ポリアミック酸とSiOガスを出発原料とする超肉薄SiCの創製と形状・特性制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650672
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 内山 休男 長崎大学, 工学部, 教授 (50039690)
• 研究分担者: 佐野 秀明 長崎大学, 工学部, 助手 (10253634)
• キーワード: ポリアミック酸 / SiOガス / シリコンカーバイド / 気相成長 / 形状制御 / 特性制御

研究概要

1.合成方法の確立:ピロメリット酸二無水物と4,4'-ジアミノジフェニルエーテルを等モル反応させて得られたポリアミック酸(PAA)溶液をガラス板に塗布してイミド化させ、ポリイミド(PI)フィルムを作製した。作製したフィルムから切り出した試料をSiC製試料台に乗せ、SiO粉末を入れたタンマン管の中に設置し、1400℃に1時間保持した。この時、炉内を真空、常圧アルゴン雰囲気のどちらで処理した試料でもβ-SiCの生成が確認されたが、常圧アルゴン雰囲気で処理した方がβ-SiCの生成物が多いことが判った。厚さ8μmのフィルムの場合、フィルム両面から進行したケイ化がフィルム中央まで達し、完全にSiC化されていた。また、時間を変えてケイ化したところ、時間が長いほど形成されたSiC層の厚さが厚くなった。以上のことから、出発フィルムの厚さとSiOガスの供給時間を制御することにより、形成されるSiC薄膜の厚さを制御できることが判った。
2.形状制御:PAA溶液を型に塗布してイミド化させて形状を制御したPIを作製し、ケイ化させてその形状を受け継ぐβ-SiCの作製を試みた。しかし、ケイ化時の収縮のため、型との問に発生する応力に耐えきれずに破壊し、完全な形のβ-SiCを得ることができなかった。反応後のフィルムは二層構造であり、表面層はβ-SiC層、中央層はケイ化しなかった炭素層であった。そこで、PIフィルムを細く裁断して短冊状にした試料をケイ化処理し、中央の炭素を酸化消失させたところ、β-SiCの管を作製できた。
3.特性制御:PAAを合成する段階でホウ酸、塩化ランタン等を添加し、イミド化してホウ素またはランタン含有PIフィルムを得た。これらのフィルムの炭素化・黒鉛化挙動を調べた結果、ホウ素を添加した場合には黒鉛化が促進され、ランタンを添加した場合にはPIからのガス発生が低温から起こり、炭素化が早くなることが判った。また、ランタン含有PI由来炭素フィルムについて、400℃までの温度で電気抵抗を評価した結果、電気抵抗率が高くなることが判った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Uchiyama, N.Urase, T.Higuchi, H.sano: "Effect of Texture and Structure of Carbon Sources on Synthesis of β-SiC Thin Film"Program and Abstracts of the 2nd International Symposium on Advanced Ceramics The Leading Materials in 21st Century. A303. 19-22 (2002)
• [文献書誌] Y.Uchiyama, N.Urase, T.Higuchi, H.Sano: "Effect of Carbon Sources on Synthesis of β-SiC"Proc. of the 3rd International Symposium on Eco-Materials Processing & Design (ISPD). A303. 18-21 (2002)
• [文献書誌] T.Higuchi, N.Urase, H.Sano, Y.Uchiyama: "Effect of Texture and Structure of Carbon Source Films on Formation of β-SiC thin film"Proc. of the 18th International Japan-Korea Seminar on Ceramics. 176-180 (2001)
• [文献書誌] Y.Uchiyama, H.Tasaki, K.Kobayashi, H.Sano: "Preparation of β-sialon from silika-gel"Reports of the Faculty of Engineering, Nagasaki University. Vol.31,No.56. 137-141 (2001)