| 研究課題/領域番号 |
17560590
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
無機材料・物性
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
粕壁 善隆 東北大学, 国際交流センター, 教授 (30194749)
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| 研究分担者 |
粕谷 厚生 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 教授 (10005986)
須藤 彰三 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (40171277)
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| 研究期間 (年度) |
2005 – 2006
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| キーワード | 不定比化合物 / 窒化物 / 機能性材料 / イオン注入 / その場観察 / 透過電子顕微鏡 / 電子エネルギー損失分光 / 分子軌道計算 |
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| 研究概要 |
不定比窒化チタン化合物(TiN_y)の電気伝導特性、拡散障壁特性、耐磨耗特性等がその組成および基板との配向関係に依存することが明らかとなり、基礎的および応用上の観点から、その形成過程の原子レベルでの解明が急務となっている。本研究では、イオン注入法によるTiN_y薄膜の形成過程を透過電子顕微鏡法および電子エネルギー損失分光法でその場観察・評価し、組成分析や分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて、TiN_y薄膜の形成機構および配向の制御性等について原子レベルで明らかにした。NaCl(001)基板に室温あるいは250℃で蒸着したTi薄膜には、それぞれ、複数の配向性をもったhcp-TiとTiH_xが、あるいは単一の配向性をもったhcp-Tiがエピタキシャル成長していた。この蒸着Ti薄膜に窒素を注入すると、hcp-TiとTiH_xは窒化されて、優先的な配向性をもったTiN_yに変態した。この変態機構は、注入前の結晶の原子配列をたくみに受け継いだ"エピタキシャル"変態および注入原子による変態fcc-Tiの八面体位置の占有により起こることが見い出された。すなわち、hcp-Tiの中で広い空隙と高い電子密度をもつ八面体位置の、注入イオンによる占有を端緒としたTi副格子のhcp-fccエピタキシャル変態は、主に注入原子の2p軌道とチタン原子の3d軌道の混成による強固な共有結合の形成と注入原子の存在によるチタン原子間の結合の弱まりによって誘起された、(00-1)面内の<01-0>方向への(00-1)面のずれによって引き起こされたものである。以上のように、イオン注入によるTi化合物薄膜の配向性の形成過程に内包するエピタキシャル変態過程を原子レベルで制御することで、α-Sn半導体とAu電極界面のTiN_y拡散障壁層への応用および合成が困難であったバンドギャップ制御型機能性シリコン・チタン窒化物薄膜等の創製ができるようになると期待される。
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