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高密度プラズマスパッタリングによるナノコンポジット超硬質薄膜合成の研究

研究課題

研究課題/領域番号 13305053
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 材料加工・処理
研究機関大阪大学

研究代表者

三宅 正司  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40029286)

研究分担者 巻野 勇喜雄  大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20089890)
津村 卓也  大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (00283812)
熊谷 正夫  神奈川県産業技術総合研究所, 技術支援部, 研究員
節原 裕一  京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80236108)
庄司 多津男  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50115581)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
54,730千円 (直接経費: 42,100千円、間接経費: 12,630千円)
2003年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2002年度: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円)
2001年度: 24,830千円 (直接経費: 19,100千円、間接経費: 5,730千円)
キーワードナノコンポジット薄膜 / 誘導結合型プラズマ / 高密度プラズマ / イオン照射 / TiCuN / TiSiN / PVD / ナノコンポジット / 超硬質薄膜 / 窒化物薄膜 / スパッタリング / イオンビーム
研究概要

誘導結合型プラズマ(ICP)を重畳した新形式のプラズマスパッタリング法を用いて、低エネルギーイオン照射効果を生かしたナノコンポジット薄膜合成の研究を行い以下のような成果を得た。
1.Ti-Cu-Nナノコンポジット薄膜合成においては、2at%Cuの添加時に42Gpaの超高硬度膜を得た。その時の膜の構造としてはナノ結晶TiN・ナノ結晶Cuコンポジットとなっていることがわかった。またICPの重畳による低エネルギーイオン照射効果により、膜応力は1.5Gpa以下に抑制された。
2.i-Si-Nナノコンポジット薄膜合成においては、5.8at%Siの添加時に48Gpa以上の超高硬度が得られた。その構造はナノ結晶TiN/非晶質Si_3N_4コンポジットとなっていることが確認された。また超高硬度発現の原因は圧縮応力によるものではなく、非晶質Si_3N_4のナノ結晶粒界への分離による粒界強化にあると推測された。
以上のように、スパッタリング法においてICP重畳という新しい方法を採用することにより、ナノコンポジット薄膜の超高硬質発現の機構を明快にすることができると共に、その成果を多くの学術誌や国際会議に発表した。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2004 2003 2001 その他

すべて 雑誌論文 (26件) 文献書誌 (8件)

  • [雑誌論文] Hard nanocomposite Ti-Cu-N films prepared by DC reactive magnetron co-sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Surf.Coat.Technol. 177

      ページ: 62-68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synthesis of superhard nanocomposite films by high-density low-energy ion bombardment2004

    • 著者名/発表者名
      S.Miyake
    • 雑誌名

      Tech. Ses. Proc. Int. COE Forum on Plsama Sci. and Technol.

      ページ: 43-44

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure and properties of TiSiN films prepared by ICP assisted magnetron sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Surf.Coat.Technol. (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure and properties of TiCuN films prepare by ICP assisted magnetron sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Trans.Mater.Res.Soc.Japan (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low temperature synthesis of superhard Ti-Si-N nanocomposite films2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Proc. Int. Symp. On Novel Mater. Processing by Adv. Electromagnetic Energy Sources (MAPEES'04) (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of superhard nanocomposite films by ICP assisted magnetron sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      S.Miyake
    • 雑誌名

      Proc. Int. Conf. on New Frontiers of Process Sci. and Eng. in Adv. Mater. (PSEA'04) (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Hard Nanocomposite Ti-Cu-N Films Prepared by DC Reactive Magnetron Co-Sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Surf.Coat.Technol. vol.177

      ページ: 62-68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synthesis of Superhard Nanocomposite Films by High-Density Low-Energy Ion Bombardment2004

    • 著者名/発表者名
      S.Miyake
    • 雑誌名

      Tech.Ses.Proc.Int. COE Forum on Plasma Sci. and Technol.

