Residual stress control of boroncarbon nitride coatings by bipolar-HiPIMS

双极-HiPIMS 控制氮化硼涂层的残余应力

• 批准号: 21H01674
• 负责人: 清水 徹英
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01674/
• 关键词: イオン化PVD; HiPIMS; 自己イオン衝撃; 炭窒化ホウ素膜; 残留応力; HIPIMS; バイポーラパルス; プラズマ発光分光分析; イオン; バースト信号

本研究は、申請者らが推進してきたHiPIMS技術による炭窒化ホウ素膜形成における知見を礎に、バイポーラ型HiPIMSプラズマ特性の解明に基づいて、膜構成粒子の選択的なイオン加速を実現し、c-BN相核形成に及ぼす影響と自己イオン衝撃による残留応力抑制に対する効果を明らかにしていくものである。初年度は、重点課題1「極短HIPIMSパルス条件下におけるターゲット直上のプラズマ特性の過渡現象」の検証を主目的として、①バイポーラ型HiPIMSシステムの構築と各種パルスパターンにおけるI-V特性の検証および②プラズマ発光分光(OES)分析を応用したプラズマ可視化システムの構築とそれを用いたプラズマ診断の2点について研究を遂行した。①では，既存のHiPIMS電源に新たに正のパルスバイアス電圧を印加するシステムを導入し、バイポーラ型のHiPIMS放電を形成可能な電源システムを構築した。新たにデジタル遅延パルス発生器を用いてバースト型のパルス信号を始めとした各種異なるパルスパターンを外部信号として入力可能なシステムを構築した。また同システムを用いて、各種パルスパターンにおける正のバイアス電圧印加の検証実験を行い、そのI-V特性と検証可能な放電条件を明らかにした。②では、ターゲット近傍におけるプラズマ粒子の動的特性の検証を目的として、OES分析を応用したプラズマ可視化システムを構築した。UVレンズを設置した高分解能ICCDカメラによるターゲット直上のプラズマ発光の撮像、各イオン種の励起による発光スペクトルの波長フィルタによる抽出およびその発光強度の2Dイメージ化が可能なシステムを構築した。またその有効性検証のための放電実験を実施した。以上より、次年度に向けてバイポーラ型HiPIMS放電におけるターゲット直上のプラズマ特性の過渡現象解明に向けた実験環境が整備された。

This study is based on the applicant's understanding of carbon nitride film formation in advance of HiPIMS technology, the understanding of the basic characteristics of multi-phase HiPIMS, the realization of selective acceleration of film-forming particles, the effect of residual force suppression on c-BN phase core formation and self-impact. In the first year, the main purpose of Key Project 1,"Transition phenomenon of vertical characteristics under very short HIPIMS conditions," was to study the construction of I-V characteristics of various types of HIPIMS systems and the application of optical spectroscopy (OES) analysis to the construction of visual diagnosis. (1) The existing HiPIMS power supply is new, and the new HiPIMS power supply system is introduced into the new HiPIMS power supply system. The new type of signal generator is constructed by using various types of signals. In the case of the same type of system, various types of systems are used, and the current and voltage conditions of the system are specified. 2. The purpose of OES analysis is to visualize the behavior of particles. UV light source settings are high resolution ICCD light source settings, light source excitation settings, light source wavelength settings, light source extraction settings, light source intensity settings, and 2D light source settings. There is no doubt that this is the case. The transition phenomenon of HiPIMS in the above year is explained in detail.

项目成果

Experimental verification of deposition rate increase, with maintained high ionized flux fraction, by shortening the HiPIMS pulse

通过缩短 HiPIMS 脉冲，在保持高电离通量分数的情况下，沉积速率增加的实验验证

• DOI: 10.1088/1361-6595/abec27
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plasma Sources Science and Technology
• 影响因子: 3.8
• 作者: Shimizu T;Zanska M;Villoan R P;Brenning N;Helmersson U;Lundin Daniel
• 通讯作者: Lundin Daniel

反応性HiPIMS法による酸素空孔安定化ジルコニア薄膜の形成

反应性HiPIMS法形成氧空位稳定氧化锆薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: 齋藤 直人，Adriano Panepinto;Stephanos Konstantinidis;楊 明，清水 徹英
• 通讯作者: 楊 明，清水 徹英

Linkoping大学(スウェーデン)

林雪平大学（瑞典）

大電力パルススパッタ法により形成した純Mg/MgOナノ積層膜の耐腐食性評価

高功率脉冲溅射法形成的纯Mg/MgO纳米层状薄膜的耐蚀性评价

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuki Maeda;Heishun Zen;Atsushi Kitada;Kuniaki Murase;Kazuhiro Fukami;山本大樹，早川直人，笠原健太郎，湯川泰之，山田健太郎，小舟諭史，小宮英敏，松澤和夫，楊明，清水徹英
• 通讯作者: 山本大樹，早川直人，笠原健太郎，湯川泰之，山田健太郎，小舟諭史，小宮英敏，松澤和夫，楊明，清水徹英

基板入射イオンの選択性が及ぼすAlTiN硬質膜結晶成長への影響

基底上入射离子选择性对AlTiN硬膜晶体生长的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Omae;S. Sumitani;Y. Tosa;S. Harada;荒川光，山村雄大，小宮英敏，徳田祐樹，寺西義一，楊明，清水徹英
• 通讯作者: 荒川光，山村雄大，小宮英敏，徳田祐樹，寺西義一，楊明，清水徹英