イオンビーム照射を導入した化学蒸着法にる立方晶窒化ホウ素単結晶粒の大型化

• Project/Area Number: 06750751
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 斉藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 講師 (80250984)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1994: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 窒化ホウ素 / プラズマCVD / 硬質膜 / ヌープ硬さ / ラマン分光法 / オージェ電子分光法

Research Abstract

化学蒸着装置内で基板に対してイオン照射を行ない、樹枝状に集合した六方晶窒化ホウ素(h-BN)と膜状のアモルファスBNを得た。目的とした立方晶窒化ホウ素は得られなかったが、400℃程度の比較的低い基板温度でh-BN結晶が得られたこと、アモルファスBN膜はバルクのc-BNより硬く、さらにSi基板に強固に密着しているといった新しい知見を得た。早速、工具メーカーより研究協力の打診を得た。
得られた試料がBNであることはオ-ジエ電子分光法、X線光電子分光法および赤外線吸収分光法で確認した。樹枝状に集合したh-BNは、比較的結晶性がいいことからE_<1u>格子振動に対する明確なラマン散乱ピークを示し、透過型電子顕微鏡法の結果から数十nm程度の微細結晶であることがわかった。一方、アモルファスBNは3μm程度の膜厚を有し、ラマン散乱を示さず、高分解能観察でも全く対称性のない構造をもつことが確認された。基板温度を300℃-600℃まで変化させると、低温ではh-BNが優先的に成長し、高温ではアモルファスBNが優先的に成長することがわかった。
膜厚3μmのアモルファスBNのヌープ硬さは60GPa-80GPaに達した。これは同じ条件で測定したバルクc-BNの54GPaやダイヤモンド様炭素(DLC)膜の35-40GPaを越える。さらに、半径0.2mmのダイヤモンドコーンを備えた微小スクラッチ試験機でひっかき試験をしたところ、20Nの荷重でも膜が全く破壊されないことが明かとなった。これ以上の荷重をかけるとSi基板が破壊されるし、同じ試験機でDLC膜を試験すると17N程度で破壊する。この結果は、ハードコーティングに実用化されているDLC膜より、得られたBN膜の方が応用範囲の広がる可能性を示唆しており、興味をもった工具メーカーより研究協力の打診があった。本研究成果は第42回春季応用物理学関連連合講演会で速報される。