| 研究概要 |
[目的] ダイヤモンド、c-BNの中間的性質を持つといわれるc-BCNなどのB-C-N系薄膜の形成は、PVD、CVDなど様々な方法で研究されている。本研究では、イオンビーム支援蒸着法(IBAD)を用いて実験条件を変化させたときの微細構造と機械的特性の変化を明確にし、優れた機械的特性を有するB-C-N系薄膜の創成の可能性を検討すること目的とした。
[実験方法] B-C-N薄膜の形成には、B,Cを同時に電子ビーム蒸着し、Nイオン、Arイオンを照射することによるIBADを用いた。基板にはSiを用い、B,Cの蒸着速度をそれぞれ6nm/s、イオン電流密度を1μA/mm^2でほぼ一定に保ち、ガス流量の比(Ar/N_2)を0〜2、基板温度を室温〜723K、加速エネルギを0.5〜1keVで変化させ、このときの膜の微細構造と機械的特性について評価した。
[結果] 基板温度を室温、加速エネルギを1keVとしてAr/N_2比を変化させたとき、AESによる分析でB-C-N薄膜の組成比は、Ar/N_2が0〜1/3のとき、B:C:Nはおよそ5:2:3であったが、Ar/N_2を1、2と増加させることにより、この比が4:2:2、4:4:2へと変化し、Cが増加、Nが減少する傾向を示した。FT-IRでの分析結果は右図中央の3つのスペクトルに示されるようにAr/N_2の増加によりC≡Nは減少した。また、1400cm^<-1>付近のピークは1300cm^<-1>付近までシフトし、結合状態はB-NからB-Cに近づく傾向にあった。ナノインデンテーションによる硬度測定では、Ar/N_2が0のとき10GPaであったが、Ar/N_2を1/3に増加させると21GPaまで上昇し、Ar添加による顕著な硬度上昇が確認された。
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