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

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555108
• 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, 電気工学科, 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, 電気工学科, 助教授 (10253494)
• キーワード: 窒化炭素 / パルスレーザデポジッション / 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。CNナノチューブ作製条件やイオン照射がCN薄膜特性に及ぼす影響についても検討した。その他の機能性材料としてCrC、WC、SiC、TiC、cBN、SiN、TaN等の高硬度薄膜やSnO_2、WO_3等の薄膜ガスセンサ素子作製も行い、CN薄膜作製プロセスと比較検討した。以上の研究成果の一部をJJAP、Thin Solid Films等のジャーナルやMat.Res.Soc.2000、Beams 2000、IUMRS2000、IIT2000等の国際学会で発表し、従来得られなかった知見を得たものとして、世界的に高い評価を得た。

研究成果

• [文献書誌] H.Kawasaki: "Effects of Ion Beam Energy on the Formation of Cubic Boron Nitride Thin Films by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39. 4525-4527 (2000)
• [文献書誌] Y.Suda: "Characterization of Crystalline TiC Films Grown by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39. 4575-4576 (2000)
• [文献書誌] Y.Suda: "Formation and Properties of TiC Thin Films by pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Thin Solid Films. Vol.374. 282-286 (2000)
• [文献書誌] H.Kawasaki: "Effects of Cross Magnetic Field on Thin Film Preparation by Using Nd : YAG Laser Deposition"Thin Solid Films. Vol.374. 278-281 (2000)
• [文献書誌] Y.Suda: "Characterization of Silicon Carbide Thin Films Prepared by Using Pulsed Nd : YAG Laser Deposition Method"Grain Boundary Engineering in Ceramics. Vol.118. 535-542 (2001)
• [文献書誌] H.Kawasaki: "Tantalum Nitride Thin Films Synthesized by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition Method"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. Vol.617. J3.22.1-J.3.22.5 (2001)
• [文献書誌] K.Doi: "Preparation of Crystalline Chromium Carbide Thin Films Synthesized by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. Vol.617. J.7.8.1-J.7.8.5 (2001)
• [文献書誌] 川崎仁晴: "パルスレーザデポジション法による炭化シリコン薄膜の作製"長崎県技術開発研究委託事業(学・官枠)地域研究開発拠点支援事業(RSP)可能性試験研究報告書. 337-357 (2001)
• [文献書誌] Y.Suda: "Formation of Properties of Carbon Nitride Thin Films by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.40. 1061-1063 (2001)
• [文献書誌] H.Kawsaki: "Characterization of Tantalum Nitride Thin Films Fabricated by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition Method"Jpn.J.Appl.Phys.. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Suda: "Preparation of Crystalline TiC Thin Films by Pulsed Nd : YAG Laser Deposition Using Ti Target in Methane Gas"Materials Characterization. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Suda: "Cubic Boron Nitride Thin Films by Ion Beam Assisted Pulsed Nd : YAG Laser Deposition"IEEE Transaction. (印刷中).