ホウ素化合物基板を用いたダイヤモンド薄膜の合成およびその配向性制御

点击翻译按钮获取中文摘要

ホウ素化合物単結晶表面におけるダイヤモンドの析出挙動を把握するために、c-BN単結晶を基材に用いてダイヤモンド合成を試みた。c-BNは粒径が約20〜50mumの高圧合成単結晶粒子を使用した。その結果、c-BN単結晶の(100)および(111)面において、マイクロ波プラズマCVD法によるダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長を確認した。しかし、(111)面のうちホウ素が最表面原子となっている(111)B面では、幅広い条件下で配向性ダイヤモンド粒子の析出が認められたのに対し、窒素終端されている(111)N面ではダイヤモンドの析出自体が認められず、最表面構成元素の違いがダイヤモンド析出に対して大きく影響することを明らかとした。また、直流プラズマ法の結果と比較して、マイクロ波プラズマ法ではホウ素のダイヤモンド核発生に対する効果がより顕著に認められた。核発生に対するバイアス処理の効果を確認するために、c-BN(111)N面を用いてバイアス処理によるダイヤモンドの合成を行った。その結果、(111)N面上に配向性ダイヤモンド膜が析出し、ダイヤモンドの配向析出に対する基板バイアス処理の有効性が確認された。本析出過程を詳細に調査したところ、まず不定形状の炭素質膜が析出し、その後次第に丸みを帯びた三角錐状へと形状が変化し、その上に明瞭な自形を有するダイヤモンド微結晶が析出していた。本検討から所期の炭素質析出物がその後のイオン衝撃によりダイヤモンド構造へ転化するという核発生モデルが提案された。