2016 Fiscal Year Research-status Report
HiPIMSプラズマにおける選択的イオン抽出による超高靱性炭窒化ホウ素膜の創製
| Project/Area Number |
16K06801
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
清水 徹英 首都大学東京, システムデザイン学部, 助教 (70614543)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | HiPIMS / 炭化ホウ素 / イオン / 反応性スパッタリング / イオンエネルギー / パルス幅 / パルス周波数 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
全体の研究目標に対し，初年度では、HIPIMSパルス条件とプラズマ中のB・C・Nイオン密度・エネルギー分布の関連性の検証を主目的として、① HiPIMS成膜システムの設計および構築、② B,C, Nイオンエネルギー分布の時間分解測定の2点について研究を遂行し，以下の研究実績を得た
①は，新たにHiPIMS成膜実験を実施可能なシステムを構築した。3インチのアンバランスドマグネトロンスパッタ蒸着源を装備し、同スパッタ蒸着源にHiPIMS電源を接続することで、HiPIMSプラズマ放電を実現した。ターゲット材料として、B4Cを購入し、Ar雰囲気およびN2の混合雰囲気に反応性スパッタリング実験実施可能なシステムを構築した。予備実験を実施した結果、B4Cプラズマの放電電圧の上昇に伴うピーク電流値波形の後半端部において著しい電流値の上昇傾向、窒素流量の増減に伴う線型的なピーク電流値の増減およびプロセス圧力がピーク電流値に及ぼす影響をそれぞれ明らかにした。
②は、初年度中旬にスウェーデン、リンシェーピン大学を訪問し、エネルギーフィルタ型質量分析計を用いて，各種パルス条件(周波数・Duty比)におけるBn+、Cn+およびNn+イオンのパルスオン時間における時間推移およびエネルギー分布を明らかにした。その結果、25μsのパルス幅に対して、B(1+)およびC(1+)のイオンが、N2mol(1+)やAr(1+)イオンと比較してその時間推移におけるピークが5μsほど遅れが生じることを明らかにした。またN2molおよびArのイオンエネルギーは、BおよびCと比較して60eV以上の高いエネルギーを有するイオンを含んでいることが判明した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
全体の研究目標に対し，初年度は、① HiPIMS成膜システムの設計および構築、② B,C, Nイオンエネルギー分布の時間分解測定の2点を当初の研究計画とした．
これに対し、①のHIPIMS成膜システムの構築に関しては当初の計画通りに研究を遂行した。ただB4Cターゲットが非常に熱衝撃に弱く、脆性材料であったため、本年度購入した3インチターゲットを破損してしまった。予備ターゲットを準備するとともに、電圧印加手法に十分注意する必要がある。一方②に関しては、当初時間分解能を有する発光分光分析を実施する予定であったが、年度中期にスウェーデン、リンシェーピン大学を訪問する機を得たため、同研究グループの有するエネルギーフィルタ型質量分析による測定を実施した。同質量分析計を用いることで、発光分光では得られないイオンのエネルギー分布の測定が実現され、次年度計画における提案手法の足掛かりとなる有益な知見が得られた。
以上のように当初計画は達成されており、年度当初の計画通りに進展していると言える
|
| Strategy for Future Research Activity |
各種抽出イオン種のはたらきとBCN膜特性の関連性の検証を主目的として、①基板バイアスパルス電圧のシンクロ化システムの開発、②基板バイアスパルス電圧印加時間のシンクロ化によるイオン抽出実験、の2点について研究を遂行していく。
①では、ターゲットに印加するHiPIMSパルス電圧と同じ周波数で基板バイアスを同期印加できるシステムを構築する。現有する基板バイアスパルス電源をHiPIMS電源ユニットと交換し、ファンクションジェネレータを用いて、ターゲットのHiPIMS電源からのパルス信号と同期する。バイアス電圧印加時間のシンクロ化を行うための設備を構築するため、パルス信号の同期が可能なファンクションジェネレータおよびカソード側HiPIMS電源と同周波数のパルス電圧を基板に印加するためのHiPIMS電源を新たに導入する。
②では、①におけるBn+、Cn+およびNn+密度分布のピークが現れるパルスオン時間の基礎データを元に、バイアス電圧を印加するパルス幅および印加するタイミング(パルス周波数およびハルス幅)を決定し、膜形成に寄与するBn+、Cn+およびNn+の比率を制御する。各種バイアス印加パルス条件下におけるBCN成膜実験を執り行い、得られた膜の組成・結晶構造・結合状態を評価した上で、各種イオンの寄与率がBCN膜形成に及ぼす影響を検証し同結果を体系的にまとめていく。また、ここで得られた成果に関して、国内旅費、外国旅費を用いて、国内外の学会に参加し成果報告を行う。さらに前年度同様、第二年度の残額を用いて論文投稿も行う。謝金等により本論文投稿に当たる英文校閲も依頼する。
|
| Causes of Carryover |
当初時間分解能を有する発光分光分析を実施する予定であったが、年度中期にスウェーデン、リンシェーピン大学を訪問する機を得て、同研究グループの有するエネルギーフィルタ型質量分析による測定の実施が可能であることが判明した。そのため、当初計上していた高機能分光器、光電子倍増管（フォトマル）およびフォトマル用高圧電源の購入が不要となった。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の予算は、次年度ターゲットに印加するHiPIMSパルス電圧と同じ周波数で基板バイアスを同期印加できるシステムの構築に向け使用する予定である。特に現有する基板バイアスパルス電源をHiPIMS電源ユニットと交換し、ターゲットのHiPIMS電源からのパルス信号とバイアス電圧印加時間のシンクロ化を行うための設備の構築のため、パルス信号の同期が可能なファンクションジェネレータの購入費を計上する。またカソード側HiPIMS電源と同周波数のパルス電圧を基板に印加するためのHiPIMS電源の購入費も計上する。
|
