希土類-遷移金属合金薄膜の低温酸化挙動の観察

稀土-过渡金属合金薄膜低温氧化行为的观察

基本信息

批准号：
07750733
负责人：
内田晴久
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Tokai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

希土類金属と酸素、あるいは水素といった気体との反応性は、遷移金属のそれよりも高く、薄膜作製においては、真空チャンバー内の残留ガス、あるいは成膜速度なより多くの注意を要する。本研究で用いたプラズマフィラメント型イオンビームスパッタリング法では、他のイオンビームスパッタリング法と異なり、プラズマの加速に10kVの高圧を用いたため、以下のような特徴を有する薄膜が得られていることがわかった。すなわちスパッタリングの為のプロセスガスとして用いたArが薄膜内に取り込まれているという事実である。これは成膜後、アニーリングすることで薄膜からのガス放出現象として捕らえることができ、その詳細については薄膜関連の国際会議にて発表をおこなった。加速電圧が高く、なおかつ成膜速度が比較的小さいため、Arが膜中に取り込まれたものと考えられる。透過電顕による観察では特に回折線は見られず、アモルファスに近い構造であることがわかった。このような薄膜の酸化現象は、勿論バルク材のそれとは大きく異なることが予想されるが、応用面で薄膜の利用が大きく期待されていることを考慮すれば、薄膜の酸化挙動はバルク材と同様、あるいはそれ以上に重要であると考えられる。本研究では希土類遷移金属薄膜として、マイクロマシ-ニング技術でのアクチュエーターとしても期待の大きいTbFe_2組成を取り上げ、さらに状態図上でその隣に位置する金属間化合物であるTbFe_3との組成の違いが及ぼす室温での酸化現象の特徴をとりあげた。水晶振動子による質量変化、及びオージェ電子分光のその場観察から、いずれの場合もTbが初期の酸化で選択的に酸化され、以後膜中へ酸化が進行すると同時に、Tbの酸化膜中で、あるいはその表面で鉄が二次的に酸化されることが理解された。またFeの濃度が異なっても基本的な酸化挙動に大きな変化はなく、Fe濃度が高い薄膜においてはFe酸化が早い時期に始まっていることが推測された。すなわちTbFe系合金薄膜においては、アモルファスに近い構造では化合物相の影響は小さく、固溶相として熱力学的な考察が適用できる系の酸化現象であると考えられる。

稀土金属与氧气或氢气等气体的反应活性高于过渡金属，在薄膜的生产中，必须更加注意避免真空室中残留气体以及成膜速率。与其他离子束溅射方法不同，本研究中使用的等离子体灯丝离子束溅射方法使用 10 kV 的高压来加速等离子体，从而产生具有以下特性的薄膜。换句话说，事实上，用作溅射处理气体的Ar被引入到薄膜中。这可以通过成膜后的退火从薄膜中释放气体的现象来检测，详细情况已在与薄膜相关的国际会议上发表。认为Ar混入膜中是因为加速电压高且成膜速率相对低。在使用透射电子显微镜的观察中，没有观察到特定的衍射线，表明该结构接近非晶态。当然，薄膜的氧化现象预计与块体材料有显着不同，但考虑到薄膜在应用中的应用前景广阔，薄膜的氧化行为与块体材料的氧化行为是相似的。被认为同等甚至更重要。在这项研究中，我们将重点研究 TbFe_2 的成分，它作为稀土过渡金属薄膜和微机械加工技术的执行器具有广阔的前景，并进一步研究与其相邻的金属间化合物 TbFe_3 之间的成分差异。讨论了室温下氧化现象的特征。从晶体振荡器的质量变化和俄歇电子能谱的原位观察发现，在两种情况下，Tb在初始氧化中都被选择性氧化，并且随着氧化进展到膜中，同时，或者，可以理解铁在表面被二次氧化。此外，即使Fe浓度不同，基本氧化行为也没有发生重大变化，这表明Fe氧化在Fe浓度较高的薄膜中较早开始。换句话说，在TbFe合金薄膜中，在接近非晶的结构中化合物相的影响较小，并且认为这是可以作为固溶体应用热力学考虑的体系的氧化现象阶段。