2017 Fiscal Year Research-status Report
Preparation of functional hard coating materials by high density pulsed plasma ion implantation
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17K06298
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木村 高志 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60225042)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマイオン注入 / プラズマイオンプロセス / ダイヤモンドライクカ－ボン / 窒素イオン / ハイパワ－パルススパッタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高密度パルスプラズマ生成技術を基礎とするプラズマイオン注入システムを用いた機能性フィルム材料の作製技術を提案することが主たる研究目的である。
本研究では、まず 金属イオン注入源として注目している対向チタンターゲット型スパッタリング用パルス放電プラズマ源を作製し、その電気特性を調査した。さらに、チタンイオンの基材への入射量の増加がTiN膜の特性へ及ぼす影響について調査した。繰り返し周波数を150～600Hzとしパルスプラズマ形成時で20A以上の放電電流（1.5A/cm2以上の電流密度）を実現することができ、高密度なパルスプラズマの形成が可能となった。この方式で作製した窒化チタン膜は、電流の増加に伴い硬度は単調に増加し 最大32GPaに達した。チタンイオンの基材への入射量はTiN膜の機械的特性に強く影響を及ぼすことがわかった。
さらに 電気的抵抗の高いダイヤモンドライクカーボン（DLC）膜への窒素イオン注入によりDLC膜に電気伝導性を付加する研究を実施した。高硬度, 低摩擦係数の特徴を有するDLC膜は, 切削工具や自動車部品への応用が進められているが、電気伝導性の付加により用途のさらなる拡大が期待できる。繰り返し周波数を2ｋHzにしパルス窒素プラズマを生成し、10kVの負パルス電圧をDLC膜がコーティングされた基材に印加することで、イオン注入を行った。その結果、20-30分のイオン注入を実施することで、70-80ｍΩｃｍの抵抗率まで減少する事ができ、電気伝導性の付加が可能であることを示した。また、既存の解析コードによる計算で求めた窒素イオンの注入深さ分布は実験結果とおおむね一致していた。
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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
電気的抵抗の高いダイヤモンドライクカーボン（DLC）膜への窒素イオン注入による電気伝導性の付加に関する研究で電気伝導性の付加が可能であることを示唆できた。
対向チタンターゲット型スパッタリング用パルス放電プラズマの電気特性や作製したTiN膜の特性より、高密度なパルス金属プラズマの形成が実現可能であり、その金属イオンによる材料プロセスに有効であることを示唆できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高密度パルスプラズマによる基材温度制御機能付きプラズマイオン注入システムを用い、機能性材料の作製技術を確立することを目指す。その目的を達成するための今後の研究の推進方策を以下に記す。
1.対向ターゲット型パルススパッタプラズマならびに誘導性結合型パルスプラズマをイオン注入用プラズマ源とし、負パルスバイアス型イオン注入システムを組み込んだ材料プロセス装置により機能性材料の作製ならびに表面処理による機能性付加に関する実験を行う。
さらに、基材温度制御用に正パルスバイアスも印加できるバイポ－ラ型イオン注入システムを組み込んだ材料プロセス装置を作製し、機能性材料を作製する。
2.指向性のよいイオン注入源として注目しているホローカソード型パルス放電プラズマに関する実験的研究を行う。
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| Causes of Carryover |
学会への参加を都合により見送ったこと、作製した材料の分析費用ならびに作成した論文の掲載料が次年度の支払いになったため「次年度使用額」が生じた。
論文掲載料の支払いのほか、平成30年度に予定している助成金と平成29年度に生じた「次年度使用額」とをあわせて 電極材料費や装置作成のための電子回路部品費や真空配管部品を購入する計画を立てている。
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