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HiPIMSプラズマのイオン輸送挙動に基づく炭窒化ホウ素膜形成機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17KK0136
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)

配分区分基金
研究分野 材料加工・組織制御工学
研究機関東京都立大学

研究代表者

清水 徹英  東京都立大学, システムデザイン学部, 准教授 (70614543)

研究期間 (年度) 2018 – 2020
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
キーワードイオン化物理蒸着 / HiPIMS / 炭窒化ホウ素膜 / イオン質量分析 / イオン流束 / イオンエネルギー分布 / 化学結合状態 / 炭化窒化ホウ素 / t-BN相 / FTIR / XPS / 運動量変換 / エミッシブプローブ / グリッドレスプローブ / イオンエネルギー / プラズマ電位 / イオン化率 / マグネトロン磁場 / グリッドプローブ / 炭化ホウ素 / イオン / イオン輸送 / エネルギアナライザ型質量分析 / パルスプラズマ
研究成果の概要

炭窒化ホウ素(BCN)膜の超高靱性化に向けたHiPIMSプロセス設計指針の構築を図るため、本国際共同研究により、イオン質量分析計によるイオン流束・エネルギー分布に関する系統的な検証が進められ、基板に入射するイオン流束に及ぼす影響因子を明らかにした。その結果入射イオン種の選択性により蒸着粒子あたりの変換運動量の制御性が確認され、これらがBCN膜成長における核形成挙動に大きく影響を及ぼすことを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本国際共同研究によりBCN膜成長に対するHiPIMS放電における入射粒子の関連因子の系統的な検証が実現された。これにより基礎原理に基づいた各種HiPIMS入力パラメータの位置づけが明確化され、HiPIMSプロセス設計指針の礎が構築された。これらは我が国におけるHiPIMS技術への産業的な要望を先導するものであり、今後当該技術の国内における産業化に大きく貢献できるものである。また欧州研究機関と盤石な研究交流基盤が築かれたことは、今後アジア諸国における研究者間のネットワークを構築する上でもその社会的意義は大きい。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Linkoping(リンショーピン)大学(スウェーデン)2019

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Low temperature growth of stress-free single phase α-W films using HiPIMS with synchronized pulsed substrate bias2021

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Tetsuhide、Takahashi Kazuki、Boyd Robert、Viloan Rommel Paulo、Keraudy Julien、Lundin Daniel、Yang Ming、Helmersson Ulf
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 号: 15 ページ: 155305-155305

    • DOI

      10.1063/5.0042608

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Experimental verification of deposition rate increase, with maintained high ionized flux fraction, by shortening the HiPIMS pulse2021

    • 著者名/発表者名
      Shimizu T、Zanska M、Villoan R P、Brenning N、Helmersson U、Lundin Daniel
    • 雑誌名

      Plasma Sources Science and Technology

      巻: 30 号: 4 ページ: 045006-045006

    • DOI

      10.1088/1361-6595/abec27

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 大電力パルススパッタリング法におけるピーク電流密度が細孔内壁面のTi薄膜成長に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      小宮 英敏, 寺西 義一, シャア アナ, 楊 明, 清水 徹英
    • 雑誌名

      表面と真空

      巻: 63 号: 8 ページ: 404-412

    • DOI

      10.1380/vss.63.404

    • NAID

      130007886643

    • ISSN
      2433-5835, 2433-5843
    • 年月日
      2020-08-10
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 大電力パルススパッタリング技術とそのパルスパターンの多様性2020

    • 著者名/発表者名
      清水徹英
    • 雑誌名

      日本材料科学会誌 「材料の科学と工学」

      巻: 57 ページ: 6-9

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] HiPIMS法によるAlTiN硬質膜の形成と そのプレス金型への適用2020

    • 著者名/発表者名
      清水徹英
    • 雑誌名

      メカニカル・サーフェス・テック

      巻: 6月号 ページ: 30-32

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 高耐久性金型の実現に向けたイオン化物理蒸着(I-PVD)法の新展開2019

    • 著者名/発表者名
      清水 徹英
    • 雑誌名

      ぷらすとす

      巻: 2 号: 19 ページ: 421-425

    • DOI

      10.32277/plastos.2.19_421

    • NAID

      130007683398

    • ISSN
      2433-8826
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Synthesis of boron carbon nitride coatings using HiPIMS with synchronized substrate bias2021

    • 著者名/発表者名
      Tetsuhide Shimizu, Miki Kikuta, Naoto Hayakawa, Ming Yang
    • 学会等名
      The 96th IUVSTA Workshop "HiPIMS Today"
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of semi-coherent Ni/NiO dual-phase nanoparticles using high-power pulsed hollow cathode sputtering2021

    • 著者名/発表者名
      Tetsuhide Shimizu, Sebastian Ekeroth, Shuga Ikeda, Shun Watanabe, Robert Boyd, Ming Yang, Ulf Helmersson
    • 学会等名
      14th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] HiPIMSプラズマの過渡応答特性とその薄膜成長への応用2021

    • 著者名/発表者名
      清水徹英
    • 学会等名
      日本表面真空学会スパッタリングおよぼプラズマプロセス技術部会 第165回定例研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] HiPIMS法を用いたコーティング技術の開発と工具へのマイクロテクスチャ構造付与の効果2020

    • 著者名/発表者名
      清水徹英
    • 学会等名
      日本塑性加工学会 金型分科会 第51回セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] B4Cターゲットを用いた反応性HiPIMS 放電におけるプラズマ特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      早川直人,小宮英敏,寺西義一,楊明,清水徹英,
    • 学会等名
      2019年 日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Synthesis of boron carbon nitride films by reactive HiPIMS of B4C in Ar/N2 mixture2019

    • 著者名/発表者名
      Naoto Hayakawa, Hidetoshi Komiya, Yoshikazu Teranishi, Ming Yang, Tetsuhide Shimizu
    • 学会等名
      ISSP2019 (The 15th International Symposium on Sputtering & Plasma Processes)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of magnetic field configuration in HiPIMS discharge of W in Ar atmosphere2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Yamamura, Yoshikazu Teranishi, Hidetoshi Komiya, Ming Yang, Tetsuhide Shimizu
    • 学会等名
      ISSP2019 (The 15th International Symposium on Sputtering & Plasma Processes)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] 第96回IUVSTA国際ワークショップ「HiPIMS Today」2021

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2018-01-25   更新日: 2022-01-27  

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