2016 Fiscal Year Research-status Report
発熱特性を制御できる金属-酸化物多層自己伝播発熱材料の開発
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15K04626
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
井上 尚三 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50193587)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 多層薄膜 / スパッタリング / 自己伝播発熱反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Al-Niに代表されるある種の多層薄膜は、外部から微小なエネルギにより発熱を伴った金属間化合物の生成反応が誘起して薄膜全体に伝播していく。我々は、このような多層膜の局所的・瞬間的加熱を癌細胞の温熱治療などの医療分野で応用することを目指し、生体不適合金属を含まない自己伝播発熱反応材料としてTi-Si系多層薄膜に注目して調査している。本研究は、Si層の代わりにSiOx層を用いることで、発熱量、反応誘起に必要なエネルギなどを制御し、用途に応じた材料設計を可能にすることを目指したものである。
本年度までに、純Tiおよび2種類のSiOxターゲット（酸素含有量23at%および13at%）を用いて種々のTi/SiOx多層薄膜を作製し、各種パラメータが発熱特性におよぼす影響について調査した。本研究の条件でこれら2種類のSiOxターゲットから作製した薄膜のO組成xは、それぞれ0.54および0.25と同定された。一層対厚さを100nm、総膜厚を2μmで一定とした場合、スパークによって自己伝播反応を生じる組成はTi/Si多層膜では22～63at%Tiであったが、Si層をSiO0.25にすると30～63at%Ti、SiO0.54にすると50～63at%Tiのように反応可能な領域が狭くなった。なお、SiO0.25程度の酸化度合いでは反応性の低下は限定的であり機械刺激によっても反応が生じたが、SiO0.54まで酸化度合いを高くすると機械刺激では反応が生じない程度に安定化することがわかった。いずれの場合もTi組成が63at%付近で最も激しい反応が生じ、いずれの場合もTi5Si3が生成した。この組成における単位質量当たりの発熱量は、Si層の酸化度合いによらず同程度であることも明らかとなった。これらの結果は、Si層の酸化度合いによって発熱量を保ったままで反応性を制御できることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度までに酸素含有量23at%および13at%の2種類のSiOxターゲットを用いた実験をほぼ終え、自己伝播発熱反応の生じる組成域におよぼす酸素含有量の影響についてある程度の知見を得ることができた。また、反応前後の多層薄膜のXPSによる化学状態分析にも着手したところであり、Ti/SiOx界面での反応メカニズムの検討についても進行中である。この研究の進度は、ほぼ予定通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度までの実験結果をもとに、本年度は以下の内容で実験を進めていくことを計画している。
1. 昨年度の研究によって、SiOxターゲットを用いた薄膜作製では、マグネトロンへの投入電力によって成長した薄膜中に含まれる酸素濃度を変化させることができる可能性があることもわかってきた。本年度はこの現象をもう少し詳細に調査した上で、昨年度までのx組成（0.25および0.54）の間のSiOx薄膜を用いた実験を行い、自己伝播発熱反応挙動におよぼすSiOx層内の酸素濃度の影響についてより詳細に明らかにしたい。
2. 自己伝播反応のDSCによる熱分析と反応生成物のＸ線回折による同定，SEM-EDXによる反応生成物の分布状況の評価、さらにはXPSを用いた化学状態分析などを実施し、Ti/SiOx多層薄膜の反応機構について検討を加えていく。
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