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。

具有时间控制的偏置溅射（TDBT）合成具有控制晶体轴方向的涡轮质硼（TBN）薄膜，并使用纳米夹具方法分析了显微镜区域中的机械性能，一种测量对nanostrucer敏感的机械性能的方法。在测量单层TBN薄膜的显微硬度时，发现粘弹性行为发生在载荷 - 置换曲线中。具体而言，已经证实，变形会根据持有最大负载的时间进行，并在去除负载后逐渐恢复。这是一种特定的行为，无法通过传统陶瓷体的物质力学克服，但据推测，TBN基础平面的屈曲是透射电子显微镜（TEM）中“原位”压缩测试中粘弹性的物理起源。另一方面，还测量了由SP^3和SP^2键的混合层组成的薄膜的机械性能。计算出的硬度倾向于随着立方相的比例增加而增加，这表明它在96％的高纯度薄膜中达到50 GPA。此外，去除载荷后，CBN和TBN薄膜之间的永久变形量也观察到了显着差异。尽管几乎纯CBN产生的变形对应于钻石短手的插入深度，但TBN清楚地重现了上述恢复现象。可以预期，量子机械效应将对微观结构的机械行为有很大影响，尤其是在纳米区域中，但是由于B-N键的差异，机械性能变化的理论解释是将来研究的主题。据认为，工程可以应用于影响MEMS中的缓解元素。