Development of high nitrogen-containing and high-hardness ta-CNx film deposition method by directly injecting gas to the target

开发向靶材直接注入气体沉积高含氮高硬度ta-CNx薄膜的方法

• 批准号: 21K14066
• 负责人: 李 義永
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14066/
• 关键词: ta-CNx; FCVA; Duct; IBA-FCVA法; 低摩擦

次世代自動車等において超低摩擦と耐摩耗性を両立する硬質膜部品が求められている．期待される硬質膜として硬質なテトラヘドラルDLC (ta-C)に窒素を30at％程度まで含有するta-CNx膜がある．2019年，申請者らは、カーボンをフィルタードアークデポジッション法で成膜しながら，窒素イオンを別のイオンガンで照射するIBA-FCVA法（Ion Beam Assisted Filtered Cathodic Vacuum Arc)で10at%の窒素を含有しながら30 GPa以上の高硬度を得る成膜に成功した．しかし，この装置では，成膜速度が低い事と炭素イオンビーム照射の構造的な特性により成膜範囲が50mmのビーム径に対応し狭い事，そしてta-CNx成膜内の最大窒素含有量が10 at.%に飽和する事の技術的な限界が実験的に明らかになってきた. 本研究では，FCVA成膜装置のフィルター部の先端に位置する特殊ダクトフランジでUltra-Torrを利用してガス管を締結し，ガス管とターゲットの距離を自由に調節できるように製作した．特殊なフランジを用いて、アークプラズマが発生する箇所においてカーボンターゲットだけでなく、窒素ガスも導入することで、高エネルギーの炭素イオンと窒素イオンを同時に発生することが可能なった．成膜条件は高いイオン化率と高いエネルギーを用いるため80Aを印加し、基盤バイアスは-100Vに設定された。この成膜手法でアークプラズマの安定的な放電維持に役立つとともに、ta-CNx膜の窒素含有は16 at.%まで高く含有することができた。

The next generation of automatic vehicles, such as ultra-low friction and wear resistance, hard film parts are required to be manufactured. It is expected that the hard film and hard film will be formed by DLC (ta-C) film at 30at% and ta-CNx film will be formed by ta-CNx film in 2019. IBA-FCVA method (Ion Beam Assisted Filtered Cathodic Vacuum Arc) successfully forms films with high hardness of more than 30 GPa and 10at% of pigment content. The film forming speed of this apparatus is low, the characteristics of the structure irradiated with carbon are low, the film forming range is 50mm, the diameter is narrow, and the maximum content of carbon in the ta-CNx film is 10 at.%. The limit of saturation technology is clear. In this study, FCVA film-forming apparatus was fabricated by adjusting the distance between the tip of the film forming apparatus and the ultra-Torr by using the ultra-Torr. The carbon source and the element source are introduced into the carbon source and the element source are introduced into the carbon source. The film formation conditions are set to be high in conversion rate, high in voltage, and low in substrate voltage. The film formation process is stable, and the film content of ta-CNx film is 16 at.%. The high ground contains the high ground.