In-Situセンサによるダイヤモンド薄膜の応力計測と超耐久コーティングの設計

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本年度は当研究の初年度であり、ダイヤモンド薄膜に生じる応力の計測のためにダイヤモンド自身を半導体センサとして利用し、その結果を薄膜の強度評価と特性改善に結び付けするための基本的な技術の確立を企図した。この目的のために、ボロンドープダイヤモンドの電気的特性の評価、ダイヤモンドのマイクロ加工技術の検討、そしてこれに関連した薄膜の強度評価技術の向上を行った。気相合成の際にボロンを添加したダイヤモンドの電気抵抗は、温度に強く依存する。応力(ひずみ)による抵抗変化を利用したデバイスを作製する場合には、温度の影響を応力の影響から分離しなければならないが、本研究で製作したボロン添加ダイヤモンドは特定の温度以上で温度に対して負の勾配を持つ抵抗変化を示した。これは高温域におけるキャリアの急増によるものと考えられるが、温度による抵抗変化の分離を容易にするためには、この負性抵抗の発現する温度を高くする合成条件を選択することが重要になると思われる。一方、はく離・破壊に先立って損傷により脆化したダイヤモンド薄膜の強度を評価する場合には、従来の手法では適用に限界が存在することが明らかとなった。基板上の薄膜の強度を評価するに際しては、薄膜そのものの強度と基板との界面の強度とを独立に計測することが必要であるが、界面の強度に比して薄膜の強度が極端に低くなった場合、これまでの手法では界面を破壊する以前に薄膜が破壊し、界面の強度を評価することが困難となった。このためよりじん性の低い薄膜についても適用可能な強度評価技術を新たに開発し、ダイヤモンドに比べてじん性の低いPVD薄膜を対象として実際に強度試験を行い、有効性を検証した。