| 研究課題/領域番号 |
21H01674
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
清水 徹英 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (70614543)
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| 研究分担者 |
徳田 祐樹 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 研究開発本部機能化学材料技術部プロセス技術グループ, 主任研究員 (30633515)
BRITUN Nikolay 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 特任准教授 (70899971)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
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| キーワード | イオン化物理蒸着 / 炭窒化ホウ素膜 / 立方晶窒化ホウ素 / バイポーラ型HiPIMS / プラズマ発光分光法 / イオン質量分析 / FTIR / イオン運動エネルギー / HiPIMS / BCN薄膜 / 立方晶相 / ホウ素イオン / XPS / イオン化PVD / 自己イオン衝撃 / 残留応力 / プラズマ発光分光分析 / イオンエネルギー / HIPIMS / バイポーラパルス / イオン / バースト信号 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、近年注目を集めるバイポーラ型HiPIMS技術によって形成されるプラズマ現象の理解とそれに基づいたプロセス開発を進めるものである。HiPIMS放電特有のイオン粒子の過渡的な輸送特性に着眼し、バイポーラ型HiPIMSにおける正のパルス電圧の印加時間の精査により、加速イオンの選択性と自己イオン衝撃による効果を明らかにする。これにより、立方晶相の核形成に関わる影響因子の系統的な分離を図り、成膜基板に入射するイオン種・イオン流束とその運動エネルギーの役割に関する学術的な議論を前進させる。これに基づき、立方晶BN相の形成と残留応力低減を両立するプロセス設計指針の構築を目指す。
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| 研究成果の概要 |
バイポーラ型HiPIMSプラズマを用いた炭窒化ホウ素(BCN)膜成長における立方晶相形成に及ぼす影響因子を解明し、薄膜の残留応力低減に向けたプロセス開発を進めるため、発光分光イメージングおよびイオン質量分析を駆使した時間・空間分解プラズマ分析データに基づいたプロセス指針を構築し、立方晶相の核形成に関わる因子を明らかにした。立方晶相由来の結合を有する非晶質BCN薄膜では最大硬度45GPaが達成された。さらにバイポーラ型HiPIMSを用いた選択的なイオン加速が薄膜の残留応力に及ぼす影響についても議論が進められた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、HiPIMS放電を用いたBCN膜の立方晶形成に対する基板への入射粒子の関連因子について、プラズマ分析に基づいた系統的な検証による原理解明が進められた。これにより多岐にわたるHiPIMSプロセスパラメータのそれぞれの位置づけが明確化されると共に、立方晶相形成に向けたHiPIMSプロセス設計指針の礎が構築された。さらにバイポーラ型HiPIMSによる自己イオン衝撃の効果が明らかにされ、立方晶BN膜の残留応力低減に向けた方向性を示すことができた。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。
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