヤモンド粒が生成していることがSEM観測により明確に示された。半導体工業の分野で重要な素材であるSiCを本プロセスにより析出する目的で、メタンとシランの混合ガス放電を行った。両ガスの混合比、パルス放電幅、圧力などを変化させ、ガス分解の最適条件を調べた。さらに、最近注目されているYBaCuO系超伝導体薄膜の作製にも本プロセス装置が有効に利用できることがわかり、今後この分野の研究を進めて行く計画である。研究成果は米国応用物理学会誌に公表し、同誌および第9回プラズマ化学国際会議にすでに投稿ずみである。