| 研究概要 |
まず,高周波マグネトロンパッタリング法を用いてアルミナ薄膜および炭化ケイ素薄膜をガラス基板上に形成し,超微小ダイナミック硬度測定ならびに3点曲げ試験によってスパッタリング薄膜の機械的特性の評価を行った.アルミナ薄膜の成膜では基板の加熱は行わず,一方炭化ケイ素薄膜の成膜では2種類の初期基板温度を設定し,それぞれ膜厚および高周波電源出力を変化させて,薄膜特性の成膜条件に対する依存性を明らかにした.いずれのセラミック薄膜においても膜厚を厚くすると硬度は増大した.一方,曲げ強度については,アルミナ被覆材では高周波電源出力を小さくすると強度が低下したが,炭化ケイ素被覆材では顕著な電源出力に対する依存性が認められなかった。なお,アルミナ被覆材の曲げ強度に関しては高強度側と低強度側とで成膜時の欠陥形成に関連すると考えられる破壊形態の相違が認められた.特に低い高周波電源出力で成膜した被覆材については,その曲げ強度が低下し,基板および被覆材の界面近傍に欠陥が存在することが破面観察の結果判明した.このような実験結果に基づいて,界面特性の改善には成膜条件の選定に注意する必要があることを指摘した.
さらに,上述のスパッタリング過程で形成される薄膜構造の解析を行う手法として,剛体球モデルによる3次元薄膜形成解析コードを構築した.今回は,上述の実験的検討から薄膜がアモルファスであることが確認されたため,分子動力学法のうちポテンシャルを仮定しない剛体球衝突解析モデルを採用した.解析にあたっては,実験における高周波電源出力および薄膜硬度を,それぞれ解析条件における初期粒子体積密度および見かけの膜粒子体積密度に対応させた.解析の結果,本解析モデルにより実験結果の定性的傾向を説明できることを明らかにした.
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