2021 Fiscal Year Research-status Report
希ガス原子ナノクラスターが分散した微細組織を持つ非晶質合金膜の構造解析と物性評価
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19K05104
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
小畠 淳平 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (00566424)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アンバランスドマグネトロンスパッタ / 金属ガラス膜 / アルゴン / ナノクラスタ / X線吸収微細構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はアンバランスドマグネトロン（UBM）スパッタ法における基板バイアス電圧を利用して作製したAr原子ナノクラスターTi-Cu基金属ガラス膜の構造と特性を調査することで、希ガスの機能性添加元素としてのメカニズムを解明するものである。本年度ではUBMスパッタ法で作製した金属ガラス膜に存在するAr原子ナノクラスターの存在状態を詳細に解明するために、ニュースバル放射光施設の軟X線領域放射光によるX線吸収微細構造解析を実施した。比較試料として、Arガス、金属ガラスにイオン注入法によりArを強制的に含有させた膜、各膜を真空熱処理した試料を用意した。実験と解析の結果、バイアス電圧の増加に伴いArの構造が変化し、これら構造はArのガス状構造とは完全に異なる構造であることが分かった。また、バイアス電圧の条件によっては、イオン注入法による構造と類似の構造を示すことも分かった。ただし、同程度のAr含有量かつ類似したArの存在状態であっても、イオン注入法よりUBMスパッタ法で含有させたArの方が熱的安定性が高いことが判明した。走査透過型電子顕微鏡による微細組織観察の結果、イオン注入法とUBMスパッタ法の試料では、Ar原子ナノクラスターの大きさと分散状態が異なっていた。さらに、膜自体の構造についても、イオン注入法の試料は局所的なナノ結晶化が起こっている一方で、UBMスパッタ法の試料は非晶質構造のままであった。Arの熱的安定性はArの存在状態よりも、膜の構造に依存しているものと考えられる。本研究で明らかにした合金膜中のArの存在状態はこれまで報告されたことのない新たな知見であり、希ガスを活用した新たな合金設計や高機能化を可能とするものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度ではAr原子ナノクラスターの存在状態解析に加えて、別の希ガス（Ne）を使った成膜を行いこれら希ガスが膜組成、構造、機械的特性に与える影響を調査する予定であった。しかしながら、新型コロナの影響により、実験に必要な希ガスを確保することができなかったため本実験を進めることができなかった。しかし、薄膜中のArの存在状態を詳細に解明でき、新たな知見を学協会で発表するという本課題の主目的は達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度実施できなかった希ガスNeを使った実験については、本課題の延長申請により進める。使用するNeガスは、すでに入手しているため実験は可能である。NeはArに比べ、スパッタ率が低いことが分かっているため、Neガスのみでの成膜が難しいと予想されるため、ArとNeの混合ガスでの成膜を行う。膜中のNeの存在状態についてもニュースバル放射光施設の軟X線領域放射光で解析する予定である。合金膜中のNeの構造解析はほとんど実施されておらず、さらに、NeとArがどのように共存するかなど未知の領域に踏み込んでいく。構造解析と微細組織観察に加え、ナノインデンターンによる膜の機械的特性評価も行う予定であり、ArとNeを含有した膜の構造と特性の関係性を解明していく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染拡大の影響により希ガスや成膜装置消耗品を購入することができず、実験を行うことができなかった。科研費の延長申請により、上記ガスと物品を購入して未実施の実験を行うことで研究の目標を達成する。
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Research Products
(3 results)
