機能性酸化物単結晶育成用坩堝の低コスト・高強度化を達成するIr-Mo傾斜膜の開発

开发Ir-Mo梯度薄膜，实现低成本、高强度的功能性氧化物单晶生长坩埚

• 批准号: 22K04720
• 负责人: 佐藤 浩樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04720/
• 关键词: CVD; 成膜; イリジウム; 傾斜材料; 熱CVD; モリブデン; 傾斜機能膜; 坩堝

本研究では、熱CVD法によりMo基材上へのIr-Mo傾斜膜の成膜を行い、得られるIr-Mo膜の膜厚や組織・微細構造と機械的強度の関係性を見出し、高温環境下でも剥離することのないIr-Mo傾斜膜の実現可能性を明らかにすることを１つ目の目的とし、さらに実際にMo坩堝へIr-Mo傾斜膜を成膜し、中に酸化物原料を入れ、高周波誘導加熱法により溶融させることで、化学的安定性、また実用性を実証することを２つ目の目的としている。令和4年度は、1.小型熱CVDによる成膜条件最適化、2.大型CVD立ち上げ、3.膜構造・組織評価条件出し、4.機械的強度評価条件出しを計画し、研究を進めた。1.成膜条件最適化に関しては、Iridium (III) acetylacetonate (分子式：C15H21IrO6)を用いたMo基材上へのCVD成膜実験を行い、Ir膜の成膜条件検討を進めた。キャリアガスの種類（Ar、H2）および流量、圧力、基材の温度の最適化を行うことで、Ir-Mo傾斜膜が得られた。2.大型CVD装置立ち上げに関しては、高効率な成膜を行うために加熱方式を高周波誘導加熱としたCVD装置の検討を進め、シミュレーションをもとにしたコイル・炉構造の検討を行い、Mo基材の温度：1500℃程度の高温下でも成膜が可能となった。3.構造・組織評価については、イオンミリングによる膜断面のSEMおよびEBSD観察の条件検討を進めた。4.機械的強度評価に関しては、スタッド・プルを用いた評価系の検討を進めた。令和5年度は、大型CVD装置を含めて、Ir成膜条件の最適化を進め、膜構造および機械的強度の本格的な評価を進め、成膜条件へのフィードバックを行う予定である。

在本研究中，我们采用热CVD方法在Mo衬底上沉积了Ir-Mo梯度薄膜，发现了所得Ir-Mo薄膜的膜厚、微观结构和机械强度之间的关系，并论证了制备Ir-Mo梯度薄膜的可行性。 -即使在环境条件下也不会剥落的钼梯度膜。第一个目的是使Ir-Mo梯度膜变得光滑，此外，通过在Mo坩埚中实际形成Ir-Mo梯度膜，将氧化物原料放入其中，并使用高频感应加热将其熔化，化学稳定性第二个目的是展示其功能性和实用性。 2020年度，我们将通过以下计划进行研究：1.利用小型热CVD优化成膜条件，2.启动大规模CVD，3.设置评价膜结构和微观结构的条件，4.设置机械强度的条件评价。 1.在成膜条件的优化方面，我们利用乙酰丙酮铱(III)(分子式：C15H21IrO6)在Mo衬底上进行了CVD成膜实验，研究了Ir膜的成膜条件。通过优化载气类型（Ar、H2）、流量、压力和衬底温度，获得了Ir-Mo梯度薄膜。 2.关于大型CVD设备的启动，为了实现高效成膜，我们正在进行以高频感应加热为加热方式的CVD设备的研究，并根据线圈和炉体结构进行研究基材温度模拟：现在即使在 1500°C 左右的高温下也可以形成薄膜。 3.关于结构和微观结构评估，我们继续研究通过离子铣削对膜横截面进行SEM和EBSD观察的条件。 4. 在机械强度评价方面，我们对使用螺柱拉力的评价系统进行了研究。 2025财年，我们计划继续优化Ir膜沉积条件，包括大型CVD设备，并对膜结构和机械强度进行全面评估，并提供膜沉积条件的反馈。

项目成果

Preparation of Iridium Films by Chemical Vapor Deposition on Metal Substrates

金属基底上化学气相沉积铱薄膜的制备

• 发表时间: 2023
• 作者: Hiroki Sato;Takeshi Goto;Yuui Yokota;Takahiko Horiai;Masao Yoshino;Akihiro Yamaji;Rikito Murakami;Takashi Hanada;Satoshi Toyoda;Yuji Ohashi;Shunsuke Kurosawa;Kei Kamada;Atsushi Okuno;Akira Yoshikawa
• 通讯作者: Akira Yoshikawa