| 研究課題/領域番号 |
63302059
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
丸尾 大 大阪大学, 工学部, 教授 (50028982)
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| 研究分担者 |
三宅 正司 大阪大学, 溶接工学研究所, 教授 (40029286)
松縄 朗 大阪大学, 溶接工学研究所, 教授 (20029119)
井上 勝敬 大阪大学, 溶接工学研究所, 教授 (90029067)
平田 好則 大阪大学, 工学部, 講師 (00116089)
宮本 勇 大阪大学, 工学部, 講師 (90029273)
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| キーワード | エキシマレ-ザ / CO_2レ-ザ / CVD / TOF / アドミッションガス / 運動エネルギ / 原子化 / 電離 |
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| 研究概要 |
KrFエキシマレ-ザ、CO_2を用いてSi_3N_4、Al_2O_3セラミックスの物理的蒸着(PVD)を行い、材料のアブレ-ション・物理蒸着のメカニズムならびに、蒸着膜の性質を明らかにした。主な成果を以下に要約する。
1.分光器を用いるTOF(TimeーOfーFlight)測定によると、エキシマレ-ザにより蒸発したSi、Alの飛行速度は10〜15km/sec(30〜60eV)と高速であった。
2.エキシマレ-ザでは表面のごく浅い層にレ-ザが吸収され、1cm^3のセラミックを蒸発させるのに800〜1200J/cm^3のレ-ザエネルギが費やされるが、集光したCO_2レ-ザでは40kJ/cm^3以下と1〜2オ-ダも小さい。エキシマレ-ザではレ-ザエネルギの約70%が粒子の運動エネルギに消費され、残りの約30%は材料の分解・励起・電離に費やされる。このときSi、Alはほぼ完全に原子化され、かなりの割合が電離する。一方CO_2レ-ザでは蒸発粒子の運動エネルギは真空蒸着と同様に極めて小さく、またSi、Alは原子化せずに液体状態のままで飛散する。
3.エキシマレ-ザで電離・励起された高運動エネルギの蒸発粒子をPVDに適用すると、燃結セラミックス基材よりも高硬度で鏡面近いセラミック膜が得られた。CO_2レ-ザでは直径数μmのSiまたはAiの液滴が付着した粗い皮膜となり、硬度もエキシマレ-ザの半分程度の低い値となった。
4.エキシマレ-ザでは窒素または酸素のアドミッションガスを導入すると、高速で飛行する電離・励起したSiまたはAl粒子は金属原子とガスと衝突して反応が進み、タ-ゲット材に近い組成の蒸着皮膜が得られたが、CO_2レ-ザでの皮膜の組成はタ-ゲットに較べて窒素または酸素不足となった。
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