レーザアブレーションによる立方晶窒化ボロン(cBN)薄膜作製プロセスの開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555104
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Section: 試験
• Research Institution: Sasebo National College of Technology
• Principal Investigator: 須田 義昭 佐世保工業高等専門学校, 助教授 (20124141)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 馬場 恒明 長崎県工業技術センター, 専門研究員 ; 中園 彪 佐世保工業高等専門学校, 教授 (50044433)
• Keywords: 立方晶窒化ボロン / パルスレーザデポジション / Nd : YAGレーザ / KrFエキシマレーザ / 負バイアス / FT-IR分析 / 発光分光分析 / イオンアシスト

Research Abstract

立方晶窒化ボロン(cubic Boron Nitride : cBN)はダイヤモンドにつぐ熱伝導度および高硬度を有し,耐熱性や化学的安定性にも優れ,広いバンドギャップをもつIII-V族化合物半導体である.
本研究では,パルスレーザアブレーション法としてパルス発進させたNd : YAGレーザ(波長:532nm)およびKrFエキシマレーザ(波長:248nm)を用いてBN薄膜を650℃に加熱したSi(100)基板上に作製した.これまで高周波(RF)負バイアスを用いた場合について検討してきたが,新たに直流(DC)負バイアスについても検討した.さらに,作製薄膜特性をフーリエ変換型赤外吸収スペクトル分析装置(FT-IR),オージェ電子分光分析装置(AES),走査電子顕微鏡(SEM)等により調べた.また,マルチチャンネル分光分析装置でプラズマの発光分光分析を行い発光種を明らかにすることにより,レーザアブレーション法によるプラズマ特性と膜質の相関を定量的に検討した.532nmのYAGレーザを用いて作製たBN薄膜と248nmのエキシマレーザにより作製した薄膜の特性の相違について検討した.FT-IR分析により基板電極に約200VのRF負バイアス電圧を印加すればcBN相の形成が促進されるたが,DC負バイアスを約200〜250V程度加えてもcBN相の形成はできなかった.また,cBN薄膜の基板材料として用いられている高硬度材料である炭化タングステン(WC)薄膜をパルスレーザアブレーション法で作製した.これらの研究結果の一部をThin Solid Films,Proc.of the 8th ACED'96,Proc.of the 1996 MRS Spring Meeting,Nucl.Instr.and Meth.B等に発表した.
現有のパルスYAGレーザアブレーション装置の改良として,結晶化促進および組成制御用イオン源として3cmイオンガンを設置したが,真空排気系の能力不足等でイオンアシストレーザアブレーションの実験は行えなかった.

Research Products

• [Publications] 須田義昭: "レーザプロセスによるcBN薄膜作製" 長崎県先端技術開発協議会. 26-28 (1996)
• [Publications] 須田義昭: "パルスレーザポジション法によるWC薄膜作製とその特性(II)" 第57回応用物理学学術講演会. 8p-X-8 (1996)
• [Publications] S.Miyagawa: "Formation of Si_3 N_4 by Nitrogen Implamtation into SiC" Surface and Coating Technology. Vol.83. 128-133 (1996)
• [Publications] K.Baba: "Synthesis and Properties of Tantalum Nitride Films by Ion-Beam Assisted Deposition" Surface and Coating Technology. Vol.84. 429-433 (1996)
• [Publications] Y.Suda: "Effects of RF Bias on the Cubic BN Film Synthesis by Pulsed YAG Laser Deposition" Thin Solid Films. Vol.281-282. 324-326 (1996)
• [Publications] 須田義昭: "PLD法による炭化タングステン(WC)薄膜作製(III)" 電気関係学会九州支部連合大会論文集. No.533 (1996)
• [Publications] Y.Suda: "Spectroscopic Study of Plasma Plume and Tungsten Carbide Thin Film Formation by Pulsed YAG Laser Ablation" Proc.of the 8th ACED'96. 405-1-405-4 (1996)
• [Publications] 須田義昭: "パルスYAGレーザデポジション法による窒化炭素薄膜" 応用物理学会九州支部講演会講演予稿集. 1Da-10. 131-132 (1996)
• [Publications] 須田義昭: "PLD法によるWC薄膜作製と分光分析" 電気学会放電研究会資料. ED-96-276. 19-28 (1996)
• [Publications] Y.Suda: "Laser Wavelength Dependent Properties of BN Thin Films Deposited by Laser Ablation" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.423. 397-402 (1996)
• [Publications] 須田義昭: "プラズマレーザプロセスによる立方晶窒化ホウ素(c-BN)膜作製に関する研究" 長崎県先端技術開発協議会. Vol.13. 45-52 (1996)
• [Publications] Y.Suda: "Pulsed Laser Deposition of Tungsten Carbide Thin Films on Silicon (100) Substrate" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol.121-Nos.1-4. 396-399 (1997)