核生成・成長過程独立制御による高品位cBNプラズマ合成

高质量 cBN 等离子体合成，独立控制成核和生长过程

• 批准号: 08405047
• 负责人: 吉田 豊信
• 金额: $ 23.17万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08405047/
• 关键词: 立方晶窒化硼素; プラズマプロセス; イオン衝撃; 核生成・成長過程; 低圧ICP-CVD; 高周波スパッタリング; rBN; 運動量輸送; 水素; 低バイアス化; 運動量スケーリング; 立法晶窒化硼素

本研究で得られた主たる成果は以下のとおりである。1.高周波バイアススパッタ法で作製したcBNのTEM断面観察およびEELS分析を行い、cBN堆積中の構造変化を調べた。初期tBN層とその上に成長するcBN層との間にrBN-likeな構造が存在することが明らかとなった。また、このrBNとcBNの方位関係に(rBN{101}とcBN{111}、rBN{003}とcBN{111}に)強い相関が見出された。このrBN構造がcBNの先駆体となっているか、あるいは核生成サイトとなっているかは不明であるが、cBN生成と深く関わっていると考えられる。2.CBN堆積条件の定量化のため、基板入射粒子の質量・エネルギー測定を高周波バイアススパッタ法において行った。入射イオンではAr^+が他のイオンN_2^+、N^+、B^+より50倍以上高い流束であり、イオン衝撃効果は主としてAr^+によりもたらされていることが明らかとなった。また、cBN生成に必要なイオン衝撃を単位堆積原子に対する運動量輸送量で評価すると゜138(eV amu)^<1/2>であった。この値はイオンビームを用いた堆積法によるものと同程度であり、プラズマプロセスにおいてもイオンビームプロセスと同様なメカニズムでcBNが生成していると考えられる。3.誘導結合型プラズマCVD法において基板バイアスに関する2段階堆積を行った。これによりcBN核生成に要するシースポテンシャル(プラズマポテンシャルと基板バイアスとの差)閾値条件より20V低い条件においてもcBN成長が可能であることが明らかとなった。この結果は2段階堆積による低シースポテンシャル堆積化による低応力化、付着強度改善の可能性を示唆しており、また今後このような2段階堆積法、すなわち核生成と成長を独立に扱う成膜法による堆積条件の最適化が不可欠であることを示している。以上の成果は、cBN堆積におけるプラズマプロセスおよび2段階堆積法(核生成・成長独立制御)に有効性を明確に示しており、今後、このアプローチにより本研究分野が進展するものと結論される。

The main たる results of this study で are as follows で とお たる である. 1. The high frequency バ イ ア ス ス パ ッ で タ method for system し た cBN の TEM section 観 examine お よ び EELS analysis line を い, cBN accumulation is の structural variations in を adjustable べ た. Grow on early tBN layer と そ の に す る と cBN layer between の に R.B.N. - like な structure exist が す る こ と が Ming ら か と な っ た. ま た, こ の R.B.N. と cBN masato is の azimuth に (R.B.N. {101} と cBN {111}, R.B.N. {003} と cBN {111} に) strong い phase masato が shows さ れ た. こ の R.B.N. tectonic が cBN の 駆 body first と な っ て い る か, あ る い は nuclear generating サ イ ト と な っ て い る か は unknown で あ る が, cBN と deep く masato わ っ て い る と exam え ら れ る. 2. の CBN accumulation conditions quantified の た め, substrate の quality of incident particles エ ネ ル ギ ー determination を high frequency バ イ ア ス ス パ ッ タ method に お い て line っ た. Incident イ オ ン で は Ar ^ + が he の イ オ ン N_2 ^ ^ ^ +, B +, N + よ り 50 times more high い beam で あ り, イ オ ン blunt shock unseen fruit は main と し て Ar ^ + に よ り も た ら さ れ て い る こ と が Ming ら か と な っ た. ま た, cBN に necessary な イ オ ン blunt shock を 単 a stacking atoms に す seaborne る exercise throughput で review 価 す る と 138 ゜ amu (eV) ^ 1/2 > < で あ っ た. こ の numerical は イ オ ン ビ ー ム を with い た accumulation method に よ る も の と with degree で あ り, プ ラ ズ マ プ ロ セ ス に お い て も イ オ ン ビ ー ム プ ロ セ ス と with others な メ カ ニ ズ ム で cBN が generated し て い る と exam え ら れ る. 3. Induced bonding type プラズ CVD method にお て て substrate バ アスに アスに する stage する two-stage stacking を row った. こ れ に よ り cBN nuclear generating に to す る シ ー ス ポ テ ン シ ャ ル (プ ラ ズ マ ポ テ ン シ ャ ル と substrate バ イ ア ス と の) threshold numerical よ り 20 v low い に お い て も cBN may grow が で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. こ の results は 2 paragraph order accumulation に よ る low シ ー ス ポ テ ン シ ャ ル accumulation change に よ る 応 low intensity, pay the possibility to improve の を in stopping し て お り, ま た future こ の よ う な 2 order accumulation method, す な わ ち nuclear generating と growth を independent に Cha う film-forming method に よ の る accumulation conditions optimization が not owe で あ る こ と を shown し て い る. Above の results は, cBN accumulation に お け る プ ラ ズ マ プ ロ セ ス お よ び 2 period of accumulation method (nuclear generating growth suppression) に have sharper sex を に clearly shown し て お り, in the future, こ の ア プ ロ ー チ に よ り eset が this research progress す る も の と conclusion さ れ る.

项目成果

Toyonobu Yoshida: "State-of-the-art vapor phase deposition of cubic boron nitride" Diamond Films and Technology. 7(2). 87-103 (1997)

Toyonobu Yoshida：“最先进的立方氮化硼气相沉积”金刚石薄膜和技术。

Osamu Tsuda: "Mass and energy measurements of the species responsible for cBN growth in rf bias sputter conditions" Journal of Vacuum Science & Tecnology. A15(6). 2859-2863 (1997)

Osamu Tsuda：“射频偏压溅射条件下 cBN 生长物质的质量和能量测量”真空科学杂志

Satoshi Amagi: "Threshold sheath potential for the nucleation and growth of cubic boron nitride by inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition"Applied Physics Letters. 70. 946-948 (1997)

Satoshi Amagi：“通过感应耦合等离子体增强化学气相沉积实现立方氮化硼成核和生长的阈值鞘电势”应用物理快报。

Toyonobu Yoshida: "Vapor phase deposition of cubic boron nitride"Journal of Diamond and Related Materials. 5. 501-505 (1996)

Toyonobu Yoshida：“立方氮化硼的气相沉积”《金刚石及相关材料杂志》。

Osamu Tsuda: "Mass and energy measurements of the species responsible for cBN growth in rfbias sputter conditions"Jurnal of Vacuum Science & Technology. A15(6). 2859-2863 (1997)

Osamu Tsuda：“在 rfbias 溅射条件下负责 cBN 生长的物质的质量和能量测量”真空科学杂志