2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Si doped DLC film deposition technology for high-precision Si dopping and elucidation of mechanism of low friction
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20K04187
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
池永 訓昭 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (30512371)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | DLC膜 / 耐熱性膜 / 機能性膜 / デュアルプラズマ / イオン照射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Si添加したDLC膜の摩擦係数と添加Si元素の存在形態を明らかにすることによってDLC膜の低摩擦発現メカニズムに新たな知見を得ることを目的として研究をおこなっている．昨年度は過去のデータが比較的豊富なPZT膜を対象としてスパッタ成膜と同時にイオン照射をおこなうことで成膜直後の状態でも膜中に結晶が形成されていることを明らかにした．これによって，印加電圧を適切に選択することで成膜中のイオンスパッタによってより高精度な組成制御が期待できる可能性が示唆された．一方で，この結果を踏まえて種々のイオン照射条件でサンプルを作製したところ，基板の材質によっては成膜したPZT膜の組成および結晶構造に再現性が得られない事例が確認された．これは基板に照射されるイオン照射エネルギーが一定でないことが原因であると予想し，種々の材質の基板に対して確実にイオン照射をおこなうための改良に取り組んだ．基板に照射されるイオンのエネルギーは本プロセスにおいては基板の表面電位で決まるため，これを改善するためにメッシュを用いた新しいイオン照射機構を考案した．その結果基板の表面状態に依存することのないイオン照機構を構築するに至った．
現時点では照射イオンのエネルギーが測定できていないためイオン照射エネルギーと組成および結晶構造の関係が明らではない．イオン照射によって組成制御および結晶成長支援をおこなう本プロセスにおいては，イオン照射エネルギーを定量的に評価するための測定機構を検討する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨今の社会情勢から，今年度予定していたXPS分析が十分におこなえないと判断したため，本年度は昨年度作製したスパッタリング／PBII&D複合成膜装置の組成制御特性を明らかにすることに重点を置いた研究を実施した．作製したスパッタリング／PBII&D複合成膜装置で導電性基板および絶縁性基板それぞれにPZT膜を成膜したところ組成および結晶構造に再現性が得られない新たな課題が明らかとなった．この要因が基板の表面電位に起因すると推察し，表面電位に依存しないイオン照射機構を検討した．今年度の実験は身近にある分析装置で評価が可能なDLC膜を用いることとし，その成膜速度と密着強度を評価することで基板の表面電位に依存しないイオン照射機構の検討をおこなった．表面電位の違いが顕著であると予想される導電性基板と絶縁性基板のそれぞれに通常のプロセスでDLC膜を成膜したところ，全く同じ成膜条件であるにもかかわらず異なる成膜速度と密着強度となり，表面電位によってイオン照射条件が異なることが示唆された．そこで表面電位の影響を受けにくい新たなイオン照射機構を考案し，絶縁体基板と導電帯基板とで同等の成膜速度と密着強度が得られることを明らかにした．
これによって基板の材質（表面電位）に依存することなくイオン照射が可能となり，今後予定しているDLC膜中のSiとCのスパッタ率の違いを利用することで高精度に組成制御する本研究で目的としている組成制御プロセスがより現実的になったと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の出来るだけ早い段階で今年度新たに改良したイオン照射機構を組み込んだスパッタリング／PBII&D複合成膜装置の組成制御特性を評価し，それを用いて高精度に組成制御された種々のSi添加DLC膜を作製する．作製したSi添加DLC膜中のSi存在形態および摩擦係数を評価して本研究の目標達成を目指す．引き続き外部での分析が困難な状況になった場合は，Si存在形態の評価は分析試料を厳選したうえで分析に時間を要するTEMを用いておこなう．
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