イオン・ラジカルが共存する高密度プラズマからの超硬質・低摩擦な窒化炭素膜の創製

利用离子和自由基共存的高密度等离子体形成超硬、低摩擦氮化碳薄膜

• 批准号: 21K14440
• 负责人: 田中 一平
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: University of Hyogo
• 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14440/
• 关键词: プラズマ; CVD; 窒化炭素; 高硬度; マイクロ波

CNラジカル・N2+イオンが共存する高密度反応場を用いて窒素濃度50％以上の高窒素含有な窒化炭素膜形成のため、炭化水素ガス-N2ガスのガスを用いて原料ガスおよびマイクロ波パルスのDuty比を変化させることで高窒素化を行った。原料ガスを変化させることで昨年度では窒素量は5.6at.%と目標から著しく低い値であったが、原料ガスをメタンからアセチレンに変更することで窒素量は27at.%まで増加させることができた。しかし、1GPa未満であり低硬度となった。一方、Siを添加して作製した場合には窒素量は15at.%程度であったものの、30GPaと高硬度な膜を得ることが可能であった。また、高硬度な化学結合成分量が安定になる500℃以上での基板温度で成膜を行うため、マイクロ波のDuty比を変化させ成膜を行った。成膜時の温度が300℃以上ではメタンでは薄膜形成が確認されず、原料にメタンを用いた場合には高温での成膜が困難であることが明らかになった。一方、Siを添加した場合には900℃程度の基板温度でも成膜可能であり、高温化が硬度に寄与することもわかった。また、プラズマ中のCNラジカルとN2+イオンの割合をマイクロ波パルスDuty比により制御し、これらの膜との関係についても検討した。CNラジカルとN2+イオンの割合と窒素量は同一の原料ガスでは相関が確認されたが、メタンおよびアセチレンでは同等の割合にもかかわらず、窒素量に大きな差が確認された。このことから、膜中の窒素濃度には非発光種の影響が寄与していることが明らかになった。

CN ラ ジ カ ル · N2 + イ オ ン が coexistence す る を with high density anti 応 field い て smothering levels by more than 50% high の smothering element contains な smothering the carbon membrane formation の た め, coking water element ガ ス - N2 ガ ス の ガ ス を with い て materials ガ ス お よ び マ イ ク ロ wave パ ル ス の Duty than を variations change さ せ る こ と で line high smothering element を っ た. Raw material ガ ス を variations change さ せ る こ と で yesterday annual で は は smothering element quantity at 5.6. % と target か ら the し く low い numerical で あ っ た が, raw material ガ ス を メ タ ン か ら ア セ チ レ ン に - more す る こ と で smothering element quantity は 27 palawan % ま で raised plus さ せ る こ と が で き た. The hardness of the であ low hardness となった is less than 1GPa. Party, Si を add し て cropping し た occasions に は smothering element quantity は 15 palawan % level で あ っ た も の の, 30 gpa と high hardness な membrane を る こ と が may で あ っ た. ま た chemical combined into components, high hardness な が settle に な る above 500 ℃ で の substrate temperature で film-forming を line う た め, マ イ ク ロ wave の Duty than を variations change さ せ film-forming を line っ た. Film-forming が の temperature above 300 ℃ when で は メ タ ン で film formation が は confirm さ れ ず, raw material に メ タ ン を with い た occasions に は high-temperature で の film-forming が difficult で あ る こ と が Ming ら か に な っ た. Party, Si を add し た occasions に は の substrate temperature 900 ℃ degree で も film may で あ り, high-temperature が に send hardness and す る こ と も わ か っ た. ま た, プ ラ ズ マ の in CN ラ ジ カ ル と N2 + イ オ ン の cut close を マ イ ク ロ wave パ ル ス Duty than に よ り royal し, こ れ ら の membrane と の masato is に つ い て も beg し 検 た. CN ラ ジ カ ル と N2 + イ オ ン の cut close と は smothering element quantity the same の materials ガ ス で は phase masato が confirm さ れ た が, メ タ ン お よ び ア セ チ レ ン で は equal の cut close に も か か わ ら ず quantities, smothering に き な poor が confirm さ れ た. こ の こ と か ら, membrane in の smothering element concentration に は 発 kind of の influence が send light and し て い る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

CH4-N2ガスによるマイクロ波励起高密度プラズマを用いた窒素含有炭素膜の合成

利用 CH4-N2 气体微波激发高密度等离子体合成含氮碳膜

• 发表时间: 2022
• 期刊: 砥粒加工学会誌
• 作者: 大平将寛;田中一平;原田泰典
• 通讯作者: 原田泰典

Effect of substrate temperature on carbon nitride films by Microwave-sheath Voltage combination Plasma

微波-鞘电压组合等离子体衬底温度对氮化碳薄膜的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 大平将寛;田中一平;原田泰典
• 通讯作者: 原田泰典

MVP法による窒化炭素合成に向けた異なる窒素系反応ガスでのプラズマ評価

使用 MVP 方法使用不同氮基反应气体进行氮化碳合成的等离子体评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 大平将寛;田中一平;原田泰典
• 通讯作者: 原田泰典

高密度プラズマを用いた窒化炭素合成に及ぼすマイクロ波 Duty 比の影響

微波占空比对高密度等离子体合成氮化碳的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 大平将寛;田中一平;原田泰典
• 通讯作者: 原田泰典

田中一平, 波多江優輝,原田泰典

田中一平、畑江由纪、原田康典

• 发表时间: 2022
• 作者: 大平将寛;田中一平;原田泰典;MVP法を用いた窒化炭素膜の堆積に及ぼす基板温度の影響;高密度プラズマを用いたCN膜の作製;マイクロ波励起高密度プラズマを用いた SiCN 膜の成膜;各種プラズマ CVD による窒化炭素合成;表面波プラズマを用いた窒化炭素の作製;高密度プラズマを用いた SiCN膜の作製
• 通讯作者: 高密度プラズマを用いた SiCN膜の作製