熱緩和分散法(RAD法)による超微粒子分散傾斜材料の創製

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我々はこれまで金属の超微粒子分散化を伴う金属/非晶質材料の加熱による構造緩和機構に関する研究を行い、非晶質材料の持つ準安定性が超微粒子の分散に及ぼす影響について検討し、非晶質材料の結晶化過程を利用するという新しい傾斜材料作製法について検討を行ってきた。本研究では金属/半導体積層体として金/非晶質ゲルマニウム積層体を作成し、金を加熱分散させた。熱分析の結果、Au薄膜を積層した試料では250-270℃にてゲルマニウムの結晶転移に基づく発熱ピークが生じた。また、Au-Geの共晶点に相当する365℃においてAu-Ge合金の融解にともなうわずかな吸熱ピークが見られた後、370-420℃において生じた液相の再結晶化によるものと考えられる発熱ピークがみられた。このことから、昇温時においてゲルマニウム上に積層された金が加熱により段階的に浸入することが予想される。その金属の深さ方向の組成分布をXPSによって測定し、その特異な結晶化プロセスについて検討した。加熱によって金は表層付近から内部に分散するが、初期においてはクラスター状の金が表層付近に存在していることが明らかとなった。これに対して、250-275℃付近で生じるゲルマニウムの結晶化に伴い、金は特異な濃度プロファイルを示しながら原子状態でゲルマニウム層に浸透するものと考えられる。その結果、金とゲルマニウムは分相しており、融解によって生ずる合金相が生成するまで、それぞれ結晶を構成していることがわかった。このように、金のゲルマニウム層への浸入は2つの過程によって生じ、ゲルマニウムの結晶化を促進するとともに、特異なプロファイルを示すことが明らかとなった。この方法は、深さ方向に特異な組成分布を伴う新たな傾斜材料の1つの調製方法として期待しうる。