レーザアブレーションによる立方晶窒化ボロン(cBN)薄膜作製プロセスの開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555104
• 研究機関: 佐世保工業高等専門学校
• 研究代表者: 須田 義昭 佐世保工業高等専門学校, 助教授 (20124141)
• 研究分担者: 馬場 恒明 長崎県工業技術センター, 専門研究員 ; 中園 彪 佐世保工業高等専門学校, 教授 (50044433)
• キーワード: 立方晶窒化ボロン / パルスレーザアブレーション / 六方晶窒化ボロン / FT-IR / Nd:YAG Laser / RFバイアス / KrFエキシマレーザ / 発光スペクトル

研究概要

cBN薄膜作製法としてパルスレーザデポジション装置にRFバイアス及びDCバイアスを付加した新方式を提案し、Si(100)基板上にBN薄膜の作製を行った。ターゲットに六方晶窒化ボロンおよび立方晶窒化ボロンを用い、パルスレーザの繰り返し率を10Hzとし、各種パルスレーザアブレーション条件を変化し実験を行い、堆積した薄膜特性を分析した。さらに、BNプラズマプルームからの発光スペクトルを分光分析し、発光種を同定し、BN薄膜特性とプラズマ特性の関係について検討した。またcBN薄膜の基板材料として用いられているWC薄膜作製についても検討し、メタンガス中で基板温度500〜750℃において結晶性のWC薄膜の作製に成功した。さらに、ダイヤモンドやcBNに匹敵する高硬度材料として注目されているCN薄膜作製についても一部検討し、CN薄膜作製に直流バイアス電圧が有効であることを明らかにした。その他の高硬度材料としてSiC、SiN、TiC、TiN薄膜作製についても検討し、cBN薄膜作製プロセスと比較検討した。
BN薄膜の組成は窒素ガス圧力に依存し、窒素ガス圧力が10.0Pa、レーザエネルギー密度が3.8J/cm^2、基板温度が650℃において化学両論比に近いものが得られた。窒素ガスにアルゴンガスを混合し、基板にRFバイアスを加えることによりcBN相が形成され、RFバイアス電力が高いほど、またアルゴンガスの割合が高いほどcBN相の形成が進んだ。また、DCバイアスを基板に加えることにより、cBN相が形成されることを明らかにした。ボロンイオン(B^+)のスペクトル線(345.1nm)強度がN/B組成比に大きく影響することが分かった。堆積薄膜表面状態はレーザ波長に大きく依存し、波長が短いKrFエキシマレーザを用い7作製した薄膜の表面には径の小さい粒子がまばらに堆積し平坦な膜であった。研究成果の一部をE-MRS、IUMRS、電気関係学会九州支部連合大会等で発表した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Suda: "Pulsed Laser Deposition of Carbon Nitride Thin film from Graphite Targets" European Material Research Society Spring Meeting. A-XII.6. P.A-20 (1997)
• [文献書誌] 須田 義昭: "パルスレーザによる機能性薄膜作製に関する研究" 平成9年度全国高等専門学校・長岡技術科学大学電気系教管交流研究会. 21-24 (1997)
• [文献書誌] Y.Suda: "Properties of WC Films Synthesized by Pulsed YAG Laser Deposition" The 4th IUMRS Int.Conf.in Asia. H3.6. 282 (1997)
• [文献書誌] 須田 義昭: "パルスレーザデポジションによる製に関する研究WC薄膜の合成と評価(IV)" 電気関係学会九州支部連合大会論文集. No.1140. 538 (1997)
• [文献書誌] 須田 義昭: "PLD法によるCNx薄膜の合成(II)" 電気関係学会九州支部連合大会論文集. No.1141. 539 (1997)
• [文献書誌] 須田 義昭: "PLD法による炭化シリコン(SiC)薄膜の作製" 電気関係学会九州支部連合大会論文集. No.1142. 540 (1997)
• [文献書誌] 青木 振一: "薄膜デバイス作製へのレーザ応用" レーザ学会九州支部特別講演会および研究. RTM-97-45. 29-37 (1997)
• [文献書誌] 須田 義昭: "PLD法による窒化シリコン薄膜の作製する研究" 応用物理学会九州支部講演会講演予稿集. 2Aa-3. 120- (1997)
• [文献書誌] 須田 義昭: "パルスレーザデポジション法により作製したSin膜の評価" 電気学会プラズマ研究会. EP-98-8(印刷中). (1998)
• [文献書誌] 須田 義昭: "パルスレーザデポジション法によるTic薄膜作製" 1998年第59回応用物理学関係連合講演会. 印刷中. (1998)
• [文献書誌] Y.suda: "Pulsed Laser Deposition of Carbon Nitride Thin film from Graphite Targets" Carbon. 印刷中. (1998)
• [文献書誌] Y.Suda: "Properties of WC Films Synthesized by Pulsed YAG Laser Deposition" Mater.Chem.and Phys.印刷中. (1998)