2015 Fiscal Year Annual Research Report
酸化により自己組織化する超硬質ナノ複相構造膜の創製
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25630325
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
野瀬 正照 富山大学, 芸術文化学部, 教授 (70269570)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 健二 富山大学, その他の研究科, 教授 (00209553)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | AlN/SiCN複合膜 / 部分酸化による自己組織化 / AlOxNy / インデンテーション硬さ / 塑性変形抵抗（HIT/E*) / 反応スパッタ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複合ターゲットと反応スパッタ法を用いて作製したAlN/SiCN複合膜を異なる酸素分圧雰囲気にて800℃×1時間の熱処理を施し、その機械的性質の変化について調べた。膜のインデンテーション硬さについて、製膜まま状態では28.3GPaの硬さを示した。Ar雰囲気にて熱処理を施すと29.9GPaに上昇し、5%O2雰囲気中での熱処理で31.2GPaの最高硬さを示した。しかし、5%O2よりもさらに酸素分圧を増やすと硬さが低下する傾向を示した。一方、実効ヤング率は、製膜まま状態の膜では255GPaを示し、10%O2雰囲気中で268GPaの最高値を示した。塑性変形抵抗（HIT/E*）は、製膜まま状態で0.11の高い値を示し、5%O2雰囲気中での熱処理で0.12の最高値を示した。
この熱処理を施したAlN/SiCN複合膜のTF法により得られたX線回折パターンを比較すると、膜に熱処理を施した後も酸化物などのピークは見られず、熱処理前後で回析パターンのピーク強度比が変わったことを除いて大きな変化は見られなかった。
XPSを用いてAlN/SiCN複合膜の化学結合状態の同定を行った。製膜まま状態の膜では主にAlとNの結合から成ることが分かった。Ar雰囲気中で熱処理を施すと、製膜まま状態の膜と比較して高エネルギー側へピークがシフトした。熱処理雰囲気中の酸素濃度を増すとAlOxNyに起因するAlとOの結合が強くなる傾向を示した。N 1sスペクトルから、製膜まま状態の膜ではNは主にAlおよびSiと結合していることが分かった。Ar雰囲気中で熱処理を施した場合でもN1ｓピークの全体的な強度が低下し、10%O2雰囲気中で熱処理を施した場合にはN1sピークがほとんど確認できないほど強度が低下した
以上の結果から、AlN/SiCN複合膜では部分的な酸化により膜組織中にAlOxNyが形成され、インデンテーション硬さや塑性変形抵抗値が向上したと考えられる。つまり、この膜では部分酸化による一種の自己組織化が発現したものと推察される。
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