イオン・ラジカルが共存する高密度プラズマからの超硬質・低摩擦な窒化炭素膜の創製

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14440
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26050:材料加工および組織制御関連
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 田中 一平 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (40781034)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: プラズマ / CVD / 窒化炭素 / 高硬度 / アモルファス

研究成果の概要

本研究では長寿命かつ低損失な摺動表面を実現する超硬質かつ超低摩擦な窒化炭素膜の創成を目指し、CNラジカルとイオンの生成を両立した高密度反応場を形成し、高窒素かつ高C-N結合を有する窒化炭素膜の作製を行った。マイクロ波励起高密度基材近接プラズマ（MVP）法を用いた窒化炭素合成において原料ガスおよびマイクロ波周波数、Duty比を制御することによりプラズマ中のN2+やCNラジカルの発光強度比を制御することが可能であり、CNラジカルの発光強度比の増加およびC7H8を炭素源として使用することで，膜中の窒素含有量およびC-N単結合の比率を増加させることが可能であった。

自由記述の分野

薄膜工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

窒化炭素はダイヤモンドよりも硬い可能性がある材料であるが、これまでに超硬質な窒化炭素は得られていない。本研究では高密度プラズマを用いることでN2+やCNラジカルの共存する反応場を形成できることを明らかにした。そのプラズマから得られた窒化炭素の窒素量や結合状態は原料ガスに大きく影響することを学術的に示した。この知見は超硬質窒化炭素の生成に貢献し、窒化炭素合成技術の発展に寄与するものである。