高密度プラズマスパッタリングによるナノコンポジット超硬質薄膜合成の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305053
• 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): 熊谷 正夫 神奈川県産業技術総合研究所, 技術支援部, 研究員 ; 節原 裕一 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80236108) ; 巻野 勇喜雄 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20089890) ; 庄司 多津男 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50115581)
• Keywords: ナノコンポジット / 超硬質薄膜 / 窒化物薄膜 / スパッタリング / イオンビーム

Research Abstract

最近c-BNより硬くダイヤモンドと同様の硬さで100GPaにも達する可能性を持ち、基板との密着性も優れていて膜厚もより大きくすることが容易な、新しい超硬質薄膜として、TiN/Si_3N_4やCrN/Niなどのいわゆるナノコンポジット薄膜が大きな話題となっている。本研究においてはセラミックス/金属系の薄膜に着目して、その超高硬度発現機構の解明のみならず、その他の新しい機能を持つナノコンポジットの実現を目指すことを目的とする。
平成13年度は研究の初年度に当たるため、主としてナノコンポジット薄膜作成装置の開発に主体が置かれると共に、それを用いたTiN/CuあるいはTiN/Si合成の予備実験を行うこととした。
まず装置の試作開発についてはDCあるいはRF電力を用いた多重スパッタリングシステムの構築を行い、2元あるいは3元材料を1枚の基板に同時にスパッタさせて成膜を行えるようになった。またこのスパッタリング法に対して誘導結合型プラズマを重畳できるようなシステムの構築が行われた。ただしこれに関しては今のところ得られるプラズマのパラメータが十分満足できる物ではないので、次年度も引き続き改良を行う予定である。
一方ナノコンボジット薄膜合成の予備実験としては、TiN/Cu系での成膜に成功している。そして膜硬度のCu含有量依存性は、我々のイオンビームスパッタリング法により得られた結果と同じ傾向を示しているが、硬度の絶対値に顕著な差が現れている。現在膜の組成などを調べてその原因を調べている段階である。
以上のような成果は今年の秋にドイツで開催される国際会議で発表の予定である。又上述のイオンビーム法による研究も成果の1つとして雑誌に発表された。

Research Products

• [Publications] J.L.He, Y.Setsuhara, I.Shimizu, S.Miyake: "Structure refinement and hardness enhancement of titanium nitride films by addition of copper"Surface and Coating Technology. 137. 38-42 (2001)