複合セラミック薄膜の微構造と機能に関する研究

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02403017
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 金丸 文一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (40029848)
• 研究分担者: 高橋 真理 大阪大学産業科学研究所, 教務職員 (10216757) ; 高橋 昌男 大阪大学産業科学研究所, 助手 (00188054) ; 延谷 宏治 大阪大学産業科学研究所, 助手 (70156222) ; 吉川 信一 大阪大学産業科学研究所, 助教授 (10127219)
• キーワード: 高熱伝導性BN膜 / 配向性AlN膜 / TiN分散Si_3N_4膜 / AlN分散TiN膜 / 2次電池用TiS_2膜 / ウルツ鉱型FeN_x膜 / FeーN系化合物の磁性

研究概要

複合膜の構成化合物単体それぞれの成膜条件を先ず検討し、その結果をベ-スに、下述の化合物の各組合せについて、同時スッパタ法を適用した複合膜の作製ならびに生成膜の評価を行った。なお積層型複合膜の作成は装置の設置が遅れたため着手したところである。
(1)高熱伝導を持つ絶縁膜:BNとAlNの同時スッパッタ蒸着により、四面体構造のcBNの生成を促進することが期待できる。その基礎研究として両者の膜生成条件を検討した。BN膜では、基板温度を700℃、N_2ーH_2混合ガスを用い、cBNを含む大気中でも安定なBN膜を得ることができた。またcBN粒子のsmearingによって、cBNが生成し易くなること、即ち微粒子表面のエピタキシャル効果がスッパタ蒸着でも有効であることがわかった。AlN膜では、AlNの優先配向とスパッタガス圧との関係を明らかにするなど、BNとの積層膜作成の基礎デ-タを得た。
(2)高硬度・高じん性膜:SiとTiの同時スパッタで作成した非晶質薄膜を1100及び1500℃で熱処理し、それぞれ数nm径のTiN粒子を均一分散した非晶質及びβ型Si_3N_4膜を得た。後者では、TiNとSi_3N_4界面で良い格子整合が観測された。TiNーAlN系でもNaCl型(Ti,Al)N固溶体膜の1000℃、N_2中熱処理でAlN分散TiN薄膜が作成できた。
(3)電気的・磁気的機能を持つ薄膜:(i)典型的なハイブリット材料の一つであるLi_xTiS_2に関して、TiS_2膜の微構造と作成条件を検討し、Liの層間脱吸着(2次電池の充放電)反応に適する(001)面が基板に垂直な配向膜の作成条件を確立した。(ii)FeN_x系化合物では、X≦0.5の組成範囲で4ヶの結晶構造が知られているが、本研究においてX>0.5の範囲で新しい2つの結晶相が得られた。1つはウルツ鉱型結晶構造をとり、共有結合性FeーN結合を持ちながら金属的電気性質を示す。他の立方晶系の相は未同定であるが、磁性面で興味がもたれる。

研究成果

• [文献書誌] S.Kikkawa,M.Takahashi X.Gu,F.Kanamaru,S.Katayama,M.Koizumi: "RFーSputter Deposition of Boron Nitride Thin Film" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research,Sec.B.
• [文献書誌] S.Kikkawa,M.Takahashi F.Kanamaru: "Sputter Deposition of BN and AlN Thin Films" Proc.4th Int.Conf.Ceramic Powder Processing Science.
• [文献書誌] 吉川 信一、金丸 文一: "ハイブリッドマテリアルを頭に描いたゲストホストの問題" セラミックデ-タブック'90.工業と製品. 72. 37-41 (1990)
• [文献書誌] S.Kikkawa,M.Miyazaki M.Koizumi: "Titanium Disulfide Thin Film Prepared by Plasma CVD" J.Mater.Res.5. 2894-2901 (1990)
• [文献書誌] 高橋 昌男,泉 佐和子,金丸 文一: "反応性スパッタ法で作製したCu3NーTiN系窒化物薄膜の電子状態" 材料.
• [文献書誌] H.Fujii,M.Takahashi,F.Kanamaru: "Identification of the crystal phase for a new metastable iron nitride by analyses of xーray diffraction pattern and EXAFS" Photon Factory Activity Report 1990.