立方晶窒化ホウ素のエピタキシャル成長を目指した新規プラズマプロセシング開発

立方氮化硼外延生长新型等离子体工艺的开发

基本信息

批准号：
03F03055
负责人：
吉田豊信
金额：
$ 0.77万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F03055/
关键词：
cubic boron nitride turbostratic boron nitride epitaxial growth time dependent bias technique Inductively coupled plasma CVD TEM observation nano indentation

项目摘要

時間制御バイアススパッタ法(TDBT)により結晶軸方向を制御されたturbostratic boron nitride(tBN)薄膜を合成し、ナノ構造に敏感な機械物性測定手法であるナノインデンテーション法を用いた微視的領域での機械特性の分析を行った。単層のtBN薄膜に対する微視硬度の測定においては、荷重-変位曲線に粘弾性的な挙動が生じることを見出した。具体的には、最大荷重を保持する時間に応じて変形が進行してゆき、それらは荷重の除去後、ゆるやかに回復することが確認された。これは従来のセラミックス体に対する材料力学では脱明できない特異的な挙動であるが、透過型電子顕微鏡(TEM)内での"その場"の圧縮試験においてtBNベーサルプレーンの屈曲が粘弾性の物理的起源であると推測された。他方、sp^3、sp^2両結合の混層からなる薄膜についての機械特性の測定も行った。算出された硬度はcubic相の割合が増えるほど増加する傾向にあり、96%の高純度薄膜において50GPaに達することが示された。また、荷重除去後の永久変形量においてcBN、tBNの両薄膜で大きな違いが確認された。ほぼ純粋なcBNがダイヤモンド短針の挿入深さと対応する変形を生じているのに対し、tBNは上述の回復現象を明確に再現していた。微細構造、特にナノ領域においての機械的挙動には量子力学的効果が強く働くことが予想されるが、B-N結合の差異による機械物性の変化についての理論的説明は今後の研究課題である。工学的にはこれらの構造をMEMSにおける衝撃緩和素子への応用することが可能であるものと考えられる。

我们合成了一种晶轴方向由时间控制偏压溅射（TDBT）控制的乱层氮化硼（tBN）薄膜，并使用纳米压痕（一种对纳米结构敏感的机械性能测量方法）在微观区域对其进行了分析。对材料进行了分析。在测量单层tBN薄膜的显微硬度时，我们发现载荷-位移曲线表现出粘弹性行为。具体而言，确认了变形随着最大载荷的维持时间而进展，并且在载荷去除后变形缓慢地恢复。这是一种奇特的行为，无法用陶瓷体的传统材料力学来解释，但在透射电子显微镜 (TEM) 的“原位”压缩测试中，由于粘弹性物理作用，观察到了 tBN 基面的弯曲。假设这就是起源。另一方面，我们还测量了由 sp^3 和 sp^2 键混合层组成的薄膜的机械性能。计算得到的硬度随着立方相比例的增加而呈增加趋势，结果表明，在96%纯度的薄膜中硬度达到了50 GPa。另外，在去除负载后的永久变形量方面，cBN和tBN薄膜之间确认了很大的差异。几乎纯的 cBN 会产生与金刚石短针插入深度相对应的变形，而 tBN 则清晰地再现了上述恢复现象。预计量子力学效应将强烈影响微观结构的机械行为，尤其是纳米尺度的机械行为，但对由于 B-N 键差异而导致的机械性能变化的理论解释是未来的研究课题。从工程角度来看，将这些结构应用于 MEMS 中的减震元件被认为是可能的。