斬新なエネルギー支援物理蒸着法による超硬質ナノコンポジット薄膜の研究

采用新型能量辅助物理气相沉积方法研究超硬纳米复合薄膜

基本信息

批准号：
05F05327
负责人：
三宅正司
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kinki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05327/
关键词：
材料加工・処理ナノ材料複合材料・物性プラズマ加工

项目摘要

1)ICP支援マグネトロンスパッタリング法という斬新なエネルギー支援物理蒸着法により、Ti_<80>Si_<20>N薄膜を基板温度200℃以下で作成することができた。ICP支援により非晶質のTi_<80>Si_<20>Nは結晶化した。そして完全なTiN(200)面優先配向になった。熱力学的に安定で表面エネルギーの低いTiN(200)面が優先的に成長したのは、低いエネルギーで高い密度のイオンにより、吸着原子の表面移動度が増加して相分離が起こったからであると考えられた。さらにXRDとFESEMとXPSとHRTEMの分析より、膜は40GPa以上の硬度を有すると共に、nc-TiN/a-Si_3N_4ナノコンポジット薄膜の構造を形成していることが明らかになった。2)薄膜の持つ超硬質は、しばしば内部応力が主たる原因になるが、本研究で得られた薄膜の内部応力は数GPaで小さく、その超硬質発現は内部応力によるものではなく、特異なナノコンポジット効果に基づくものであることが確認された。即ち高密度で低エネルギーのイオン照射の効果により、膜の微細構造において相分離が起こり、結晶粒界におけるa-Si_3N_4の生成とTiN結晶の成長が抑制された。そしてこの構造は粒界の結合を強固にして粒界の滑りを抑制するので、膜の硬度が上昇したと推測された。3)さらに新規のナノコンポジット酸化物薄膜としてTiON系を対象として、同じ方法でTiO2合成を行ったところ、ICP支援によりアナターゼからルチルにいたる構造制御が可能な酸化物を合成できることがわかった。今後はこれに加えてミリ波という斬新なエネルギー支援を施して酸化物ナノコンポジット薄膜の研究を行う。4)誘導結合型プラスマ(ICP)という斬新なエネルギー支援により、内部応力が小さくかつ超硬質のナノコンポジット膜を低い成膜温度で合成することができた。さらに得られた膜の特性評価により超硬質発現の機構を明らかにすることができた。またこの手法は酸化物薄膜の場合にも有効に適用できることが見出された。

1）使用一种新型的能量辅助物理蒸气沉积方法，称为ICP辅助磁控溅射，可以在200°C或更低的基板温度下制备Ti_ <80> si_ <20> n薄膜。无定形的Ti_ <80> Si_ <20> n用ICP支持结晶。锡（200）表面的方向得到了完美的优先级。据认为，由于低能和高密度离子，热力学稳定的锡（200）表面具有低表面能的表面被优先生长，因此吸附原子的表面迁移率增加，从而导致相位分离。此外，对XRD，FESEM，XPS和HRTEM的分析表明，该膜的硬度为40 GPa或更高，并形成了NC-TIN/A-SI_3N_4纳米复合薄膜的结构。 2）薄膜的超硬性通常是由内部应力引起的，但是在几个GPA中获得的薄膜的内部应力很小，并且可以证实薄膜的超硬性不是由于内部压力，而是基于独特的纳米复合效应。也就是说，由于高密度和低能离子辐照的影响，相位分离发生在膜的精细结构中，抑制了A-SI_3N_4的形成以及在晶界处的锡晶体的生长。这种结构在晶界处增强了键，并在晶界处抑制了打滑，这被认为是为了增加膜的硬度。 3）此外，当使用基于基于基的新型纳米复合氧化物薄膜合成TIO2时，发现可以从剖析酶到金红石构建的ICP辅助氧化物。除此之外，我们还将对具有创新能量支持（例如毫米波）的氧化纳米复合薄膜进行研究。 4）凭借新的能量支持，称为感应耦合等离子体（ICP），具有低内部应力和低膜形成温度的超硬纳米复合膜，它们能够合成它们。此外，可以通过表征所获得的膜的表征来阐明超胸表达的机制。还发现该技术可以有效地应用于氧化薄膜的情况下。