弾性反跳過程を利用した窒化炭素膜中の水素定量

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アモルファスC:N:H膜の構造は、メチル基、メチレン基およびアミノ基で終端される1nm以下の大きさの窒化炭素クラスターからなるモデルで説明される。本研究ではアモルファスC:N:H膜の終端水素をHe^<2+>イオンビーム照射による水素弾性反跳現象を利用してホモリシス的に離脱させた。アモルファスC:N:H膜として二種類のα-CN_x:H膜を準備した。サンプルAはメチル基、メチレン基およびアミノ基を多く含有していて、x=0.25である。一方サンプルBは主にアミノ基を多量に含有し、x=0.67である。これらのサンプルに2.5MeV-He^<2+>を0〜4.86×10^<15>ions/cm^2の範囲で照射した。サンプルAでは、He^<2+>照射量の増加と共に、メチル基およびメチレン基の水素が超高真空中に離脱し、炭素の未終端は結合を新たに形成して窒化炭素クラスターの成長がみられた。初期水素組成は0.5で、He^<2+>照射とともに組成は減少した。それと共に機械特性も1.6GPaから5.2GPaに増加した。一方、サンプルBの結果から、He^<2+>照射によってもアミノ基は破壊されず、窒化炭素クラスターの成長が観測できなかった。初期水素組成は0.2で、He^<2+>照射とともに組成は変化しなかった。アミノ基が破壊されない理由として、プロトンのヘテロリシス的な解離があげられる。極性が大なアミノ基の水素は高速イオンビームによる瞬間的な結合破壊によりプロトンとして解離することが十分考えられる。プロトンがNアニオンの間の強いクーロン静電引力で瞬時に再結合すれば、見た目には「解離しない」と判断されてしまう。