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表面反応確率計測にもとづく超硬質窒化炭素膜コーティング技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 13555197
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 材料加工・処理
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

伊藤 治彦  長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70201928)

研究分担者 齋籐 秀俊 (齋藤 秀俊 / 斎藤 秀俊)  長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80250984)
神田 一隆  (株)不二越, 技術開発部, 研究職
研究期間 (年度) 2001 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
11,100千円 (直接経費: 11,100千円)
2004年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2003年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
2002年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2001年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円)
キーワードアモルファスCN膜 / プラズマCVD / BrCN / 硬度 / 高周波バイアス / 薄膜合成 / ラマンスペクトル / 赤外スペクトル / CNラジカル / Ar準安定原子 / Arイオン / レーザー誘起蛍光 / 静電プローブ診断 / マイクロ波プラズマCVD / ラジカル計測 / 絶対密度 / 堆積速度 / 付着確率 / ECRプラズマCVD / 質量分析 / プラズマ診断 / C原子 / 炭素材料
研究概要

Arの放電フローによるBrCNの解離励起反応を用いた超硬質α-CN膜の合成について、以下の2つの研究を行った。
イオン衝撃により、基板表面のイオン電流が集中し加熱されると基板温度が上昇する。そこで、第1の実験では基板ステージに冷却水を循環させることによって温度上昇を抑制して成膜を行った。基板ステージを冷却した膜では硬度の増加率に約2倍の差が生じた。この結果は、基板冷却で熱による内部応力の緩和を抑制したことが膜の硬質化に繋がったことを示唆する。基板ステージを冷却した条件では、RFバイアス電圧-30Vで最大17.5GPaの硬度を示した。ラマンスペクトルを解析した結果、G-bandに対するD-bandの強度比(I_P/I_G)がバイアス電圧の印加に伴い増加する傾向があることが分かった。これは、D-bandのピークにC-N単結合のピークが重なって表れたものであると考えられる。また、IRスペクトルからもa-CN_x膜の末端構造がC-N単結合から形成されることが確認された。
第2の実験ではRFバイアス電圧をパルス化した。すなわちRF電源にデジタル遅延ジェネレーターを接続し、RF電源をパルス駆動させた。パルスの周期は100sおよび1000sとし、on/off時間比を50/50、60/40、70/30、80/20、90/10で変化させた。このときのRFバイアス電圧は-40Vおよび-100Vとした。その結果、これらのバイアス電圧を連続的に印加するとスパッタリングのために膜が形成されないのに対し、バイアス電圧をパルス化することで成膜が可能となり、周期1000sのとき100sよりも高い硬度を示し、RFバイアス電圧-100V、on/off時間比80/20のときに最大で46.1GPaのa-CN_x膜が得られた。ラマンスペクトルから、I_P/I_Gを求めた結果、パルスの有無にかかわらず、a-CN_x膜の硬度値とI_P/I_Gの間には正の相関があることがわかった。DLCでは両者の間に負の相関が見られることが多く報告されているので、この傾向はa-CN_x膜に特有の現象である。今後a-CN_x膜の構造解析でトピックスの一つになると考えている。

報告書

(5件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (22件) 産業財産権 (1件) 文献書誌 (8件)

  • [雑誌論文] Formation of amorphous-CN thin films by the deposition of CN radicals -Absolute density of gas-phase CN2005

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan 30

      ページ: 303-306

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Formation of amorphous-CN thin films by the deposition of CN radicals-Absolute density of gas-phase CN2005

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan 30

      ページ: 303-306

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of the Active Species Density for the Synthesis of Amorphous Carbon Nitrides I. Metastable Atoms and Electrons in the Microwave Discharge Flow of Ar2004

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, Y.Sato, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 43

      ページ: 7277-7281

    • NAID

      10013746197

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The electronic transition moment function for the C^3Δ-X^3Δ system of TiO2004

    • 著者名/発表者名
      K.C.Namiki, H.Saitoh, H.Ito
    • 雑誌名

      J.Mol.Spectrosc. 226

      ページ: 87-94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of the Active Species Density for the Synthesis of Amorphous Carbon Nitrides I. Metastable Atoms and Electrons in the Microwave Discharge Flow of Ar2004

