| 研究課題/領域番号 |
15H04159
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
江利口 浩二 京都大学, 工学研究科, 教授 (70419448)
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| 研究分担者 |
長谷川 繁彦 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50189528)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 結晶・組成制御 / プラズマ / ナノ材料 / 材料加工・処理 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、イオンエネルギー確率分布関数(IEDF)を制御することで、超高硬度・高ガスバリア特性・高耐酸化性膜として期待されている窒化ホウ素膜(BN)の組織・組成制御技術の確立を目指している。昨年度からの継続案件である、BN多層薄膜形成システム（反応性プラズマ支援成膜法、Reactive Plasma-Assisted Coating：RePAC）の新規立ち上げについては、本年度(H28)に完了し、Si基板上への成膜を確認した。また、原型機により作製したBN多層構造について様々な解析を進めた結果、以下の新しい知見を得た。
(1)誘導結合型プラズマ曝露（バイアス周波数400 kHz）を施したBN膜最表面を、ナノインデンテーション法により解析した結果、押し込み硬さおよびヤング率が実効深さ約200nmの領域で変化することがわかった。またそれらの変化量が、プラズマ曝露条件に依存することがわかった。
(2)BN積層構造における剥離防止法として、BN膜中のN量最適化が有効であることがわかった。
(3)RePACシステムによって形成したBN膜は、BN膜組成比を最適化することで、大気暴露および真空環境下において安定した（低）摩擦係数が実現されることがわかった。
(4)プラズマ曝露を想定した古典的分子動力学法によるシミュレーションを用いることで、イオン衝撃によるsp2結合からsp3結合への構造遷移およびsp3結合を有するクラスター構造形成を確認することができた。
今後、（１）についてはバイアス周波数13.56 MHｚの場合の構造変化、また（２）（３）については、新規システムによるBN膜に対する解析を進める。また、研究協力者とともに引き続きそれらの成果を学会発表する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
新規のBN多層薄膜形成システムの立ち上げが、ようやく昨年度に完了した。そのため、新システムによるBN膜の構造解析が若干遅れている。ただし、それ以外は計画通りに進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度は、(1)新チャンバーにより作製するBN膜の評価解析を進める。平行して、研究協力者から提供されたBN膜/Si基板のプラズマ曝露による構造変化を詳細に解析する。プラズマ曝露は、これまでと同様、誘導結合型プラズマシステムを用いるが、バイアス周波数を13.56 MHzに変更し、イオンエネルギー分布関数を変化させる。プラズマ曝露による機械特性・電気特性変動を詳細に解析する。
解析は主に、ナノインデンテーション法による押し込み硬さおよびヤング率、電気容量測定法による誘電率に着目して実施する。平行して、古典的分子動力学法によるシミュレーションを継続し、上記の実験事実を検証する。特にc-BN相とh-, r-BN相の相互遷移過程や、c-BN相のクラスタリング過程の、入射イオンエネルギーの効果を明らかにする。
[本課題での研究協力者]
神港精機株式会社 野間正男 プロセス設計協力（及びBNサンプル提供）
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