2019 Fiscal Year Research-status Report
大電力パルススパッタリングにおけるイオン化反応過程の解明
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18K03602
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
太田 貴之 名城大学, 理工学部, 教授 (10379612)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スパッタリング / ダイヤモンドライクカーボン / イオン化 / イオンエネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，炭素ターゲットを固体材料として用いた大電力パルススパッタリングにおいて，プラズマ中の炭素原子，炭素イオン，アルゴンイオン等の数密度とエネルギー分布の測定を行い、イオン化反応過程を明らかにすること、及びダイヤモンドライクカーボン膜の膜質を評価し気相との相関を明らかにすることが目的である。本年度も昨年度に続き、エネルギーアナライザ付き質量分析装置を用いて、大電力パルススパッタリング中の炭素イオンとアルゴンイオンのエネルギー分布の測定を行った。特に、電源電圧の周波数依存性とパルス幅依存性について解析を行った。パルス幅依存性では、パルス幅が増加するほどイオン化が促進されることが明らかになった。また、炭素イオンのエネルギー分布の概形は変化がなかった。一方アルコンイオンは、昨年度の電源電圧依存性の測定では見られなかった20eV以上の高エネルギーが生成されるパルス幅の条件があることが明らかになった。これは、アルゴン原子と炭素イオンとの電荷交換によって生成されることが起因していると考えられる。また、周波数依存性では、アルコンイオン、炭素イオンともにエネルギー分布の概形には変化がなかったが、周波数を増加させるとイオン数の増加率は炭素イオンの方が大きく、硬質DLC 膜構造に寄与する可能性が示唆された。
DLC膜の表面構造をAFMによって解析したところ、イオンフラックスの増加によって膜表面が平滑化していることが明らかになった。膜硬度すなわちsp3成分が増加とともに、膜表面が平滑化し、摩擦係数が減少することが示唆された。
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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
エネルギーアナライザ付質量分析器により、時間平均測定下におけるHiPIMSで生成されたイオン種の同定と，イオンエネルギー分布測定を行い、イオンの振る舞いを調査した。電源電圧依存性に加え、周波数依存性とパルス幅依存性について詳細な解析を行った。また，それぞれ時間分解測定も行い、現在解析を進めている。
マイクロホローカソードプラズマを光源とした真空紫外吸収分光法による炭素原子数密度測定を試み、炭素ターゲットを用いた直流スパッタにおける実験で、吸収波長における光源の光吸収信号を観測することができた。また、イオン生成プロセスを考察するために、大電力パルススパッタリングを用いた反応性TiN成膜プロセスにおいて、真空紫外吸収分光法による窒素原子密度測定に成功し、反応性ガス粒子の生成過程について解析を行った。
波長可変紫外半導体レーザを光源とした紫外吸収分光法を用いて、大電力パルススパッタリング中の炭素イオン数密度及び並進温度測定を試みたが、吸収信号が得られなかった。生成されたイオン数密度が少なく感度が稼げなかった可能性があり、直流スパッタにおける測定を今後試みる予定である。
また、気相診断結果と比較するために同条件でDLC 膜を形成し、ラマン分光やXPSを用いた膜中のsp3/sp2比、AFMによる膜表面などの膜構造解析と、ボールオンディスク装置による摩擦係数や膜硬度を測定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、吸収分光法や質量分析によるプラズマ診断と、DLC成膜を行う。具体的には、電源電圧，電圧パルス幅，電圧周波数等の放電条件を系統的に変化させて気相計測結果とDLC膜質を比較し、大電力パルススパッタリングを用いたDLC膜メカニズムモデルを構築する。また、大電力パルススパッタリングにおけるイオン化過程について、特にイオン化過程の時間変化について着目し、解析していく予定である。
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