制御プラズマによる機能性セラミック・コーティング材料の合成と表面改質

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62430015
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山科 俊郎 北海道大学, 工学部, 教授 (40001193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福田 伸 北海道大学, 工学部, 助手 (30189948) ; 広畑 優子 北海道大学, 工学部, 助手 (00189896)
• Keywords: プラズマ / セラミックス / 表面改質 / 薄膜 / プラズマ診断 / プラズマ窒化 / ガス窒化 / 発光分析

Research Abstract

本研究に必要なプラズマ発生装置とセラミックスの合成/表面改質を行うポジイション・チャンバーを合体させ、プラズマ診断のため分光器の設置および静電プローブの取り付けを行った。プラズマ条件(マイクロ波パワー、ガス圧力、ガス種)を変えても良好な放電が得られるように調整してきた。また、サンプルホルダーの条件(基板温度、バイアス電位)も広範囲に変えれるようにしてきた。
この制御プラズマを用いて、先づチタン表面の窒化プロセスについて検討した。種々の基板温度下で窒素プラズマを照射した場合と、プラズマを用いない従来のガス窒化との違いについて調べた。表面原子組成をX線光電子分光法およびオージェ電子分光法を用いて分析した。プラズマを用いた場合、ガス窒化が進行する温度以下でも十分窒化が起る事が分った。分光測定から、プラズマ中にはN_2^+イオンおよびNラジカルが存在し、窒化を効果的に促進させていることが分った。
チタンを用いた場合、組成分析を行うにはX線光電子分光法を併用しなければならず、表面分析に時間がかかりすぎたので、次に比較的分析が容易なジルコニウムを用いて窒化実験を行った。放電ガス圧、放電パワー、基板温度を変えて表面の窒化状態を調べた結果、プラズマを用いた場合、ガス窒化より顕著に窒化されること、およびプラズマ中のイオン種が大きく影響していることが分った。これらは、分光測定およびプローブ測定から明らかになった。従って、プラズマパラメーターを適切に制御するなら、より効果的に窒化を促進できることが分った。
プラズマによる表面改質およびセラミックスの合成において、表面特性がプラズマ状態にどのように依存しているのかほとんど知られていない状況なので、本研究の方法を他の材料合成に適用して行くことは重要である。

Research Products

• [Publications] 山科俊郎: JVIA会報,日本真空工業会. 8. 10-17 (1989)
• [Publications] 山科俊郎: 日本金属学会会報. 27. 949-957 (1988)