プラズマアシスト気相成長法によるホウ素-炭素-窒素薄膜の作製と冷陰極への応用

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機械強度に富み、禁止帯幅を広い範囲で変化させることが期待できるホウ素-炭素-窒素(BCN)薄膜の合成をプラズマアシスト化学気相合成法を用いて試みた。材料ガスとしてBCl_3、N_2、CH_4を使用した。N_2とCH_4はプラズマにして供給し、基板付近にBCl_3を導入して活性化したN.C原子と反応させた。基板を650℃に保持し、基板に直流負バイアスを印加して成長を行った。本実験により得られたBCN薄膜の光学的電気的評価を行い、次の結果を得た。(1) XPS測定によりB-N、B-C.C-N結合が確認でき、BCN薄膜の組成比を求めた。(2) 同じ成長方法で作製したBN薄膜を参照試料としてFTIR測定を行った。B-Nの伸縮モードおよびN-B-Nのべンディングモードによる1380cm^<-1>と800cm^<-1>での吸収バンドに加え、1250cm^<-1>付近のC一C、B-C結合による吸収が顕著に観測された。(3) 水素プラズマ処理を施したBCN薄膜表面にシリコンウエハ一をアノード電極として対向させ、8x10^<-7>Torr程度の真空でフィールドエミッション特性を測定した。電界強度が11V/μm以上でエミッション電流が観測され、負性電子親和力を有するBN薄膜で得られている値(9V/μm)に近い結果が得られた。