高安定真空マイクロ電子源の実現を目指した窒化物・炭化物陰極の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12135204
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 石川 順三 京都大学, 工学研究科, 教授 (80026278)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻 博司 京都大学, 工学研究科, 助手 (20127103) ; 後藤 康仁 京都大学, 工学研究科, 助手 (00225666)
• Keywords: 遷移金属窒化物 / 遷移金属炭化物 / マグネトロンスパッタ法 / イオンビーム援用蒸着 / 組成 / X線回析 / 仕事関数 / 電子放出特性

Research Abstract

遷移金属窒化物として窒化ハフニウム、窒化タンタルを取り上げてマグネトロンスパッタ法を中心に成膜条件と膜質の関係などについて調ぺた。窒化ハフニウムの場合、基板温度を室温、300℃とした場合、いずれも化学量論的組成に近い窒素組成を有する薄膜を得ることができた。X線回折により結晶性を評価したところ、いずれの試料からも回折線が得られたが、基板温度が高い300℃の方が回折線の幅が若干狭く、結晶粒径が大きいことが明らかとなった。これに対して窒化タンタルの場合、室温で成膜した場合でも窒素がやや不足し、500℃の基板温度では殆ど半分程度しか膜中に取り込まれないことが明らかとなった。X線回折で観測される相は窒素組成の低下に対応していた.いずれの薄膜の仕事関数も4.7eV〜4.8eVと従来検討してきた材料と比較して同程度あるいはやや高め、という値であった。同様な実験を炭化ハフニウム、炭化タンタルについて行ったところ、炭化ハフニウムでは膜中への炭素の取り込みが少なく、炭化タンタルでは化学量諭的組成に近い炭素を取り込むことができた.X線回折でも化学量論的組成にあたる結晶相が見られた.仕事関数は5.0eV程度と高めであった。薄膜の面方位を制御するためにイオンビーム入射角を浅くして成膜することを試みた結果、基板面から15°という低い浅い入射角で成膜しても膜中に炭素を十分取り込むことができることが明らかとなった。電子放出特性を測定した結果、仕事関数の高い窒化タンタルが仕事関数の低い窒化ハフニウムよりも良好な特性を示した。

Research Products

• [Publications] 後藤康仁: "窒化物ターゲットを用いた高周波スパッタリング法によるハフニウム及びタンタル窒化物薄膜の形成と評価"真空. 45・3(予定). (2002)
• [Publications] 後藤康仁: "マグネトロンスパッタ法による遷移金属炭化物薄膜の形成と冷陰極材料としての評価"真空. 45・3(予定). (2002)
• [Publications] 後藤康仁: "イオンビームアシスト蒸着法による窒化ニオブ薄膜の配向制御"真空. 45・3(予定). (2002)