プラズマエネルギーシステム研究室

シールド法の有効性

　ノーマル法（シールド板を使わない場合）およびシールド法で作製した各種薄膜（金属窒化物・酸化物）の光学顕微鏡写真を下図に示します。種々の金属を陰極とし，窒素あるいは酸素雰囲気中で作製したものです。生成膜は，ドロップレットの有無の観点から，次の３種類に分類できます。

　　(1) ノーマル法でも，ドロップレットの付着がほとんど無い膜（黒枠）
　　(2) シールド法で，十分ドロップレットの付着が抑制できる膜（二重赤枠）
　　(3) シールド法では，ドロップレットの付着防止があまり期待できない膜（点線青枠）

　実は，酸化チタン（TiO₂），酸化・窒化クロム（Cr oxide，CrN），酸化亜鉛（ZnO） などを作製する場合，ドロップレット自体があまり発生しません。このことは，ドロップレットの発生は，陰極材料や雰囲気ガス種の影響を受ける，ということを意味しています。また，これらの膜の場合，多少のドロップレットが付着してとしても，膜機能に対しては問題にならない程度です。
　一方，シールド法が極めて有効なのは，酸化・窒化アルミ（Al₂O₃，AlN），窒化チタン（TiN），酸化銅（CuO），および窒化亜鉛（ZnN）膜の場合です。これらの場合，シールドを用いることで，ドロップレットの付着量を激減できます。これは，発生するドロップレットが溶融した液体状であるため，ドロプレットは最初に衝突する壁あるいはシールド板に付着し，そこで停止するからであると考えられます。
　しかし，シールド法が有効でないものもあります。下の図では，窒化銅（Cu₃N）がその例です。その他，黒鉛を陰極としたダイヤモンドライクカーボン（Diamond-Like Carbon; DLC）膜合成の場合も，シールド法はあまり有効ではありません。その理由としては，発生するドロップレットが固体であるため，装置内壁で反射を繰り返し，基板まで到達してしまうからであると考えられます。