Alternative TitleStudy on the Structure of the Unpaired Electron in Diamond Films and Trials to Reduce the Unpaired Electron
Periodical title平成14(2002)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2002 Fiscal Year Final Research Report
Note (General)金沢大学工学部
We studied how does the density of paramagnetic defect in diamond films change, when they are composed of oriented crystal grains. (100)-oriented diamond films having various morphology were deposited on silicon (100) substrates from a mixture of methane, carbon dioxide and hydrogen using bias-assisted microwave CVD method. To obtain highly oriented films, it is necessary to form a checked nano-pattern on the silicon substrate by carburization and bias-enhanced nucleation (BEN). The detail of these processes, however, is not well known. We formed the nano-pattern by adjusting process parameters such as the microwave power, the methane concentration, the pretreatment time, the gas pressure and the bias voltage. Quality of the diamond films grown on the nano-patterns was evaluated, and the following results were obtained.(1) The microwave power, the gas pressure, the treatment time and the bias voltage are important parameters in order to form a clear nano-pattern.(2) To make clear the nano-pattern is necessary for improving the (100) orientation of diamond, but an excessive clearness by prolonged BEN treatment results in deterioration for the orientation.(3) Diamond growth after the pretreatment is better if methane and hydrogen is used without adding carbon dioxide.(4) There are two kinds of center in addition to the H1 center as for paramagnetic defect in the film.(5) There is paramagnetic defect of a density of 10^<18> cm^<-3>, even in the film prepared by optimizing the pattern formation and diamond growth process. This results from the remaining of various stress in the film.(6) A new ESR center is found in the film prepared by adding carbon dioxide.
この研究では,ダイヤモンド膜を配向結晶粒で構成したとき,常磁性欠陥密度がどのようになるかを調査した。バイアス印加マイクロ波プラズマCVD法で,メタン,二酸化炭素,水素を用いて,シリコン(100)基板上に,種々の形態をもつ(100)配向ダイヤモンド膜を作製した。高配向膜を得るために,炭化処理とBEN(bias-enhanced nucleation)処理を施し,シリコン基板上に格子状のナノパターンを形成することが重要であるが,これらの詳細については未知の部分が多い。我々はマイクロ波電力,メタン濃度,前処理時間,ガス圧力,バイアス電圧をパラメーターとして,ナノパターンを形成し,さらに,この上に成長させたダイヤモンド膜の品質について調べた結果,以下のことが明らかになった。1.鮮明なナノパターンを付けるにはマイクロ波電力,ガス圧,処理時間,バイアス電圧が非常に重要なパラメータである。2.ナノパターンを鮮明にすることがダイヤモンドの(100)方位の配向性を良くするためには必要であるが,BEN処理時間を長くして,過度に鮮明にすると配向性はかえって悪化する。3.前処理後のダイヤモンド成長は二酸化炭素を添加しないで,メタンと水素だけを用いる方が良い。4.膜中の常磁性欠陥については,H1センター以外に2種類のセンターが存在する。5.パターン形成,ダイヤモンド成長プロセスを最適化して作製した膜においても,やはり,10^<18>cm^<-3>の常磁性欠陥が存在する。これは配向化により,膜中に様々な応力が残存することに依る。6.二酸化炭素を添加して作製させた膜で,新たなESRセンターを発見した。
研究課題/領域番号:12650009, 研究期間(年度):2000-2002
Related Materialhttps://kaken.nii.ac.jp/search/?qm=70019743
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12650009/
https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-12650009/126500092002kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/
Data Provider (Database)国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）