| 研究課題/領域番号 |
25420687
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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, 学内共同利用施設等, 教授 (30194749)
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| 研究分担者 |
須藤 彰三 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40171277)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 不定比物性 / 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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| 研究実績の概要 |
本申請により導入した磁気浮上型ターボ分子ポンプにより超高真空化された薄膜作成装置中で作製された膜厚100nmのTi薄膜に窒素イオン（62keVのN2+）を注入して、窒化チタン薄膜の形成過程およびTi1-xAlxN薄膜を透過電子顕微鏡（TEM）法や電子エネルギー損失分光（EELS）法等でその場観察し、以下の知見を得た。室温で蒸着したTi薄膜にはhcp-Tiの他にTiHxがhcp-Tiが成長しており、hcp-Tiの窒化過程では、hcp-Tiの中で広い空隙と相対的に低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が、hcp-Ti格子の局所的な原子配列を引き継ぎながら、注入原子とチタン原子の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＞方向へのせん断変形によって引き起こされる。これらの実験結果を非経験的分子軌道計算（DV-Xα）法による計算結果と比較検討することにより以下の知見を得た。上記の hcp-fccエピタキシャル変態過程が原子数濃度比N/Ti～0.25以上で優先的に起こることを見出した。N/Ti～0.25以上では、窒素を含むhcp-Tiの八面体に隣接した八面体サイトに注入窒素イオンの侵入が優先的に起こり、hcp-fccエピタキシャル変態の核の成長が誘起されることが分かった。本研究により見いだされた上記の臨界値N/Ti～0.25はhcp-Tiの単位格子2個分に窒素原子1つが侵入していることを示すことを見出した。これらの成果を踏まえて、Ti1-xAlxN不定比化合物薄膜の成長条件を熱力学計算を含めて検討し、基板温度の不定比化合物の組成および結晶性への高い依存性を見出した。これらは、不定比窒化物の機能化に際して重要な成果である。
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