| 研究概要 |
1.基板/Al/TiN二層構造薄膜におけるエネルギー散逸
基板/Al/TiN二層構造膜において,塑性変形に使われるエネルギーおよび弾性変形に使われるエネルギーを,押し込み硬さ試験により得られる荷重-変位曲線より評価した.塑性変形に使われるエネルギーがAl層厚みに比例し増加すること,弾性変形に使われるエネルギーはAl層厚みには依存しないことを見いだした.この結果は,塑性変形が主に降伏応力が小さい金属層において起こるため塑性変形エネルギーがAl層厚みに依存し,弾性変形のために消費されるエネルギーは金属Al層とTiN層の間のヤング率あるいは剛性率の差が大きいことによりAl層厚みに依存しないことを示すと考えられる.
2.基板/(Al/TiN)多層構造薄膜におけるエネルギー散逸
基板/(Al/TiN)多層構造薄膜におけるエネルギー散逸を評価し,薄膜における全Al厚みが同じ場合においても薄膜を多層構造化すること,すなわち,一層あたりのAl厚みを小さくし,界面の数を増やすことにより塑性変形に使われるエネルギーが少なくなることを明らかにした.この結果は,界面を形成することにより,薄膜が何らかの要因でより弾性的になることを示唆する.
3.基板/(PTFE/Ti)または(PTFE/TiN)多層構造薄膜におけるエネルギー散逸
金属,あるいは金属窒化物と軟材料であるポリテトラフルオルエチレン(以下PTFEと略す)を多層化し,PTFE層厚みが多層薄膜の硬さおよび超微小押し込み硬さ測定時のエネルギー散逸に与える影響を検討した.TiN/PTFE多層構造薄膜においては,PTFE層の厚みを〜7nmまで薄くしていくことにより,超微小押し込み硬さ試験により測定される動的硬さが大きくなった.また,このとき,超微小押し込み硬さ試験中に散逸されるエネルギーは小さくなり,逆に弾性的エネルギーとして膜内に一旦蓄えられるエネルギーは大きくなった.これは,薄いPTFEを挟むことにより多層構造化された薄膜が塑性変形しにくくなると同時に弾性率が向上することを示す.
4.まとめ
金属と金属窒化物,あるいは有機高分子膜と金属膜を組み合わせた多層構造膜に対する超微小押し込み硬さ試験におけるエネルギー散逸の評価が,多層薄膜の物理的性質を明らかにする上で有効であることを示した.
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