A profound influence of monolayer tungsten coverage of hard carbon films on the evolution of carbon surface erosion behaviour, surface chemistry and morphology in D2 plasma has been established by real-time ellipsometry, x-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The erosion of tungsten-covered carbon showed two distinct stages of plasma material interactions: rapid tungsten removal during the initial erosion period and steady-state amorphous carbon removal accompanied by large-scale surface roughness development. The initial removal of tungsten takes place at a rate that significantly exceeds typical sputter yields at the ion energies used here and is attributed to elimination of weakly bonded tungsten from the surface. The tungsten remaining on the a-C : H film surface causes surface roughness development of the eroding carbon surface by a masking effect, and simultaneously leads to a seven fold reduction of the steady-state carbon erosion rate for long plasma surface interaction times (∼100 s). Results presented are of direct relevance for material transport and re-deposition, and the interaction of those films with plasma in the divertor region and on mirror surfaces of fusion devices.
硬炭素薄膜への単層タングステン被覆が、D2プラズマ中における炭素表面の侵食挙動、表面化学、および形態の進展に及ぼす深遠な影響が、リアルタイムエリプソメトリー、X線光電子分光法、および原子間力顕微鏡測定によって確立された。タングステン被覆炭素の侵食は、プラズマ材料相互作用の2つの明確な段階を示した：初期侵食期間中の急速なタングステン除去と、大規模な表面粗さの進展を伴う定常状態のアモルファス炭素除去である。タングステンの初期除去は、ここで使用したイオンエネルギーにおける典型的なスパッタ収率を有意に超える速度で進行し、表面から弱く結合したタングステンの除去に起因するものとされる。a-C:H膜表面に残存するタングステンは、マスキング効果によって侵食中の炭素表面の表面粗さの進展を引き起こし、同時に長いプラズマ表面相互作用時間（約100秒）における定常状態の炭素侵食速度を7分の1に低減させる。提示された結果は、材料輸送および再堆積、ならびに核融合装置のダイバータ領域およびミラー表面上におけるそれらの膜とプラズマとの相互作用に直接関連するものである。