アーク放電プラズマを利用した大面積ダイヤモンド膜の気相合成

ダイヤモンド膜の合成面積拡大を目的に,新たに試作したアーク放電プラズマ装置によりプラズマ領域を拡大し,ダイヤモンド膜の合成面積拡大を試みた.さらに,ダイヤモンド膜の合成速度,形状について評価した.ダイヤモンドの合成面積を拡大するために,従来の3倍の30KWの放電電力でプラズマを安定に発生させることのできるアーク放電プラズマ装置を試作した.この装置は陰極ト-チを1つに対し,陽極ト-チを3つを直角に配置してある.また,これらのプラズマト-チは各々移動させることができ,放電距離を変えることができる.陰極と陽極の距離を広げることで生成されるプラズマの領域が拡大し,プラズマジェット径の拡大とともにダイヤモンド膜の合成面積は,雰囲気圧力200Torr,水素ガスに対するメタンガスの流量比4%で,直径約20mmから40mmの範囲まで拡大することを明らかにした.また,合成面積の拡大にはプラズマジェット径方向の放電距離を広げることがより有効であることがわかった.このとき,ダイヤモンドの合成速度は放電距離の増加とともに高くなり,膜厚も増加することがわかった.これは,放電距離の増加とともにプラズマ中で生成される活性種の量が増加するためであり,このことをプラズマの発光分光分析より明らかにした.しかし,プラズマト-チの配置に関わらず,得られるダイヤモンド膜の形状は中央部で厚く,周辺部で薄いものであった.また,合成時のチャンバ内圧力を14〜200Torrの間で変化させた結果,本装置では50Torrで合成速度が最大となることを見いだした.合成面積はチャンバ内圧力を低くするほど広がり,14Torrで直径65mmの基板全面にダイヤモンドが合成できることを明らかにした.

ダイヤモンド膜の合成面積拡大を目的に,新たに試作したアーク放電プラズマ装置によりプラズマ領域を拡大し,ダイヤモンド膜の合成面積拡大を試みた.さらに,ダイヤモンド膜の合成速度,形状について評価した.ダイヤモンドの合成面積を拡大するために,従来の3倍の30KWの放電電力でプラズマを安定に発生させることのできるアーク放電プラズマ装置を試作した.この装置は陰極ト-チを1つに対し,陽極ト-チを3つを直角に配置してある.また,これらのプラズマト-チは各々移動させることができ,放電距離を変えることができる.陰極と陽極の距離を広げることで生成されるプラズマの領域が拡大し,プラズマジェット径の拡大とともにダイヤモンド膜の合成面積は,雰囲気圧力200Torr,水素ガスに対するメタンガスの流量比4%で,直径約20mmから40mmの範囲まで拡大することを明らかにした.また,合成面積の拡大にはプラズマジェット径方向の放電距離を広げることがより有効であることがわかった.このとき,ダイヤモンドの合成速度は放電距離の増加とともに高くなり,膜厚も増加することがわかった.これは,放電距離の増加とともにプラズマ中で生成される活性種の量が増加するためであり,このことをプラズマの発光分光分析より明らかにした.しかし,プラズマト-チの配置に関わらず,得られるダイヤモンド膜の形状は中央部で厚く,周辺部で薄いものであった.また,合成時のチャンバ内圧力を14〜200Torrの間で変化させた結果,本装置では50Torrで合成速度が最大となることを見いだした.合成面積はチャンバ内圧力を低くするほど広がり,14Torrで直径65mmの基板全面にダイヤモンドが合成できることを明らかにした.