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, Y.Sate, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 43

      ページ: 7277-7281

    • NAID

      10013746197

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Hydrogenated Amorphous Carbon Nitride Films Formed from the Dissociative Excitation Reaction of CH_3CN with the Microwave-Discharge Flow of Ar:Correlation of the [N]/([N]+[C]) Ratio with the Relative Number Densities of the CH(A^2Δ) and CN(B^2Σ^+) States2004

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, H.Miki, K.C.Namiki, N.Ito, H.Saitoh, T.Suzuki, K.Yatsui
    • 雑誌名

      Journal of Vacuum Science and Technology A 22

      ページ: 487-493

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] The electronic transition moment function for the C^3Δ-X^3Δ system of TiO2004

    • 著者名/発表者名
      K.C.Namiki, H.Saitoh, H.Ito
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Spectroscopy 226

      ページ: 87-94

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Measurement of the Active Species Density for the Synthesis of Amorphous Carbon Nitrides I Metastable Atoms and Electrons in the Microwave Discharge Flow of Ar2004

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, Y.Sato, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 43

      ページ: 7277-7281

    • NAID

      10013746197

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Absolute Density and Sticking Probability of the CN(X^2Σ^+) Radicals Produced by the Dissociative Excitation Reaction of BrCN with the Microwave Discharge Flow of Ar2003

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, S.Ichimura, K.C.Namiki, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 42

      ページ: 7116-7121

    • NAID

      10012564886

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Absolute Density of the CN(X^2Σ^+), v=0 Level Produced by the Dissociative Excitation Reaction of BrCN with the Microwave Discharge Flow of Ar2003

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, S.Ichimura, K.C.Namiki, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 42

      ページ: 1464-1465

    • NAID

      210000053094

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Raman Scattering Spectroscopy of Structure of Amorphous Carbon Nitride Films2003

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohkawara, H.Akasaka, K.C.Namiki, S.Ohshio, H.Ito, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 42

      ページ: 254-258

    • NAID

      80015859078

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Dependence of the Electronic Transition Moment for the C^3Δ-X^3Δ System of TiO on the Internuclear Distance2003

    • 著者名/発表者名
      K.-C.Namiki, H.Miki, H.Ito
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett. 370

      ページ: 62-67

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The Deperturbation Analysis of the C^3Δ-X^3Δ System of TiO. New ^1Π State Near 3 eV.2003

    • 著者名/発表者名
      K.-C.Namiki, H.Ito, S.P.Davis
    • 雑誌名

      J.Mol.Spectrosc. 217

      ページ: 173-180

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Absolute Density of the CN(X^2Σ^+), v=0 Level Produced by the Dissociative ExcItotion Reaction of BrCN with the Microwave Discharge Flow of Ar2003

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, S.Ichimura, K.C.Namiki, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 42

      ページ: 1464-1465

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Role of Ions and Free Electrons for the Synthesis of Mechanically-Hard α-CN_x Films Using a Dissociative Excitation Reaction of BrCN with the Electron Cyclotron Resonance Plasma of Ar2003

    • 著者名/発表者名
      K.C.Namiki, H.Akasaka, H.Saitoh, H.Ito
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 42

      ページ: 3682-3683

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Absolute Density and Sticking Probability of the CN(X^2Σ^+) Radicals Produced by the Dissociative Excitation Reaction of BrCN with the Microwave Discharge Flow of Ar2003

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, S.Ichimura, K.C.Namiki, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 42

      ページ: 7116-7121

    • NAID

      10012564886

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Threshold Ionization Mass Spectrometry of BrCN. Gas-Phase Reaction Channel Which Determine the Nitrogen Contents in the Amorphous Carbon Nitride Films2002

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, A.Sato, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 41

      ページ: 5449-5450

    • NAID

      130004529975

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mechanism of Formation of the CN(B^2Σ^+) State from Dissociative Excitation Reaction of BrCN with Electron Cyclotron Resonance Plasma of Ar2002

