パルスレーザデポジションによる窒化炭素(CN)薄膜作製プロセスの開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555108
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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 ; 川崎 仁晴 佐世保工業高等専門学校, 助教授 (10253494)
• キーワード: 窒化炭素 / パルスレーザポジッション / CN薄膜 / カーボン / Nd:YAG Laser / 直流バイアス / オージェ電子分光 / 発光スペクトル

研究概要

窒化炭素(Carbon Nitride以下CN)の中でも、β-C_3N_4はダイヤモンドを凌ぐ超高硬度材料であるとの発表もあり、ダイヤモンドあるいはダイヤモンドライクカーボンまたは立方晶窒化ボロンに次ぐ高硬度エンジニアリング材料として注目されている。CN薄膜作製法としてはプラズマCVD法やスパッタリング法など各種の方法が報告されているが、薄膜の組成制御、結晶性、密着性等の問題があり、解決すべき課題を多く残している。
本研究ではCN薄膜作製法としてパルスYAGレーザデポジション装置にイオン源及び高周波(または直流)バイアスを付加した新方式を提案し、Si(100)基板上にCN薄膜の作製を行った。ターゲットにカーボン(純度99.999%)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調べた。薄膜特性分析には、オージェ電子分光分析装置、X線光電子分光分析装置、薄膜X線回折装置、走査電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザ、フーリエ変換型赤外分光分析装置やラマン分光分析装置を用いた。その結果、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。また、CN薄膜の組成と基板温度の影響について明らかにした。さらに、CN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、CN薄膜特性とプラズマ特性の関係について検討した。高排気量のターボ分子ポンプを新しくPLD装置に取り付け、イオン源を併用した薄膜作製実験を行った。イオン照射強度とCN薄膜特性の関係については現在詳細に検討中である。その他の高硬度材料としてWC、cBN、SiC、SiN、TiC、TiN薄膜作製についても検討し、CN薄膜作製プロセスと比較検討した。研究成果の一部をCarbon.NANO98、IUMRS-ICEM-98、電気関係学会九州支部連合大会、応用物理学会九州支部大会、電気学会全国大会等で発表した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Suda: "Pulsed Laser Deposition of Carbon Nitride Thin film from Graphite Targets" Carbon. Vol.36. 771-774 (1998)
• [文献書誌] Y.Suda: "Crystalline Silicon Nitride Thin Films by Pulsed YAG Laser Deposition" 4th Int.Conf.on Nanostructured Materials (NANO98). 6-6. 74 (1998)
• [文献書誌] Y.Suda: "Properties of WC Films Synthesized by Pulsed YAG Laser Deposition" Mater.Chem.and Phys.Vol.54. 177-180 (1998)
• [文献書誌] Y.Suda: "Silicon Carbide Thin Films Synthesized by Pulsed YAG Laser Deposition" IUMRA-ICEM-98. A-THU-21. 81 (1998)
• [文献書誌] 江村 昌典: "PLD法によるSiN薄膜の合成と評価(II)" 電気関係学会九州支部連合大会論文集. No.1203. 649 (1998)
• [文献書誌] 寺島 亮: "PLD法によるSiC薄膜作製と評価(II)" 電気関係学会九州支部連合大会論文集. No.1204. 650 (1998)
• [文献書誌] 須田 義昭: "パルスYAGレーザによるTiC薄膜作製(II)" 電気関係学会九州支部連合大会. No.1205. 651 (1998)
• [文献書誌] 川崎 仁晴: "短ギャップ大気圧グロー放電によるオゾン発生" 応用物理学会九州支部講演会講演予稿集. 1Dp-13. 118 (1998)
• [文献書誌] 須田 義昭: "PLD法によるTiC薄膜の作製と評価(III)" 応用物理学会九州支部講演会講演予稿集. 2Aa-4. 126 (1998)
• [文献書誌] 須田 義昭: "PLD法による炭化クロム薄膜" 応用物理学会九州支部講演会講演予稿集. 2Aa-5. 127 (1998)
• [文献書誌] 須田 義昭: "パルスレーザを用いた機能性薄膜創製について" 九州工業教育協会平成10年度講演会. 19-22 (1999)
• [文献書誌] 須田 義昭: "PLD法によるCrCx薄膜の作製-基板温度依存性-" 平成11年電気学会全国大会. No.436. 2-210 (1999)
• [文献書誌] 須田 義昭: "PLD法により作製したTiC薄膜の評価(IV)" 平成11年電気学会全国大会. No.437. 2-211 (1999)
• [文献書誌] 川崎 仁晴: "パルスレーザデポジション(PLD)法による炭化ケイ素薄膜の作製" 1999年春季第46回応用物理関係連合講演会. 28p-M-17/II. (1999)