In-Situセンサによるダイヤモンド薄膜の応力計測と超耐久コーティングの設計

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550064
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 神谷 庄司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00204628)
• 研究分担者: 坂 真澄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20158918) ; 羽生 博之 オーエスジー(株), 研究部・開発係, 研究職 ; 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90282095)
• キーワード: ダイヤモンド / 化学気相合成 / ボロンドープ / 半導体 / 電気抵抗特性 / コーテイング / はく離 / 強度評価

研究概要

本年度は当研究の初年度であり、ダイヤモンド薄膜に生じる応力の計測のためにダイヤモンド自身を半導体センサとして利用し、その結果を薄膜の強度評価と特性改善に結び付けするための基本的な技術の確立を企図した。この目的のために、ボロンドープダイヤモンドの電気的特性の評価、ダイヤモンドのマイクロ加工技術の検討、そしてこれに関連した薄膜の強度評価技術の向上を行った。
気相合成の際にボロンを添加したダイヤモンドの電気抵抗は、温度に強く依存する。応力(ひずみ)による抵抗変化を利用したデバイスを作製する場合には、温度の影響を応力の影響から分離しなければならないが、本研究で製作したボロン添加ダイヤモンドは特定の温度以上で温度に対して負の勾配を持つ抵抗変化を示した。これは高温域におけるキャリアの急増によるものと考えられるが、温度による抵抗変化の分離を容易にするためには、この負性抵抗の発現する温度を高くする合成条件を選択することが重要になると思われる。
一方、はく離・破壊に先立って損傷により脆化したダイヤモンド薄膜の強度を評価する場合には、従来の手法では適用に限界が存在することが明らかとなった。基板上の薄膜の強度を評価するに際しては、薄膜そのものの強度と基板との界面の強度とを独立に計測することが必要であるが、界面の強度に比して薄膜の強度が極端に低くなった場合、これまでの手法では界面を破壊する以前に薄膜が破壊し、界面の強度を評価することが困難となった。このためよりじん性の低い薄膜についても適用可能な強度評価技術を新たに開発し、ダイヤモンドに比べてじん性の低いPVD薄膜を対象として実際に強度試験を行い、有効性を検証した。

研究成果

• [文献書誌] 神谷 庄司: "基板上における物理気相合成薄膜の強度評価"第46回日本学術会議材料研究連合講演会講演論文集. 351-352 (2002)
• [文献書誌] 神谷 庄司: "耐摩耗被膜の破壊挙動と総合的機会特性に基づく新しい健全性評価"2002年度日本機会学会年次大会講演論文集. Vol.2. 309-310 (2002)
• [文献書誌] 神谷 庄司: "新規手法によるPVDコーテイングの定量的強度評価"2002年度日本機会学会年次大会講演論文集. Vol.2. 327-328 (2002)
• [文献書誌] 羽生 博之: "超微結晶ダイヤモンド被膜を用いたドライおよびセミドライ加工"2002年度日本機会学会年次大会講演論文集. Vol.5. 317-318 (2002)
• [文献書誌] Chihiro Konoma: "Fabrication of diamond mold for imprint lithography"Digest of Papers, 2002 International Microprocesses and Nanotechnology Conference. 164-165 (2002)
• [文献書誌] S.Kamiya: "Effect of nucleation density on the adhesive toughness of CVD diamond films"Abstract of the Eighth International Conference on Plasma Surface Engineering. 434 (2002)
• [文献書誌] Joon Hyung Bae: "Scanning Diamond Probe for Nano-processing"Proceedings of the 19th sensor symposium. 315-319 (2002)
• [文献書誌] H.Hanyu: "Development of diamond coated tools for dry cutting by optimization of tool geometry and smooth surface of diamond film"Abstract of the Eighth International Conference on Plasma Surface Engineering. 321 (2002)
• [文献書誌] Joon Hyung Bae: "Scanning diamond probe and application to thermo-mechanical nanolithography"Proceedings of IEEE the sixteenth annual international cnnference on micro electro mechaninical systems. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] Joon Hyung Bae: "Scanning probe with an integrated diamond heater element for nanolithography"Applied Physics Letters. Vol.82.No.5(印刷中). (2003)