電子共鳴プラズマを活用した新超硬材料窒化炭素および菱面体窒化ホウ素の合成と評価

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455429
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 大塩 茂夫 長岡技術科学大学, 工学部, 教務職員 (90160473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸山 一典 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (00143826) ; 斎藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 講師 (80250984)
• Keywords: 窒化炭素 / 窒化ホウ素 / DLC / ECRプラズマ / CVD / ラマン散乱分光法 / 微小硬さ試験法 / X線光電子分光法

Research Abstract

本研究では新材料窒化炭素膜や窒化ホウ素膜を創製し、窒素組成を十分大きくすることで発現する膜の新機能を調査することを目的とする。平成7年度においては、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ反応場におけるアモルファス窒化炭素(a-C:N)膜の合成条件およびその形成過程に影響を及ぼす窒素挙動について調査した。N_2-CH_4系原料ガスより作製されたa-C:N膜の成長速度は10nm/minで反応圧力、ガス流量比、プラズマ生成条件など膜の作製条件が変化してもこれは大きく変わらなかった。得られた膜のラマン散乱スペクトルはダイヤモンド様炭素(DLC)膜から得られるそれとよく一致していた。また、圧子の押込み深さに対する膜の微小硬さ(最大12GPa)プロファイルや膜のヤング率(200GPa)はDLC膜で得られる値にほぼ匹敵した。すなわち、本研究で得られたa-C:N膜の基本構造はDLC構造であることが明らかとなった。一方、X線光電子分光分析法やオ-ジエ電子分光法などの組成分析を行なった結果、a-C:N膜構造中の[N]/([N]+[C])組成比は膜の作製条件を大きく変えても最大0.08程度であることがわかった。さらに赤外分光分析法で窒素-炭素結合を調査したところ、窒素原子はDLC構造中の炭素位置に置換固溶するか、あるいはダングリングボンドを終端することで存在することが明らかとなった。このことから、a-C:N膜中の[N]/([N]+[C])=0.08の最大窒素含有量はDLC構造における窒素固溶限によって制限されると推察できた。以上の結果からa-C:N中の窒素組成を増加し様々な新機能を発現するためには、膜のDLC基本構造を破壊して窒素の固溶しやすい最適構造にする必要のあることがわかった。