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スパッタリング法でTiCなどの炭化物薄膜を成長させる場合、金属ターゲットをArと炭化水素の混合ガスで反応性スパッタリングする方法が多く用いられる。しかし、この方法ではターゲット表面上にスパッタ速度の遅い炭化物が形成するため、膜形成速度を大きくすることが困難である。また、反応性スパッタリングでは、いわゆるヒステリシスのために反応ガス流量で反応ガス分圧を制御し難く再現性が悪いという欠点もあり、これらが実用化の妨げとなっている。我々は、スパッタリング法で炭化物薄膜を成長させる別の方法として、炭素も金属と同様に固体ターゲットのスパッタにより基板上に供給する方法を提案する。本研究では、この方法でTiC薄膜だけでなくTi/C、TiC/TiあるいはTiC/C多層薄膜の形成を行い、周期構造を持たせることによる薄膜の高性能化についても検討することを目的とした。
本年度は、昨年度のTiC単層薄膜、Ti/C多層薄膜の結果をもとに、TiC/TiおよびTiC/C多層薄膜の作製と評価に取り組んだその結果、TiC/C多層薄膜では1.7nm程度までの非常に短い周期構造を実現できたが、TiC/Ti多層膜では2.6nm程度までしか多層構造を確認できなかった。また、TiC/Ti多層膜の硬度は、周期を短くするにつれて増加するHall-Petch的な傾向が認められた。これに対し、TiC/C多層膜では、周期が短くなるとともに高度が低下することがわかった。この現象は、薄膜中に生じたマイクロクラックによるものと推察される。さらに、Ti/C、TiC/TiおよびTiC/C多層構造の熱的な安定性を評価した結果、真空中ではTiC/C多層膜が、大気中ではTiC/Ti多層膜が最も安定であることが明らかとなった。これは、C原子単体の層を含む場合、600℃以上になると大気中の酸素と反応し易いためと考えられた。
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