高密度プラズマPVDによる次世代超硬質窒化物薄膜合成

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480091
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三宅 正司 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40029286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 庄司 多津男 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50115581) ; 節原 裕一 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (80236108) ; 巻野 勇喜雄 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20089890)
• Keywords: 高密度プラズマ / PVD / 超硬質薄膜 / 薄膜合成 / ヘリコン波

Research Abstract

平成10年度の研究としては主としてヘリコン波励起高密度窒素プラズマによるCN_x薄膜合成に重点を置いた。その結果、プラズマの軸方向分布を考慮した成膜条件を選択することにより、膜中のN/C組成比が、1.33の化学量論的組成となっていることを、XPSおよびRBS分析から明らかにした。これにより、高励起状態の窒素原子を大量に含む高密度プラズマを利用することが、C_3N_4薄膜合成においては基本的に重要であることが、世界ではじめて確認された。次年度においては、実際の窒素原子密度の測定を行うことが重要であると考えている。
しかし膜の特性の1つである硬度について、ナノインデンテーション法により測定した。その結果、硬度としてはたかだか2〜3Gpaにしか達せず、またイオン衝撃効果としてのイオンエネルギーにも最適値が存在することが明らかになった。したがって、現在のところ、本研究で得られているCN_x膜はポリマー状の組成も含んだものであるといえるので、次年度のさらなる検討課題として、イオン衝撃と共に基板温度さらには不純物元素の影響などについて現在考察中である。
一方、真空アークによる成膜研究においては、CN_x薄膜と深い関わりを持つDLC膜の硬度も遂行しており、これに対する水素添加が、トライボロジイ特性にどのように影響するかと明らかにしつつある。そしてこの成果をとして、DLCからCNへの膜の移行を通した。CN_x薄膜の合成機構を調べようとしている。

Research Products

• [Publications] S.Miyake et al.: "Formation of Carbon Nitride Films by Reactibe High-Density Plasma puttering with Excitationof m=0 mode Helicon Wave" Surface & Coating Technology. (1999)
• [Publications] S.Miyake et al.: "Sputter Deposition of Carbon Nitride Films by Reactive High-Density plasmas with Excitation of m=0 Mode Helicon Wave" Proc.4^<th> Int.Conf.on Reactive Plasmas and 16^<th> Symp.On Plasma Processing. 87-88 (1999)
• [Publications] 三宅正司、節原裕一: "イオン・プラズマプロセスによる硼素、炭素、窒素系超硬質薄膜の合成" 応用物理学会誌. 第67巻、67号. 659-664 (1998)