超電導マグネットを利用したダイヤモンド膜の高速気相合成

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陰極と陽極とを直角に配置したアーク放電プラズマジェット発生装置によって水素アルゴンからなるプラズマを発生させ,それに周囲から原料のメタンガスを混入させてモリブデン基板上に吹き付けることによってダイヤモンドを合成する方法に磁場を重畳させることにより,プラズマ径を拡大して大面積にダイヤモンドを合成することを目的として,合成条件の検討を行った.まず,大面積に均質なダイヤモンドを合成するために酸素の添加効果について検討した.酸素はメタンとともにプラズマジェットの周囲から流入させ,そのメタンに対する流量比によって膜の品質と結晶性がどのように変化するかを検討した.その結果,酸素の添加量を増加させるとダイヤモンドの合成速度は減少するが品質は向上し,メタンの50%の酸素を添加するとダイヤモンドは合成されず,33%の酸素を流入させることにより,品質が良くかつ厚さの均質なダイヤモンドが60mum/h程度の合成速度で得られることがわかった.そして,この条件で20時間合成を行うことにより,表面粗さ100mum以下で,厚さ1.2mmのダイヤモンド薄板が得られた.これに磁場を加えてプラズマを拡大させるためには3T程度の強磁場が必要であり,そのためには超電導磁石が必要不可欠である.そして,高温のプラズマ近傍でそれを用いるためには,臨界温度の高い酸化物超電導体を用いることが望まれる.そこで,酸化物超電導体を用いてマグネットを作製することを考え,超電導薄膜気相合成装置の設計を行った.今後この装置の試作を行う予定である.