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, S.Kanda, K.C.Namiki, N.Ito, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 41

      ページ: 2225-2230

    • NAID

      110006341140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Threshold Ionization Mass Spectrometry of BrCN. Gas-Phase Reaction Channels Which Determine the Nitrogen Contents in the Amorphous Carbon Nitride Films2002

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, A.Sato, H.Saitoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 41

      ページ: 5449-5450

    • NAID

      130004529975

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structural Analysis of Amorphous Carbon and Related Films Using New Band in Raman Spectra2002

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohkawara, S.Ohshio, T.Suzuki, H.Ito, K.Yatsui, H.Saitoh
    • 雑誌名

      New Diamond and Frontier Carbon Technology 12

      ページ: 149-152

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The Electronic Transition Moment Function for the B^3Π-X^3Δ System of TiO2002

    • 著者名/発表者名
      K.C.Namiki, H.Ito
    • 雑誌名

      J.Mol.Spectrosc. 214

      ページ: 188-195

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic Transition Moment of the A^2Π_r-X^2Σ^+ System of TiN2002

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, K.C.Namiki, T.Tojo, Y.Miyamoto, M.Ohtaka
    • 雑誌名

      J.Mol.Struct. 641

      ページ: 7-15

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 硬質窒化炭素膜の形成方法2005

    • 発明者名
      伊藤 治彦, 堀 健造, 齋藤 秀俊
    • 権利者名
      伊藤 治彦, 堀 健造, 齋藤 秀俊
    • 出願年月日
      2005-03-11
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 伊藤治彦, 市村晋也, 並木恵一, 斎藤秀俊: "Absolute Density and Sticking Probability of the CN(X^2Σ^+) Radicals Produced by the Dissociative Excitation of BrCN with the Microwave Discharge Flow of Ar"Japanese Journal of Applied Physics. 42巻・11号. 7116-7121 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 伊藤治彦, 三木裕史, 並木恵一, 伊藤典子, 斎藤秀俊: "Hydrogenated Amorphous Carbon Nitride Films Formed from the Dissociative Excitation Reaction of CH_3CN with the Microwave-Discharge Flow of Ar : Correlation of the [N]/([N]+[C]) Ratio with the Relative Number Densities of the CH(A^2Δ) and CN(B^2Σ^+) States"Journal of Vacuum Science and Technology A. (印刷中).

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 伊藤治彦, 佐藤 陽, 齋藤秀俊: "Threshold Ionization Mass Spectrometry of BrCN. Gas-Phase Reaction Channels Which Determine the Nitrogen Contents in the Amorphous Carbon Nitride Films"Japanese Journal of Applied Physics. 41巻・8号. 5449-5450 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 伊藤治彦, 市村晋也, 並木恵一, 齋藤秀俊: "Absolute Density of the CN(X^2Σ^+), v=0 Level Produced by the Dissociative Excitation Reaction of BrCN with the Microwave Discharge Flow of Ar"Japanese Journal of Applied Physics. 42巻・3号. 1464-1465 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 並木恵一, 赤坂大樹, 齋藤秀俊, 伊藤治彦: "Role of Ions and Free Electrons for the Synthesis of Mechanically-Hard α-CN_x Films Using a Dissociative Excitation Reaction of BrCN with the Electron Cyclotron Resonance Plasma of Ar"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 伊藤治彦, 神田諭, 並木恵一, 伊藤典子, 齋藤秀俊: "Mechanism of Formation of the CN(B^2Σ^+) State from Dissociative Excitation Reaction of BrCN with Electron Cyclotron Resonance Plasma of Ar"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 伊藤治彦, 田中一宏, 佐藤陽, 伊藤典子, 齋藤秀俊: "Ion-Induced Processes in the Dissociative Excitation Reaction of BrCN to Synthesize Mechanically Hard Amorphous Carbon Nitride Films in the Microwave Plasma Chemical Vapor Depsition System"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 伊藤治彦, 並木恵一, 宮本洋司, 大高正巳: "Electronic Transition Moment of the A^2Π_r-X^2Σ^+ System of TiN"Journal of Molecular Structure. (印刷中).

    • 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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