      ページ: 43-44

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure and Properties of TiSiN Films Prepared by ICP Assisted Magnetron Sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Surf.Coat.Technol. (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure and Properties of TiCuN Films Prepared by ICP Assisted Magnetron Sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Trans.Mater.Res.Soc.Japan (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low-Temperature Synthesis of Superhard Ti-Si-N Nanocomposite Films2004

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Proc.Int.Symp. on Novel Mater. Processing by Adv. Electromagnetic Energy Sources (MAPEES'04) (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of Superhard Nanocomposite Films by ICP Assisted Magnetron Sputtering2004

    • 著者名/発表者名
      S.Miyake
    • 雑誌名

      Proc.Int.Conf. on New Frontiers Process Sci. Eng. in Adv. Mater.(PSEN04) (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Simulation of Nano-indentation into hard thin films on soft substrate2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      J.High Temp.Soc.Japan 29

      ページ: 152-152

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of nanocomposite thin films by ion beam and plasma based sputtering process2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Surf.Coat.Technol. 174-175

      ページ: 1140-1140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Plasma properties and ion energy distribution in DC magnetron sputtering assisted by inductively coupled plasma2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 42

      ページ: 7086-7090

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure and properties of Ti-Si-N films by DC magnetron cosputtering on positively biased substrates2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 42

      ページ: 7510-7515

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low-temperature synthesis of superhard Ti-Si-N nanocomposite films by ICP asssited DC magnetron sputtering2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.LI
    • 雑誌名

      Proc. JWRI Symp. 2003

      ページ: 160-160

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low-temperature synthesis of Superhard nanocomposite films2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Proc.11th Mater. And Processing Conf.

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Simulation of Nano-indentation into hard thin films on soft substrate2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      J.High Temp.Soc.Japan vol.29

      ページ: 152-152

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of nanocomposite thin films by ion beam and plasma based sputtering process2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Surf.Coat.Technol. vol.174-175

      ページ: 1140-1140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Plasma properties and ion energy distribution in DC magnetron sputtering assisted by inductively coupled plasma2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.LI
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. vol.42

      ページ: 7086-7090

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure and properties of Ti-Si-N films by dc magnetron cosputtering on positively biased substrates2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. vol.42

      ページ: 7510-7515

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low-temperature Synthesis of Superhard Ti-Si-N Nanocomposite Films by ICP Assisted DC Magnetron Sputtering2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.Li
    • 雑誌名

      Proc.JWRI Symp.

      ページ: 160-160

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Low-temperature Synthesis of Superhard Nanocomposite Thin Films2003

    • 著者名/発表者名
      Z.G.LI
    • 雑誌名

      Proc.11th Mater.And Processing Conf.

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure refinement and hardness enhancement of titaniumnitride addition of copper2001

    • 著者名/発表者名
      J.L.He
    • 雑誌名

      Surface and Coating Technology 137

      ページ: 38-42

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structure refinement and hardness enhancement of titanium nitride addition of copper2001

    • 著者名/発表者名
      J.L.He
    • 雑誌名

      Surface and Coating Technology vol.137

      ページ: 38-42

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.G.Li, S.Miyake, T.Tsumura: "Simulation of Nanoindentation Into Hard Thin Film on Soft Substrate"J.of High Temperature Society of Japan. 29. 152 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.G.Li, S.Miyake, M.Mori: "Plasma Properties and Ion Energy Distribution in DC Magnetron Sputtering Assisted by inductively Coupled RF Plasma"J.J.of Applied Physics. 42. 7086-7090 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.G.Li, S.Miyake M.Kumagai, T.Saito, Y.Muramatsu: "Structure and Properties of Ti-Si-N. Films by DC Magnetron Cosputtering on Positively Biased Substrates"J.J.of Applied Physics. 42. 7510-7515 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.G.Li, M.Mori, S.Miyake, M.Kumagai, T.Saito, Y.Muramatsu: "Structure and Properties of TiSiN Films Prepared by ICP Assisted Magnetron Sputtering with Low Energy Ion Bombatdment"The 4^<th> Asia-European International Conference on Plasma Surface Engineering, Jeju, Korea, Sept. (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.G.Li, S.Miyake, M.Mori: "Structure and Properties of TiCuN Films Prepared by ICP Assisted Magnetron Sputtering"The 8^<th> IUMRS International Conference on Advanced Materials, Yokohama, Japan, Oct.. (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.G.Li, S.Miyake, M.Kumagai, T.Saito, Y.Muramatsu: "Hard Nanocomposite Ti-Cu-N Films Prepared by DC Reactive Magnetron Co-sputtering"Surface and Coating Technology. 177(In press). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.G.Li, J.L.He, T.Matsumoto, T.Mori, S.Miyake, Y.Muramatsu: "Preparation of nanocoposite thin films by ion beam and plasma based sputtering processes"Surface and Coating Technology. (to be published). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] J.L.He, Y.Setsuhara, I.Shimizu, S.Miyake: "Structure refinement and hardness enhancement of titanium nitride films by addition of copper"Surface and Coating Technology. 137. 38-42 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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