窒化チタン薄膜の膜特性に及ぼすチタン中間層挿入の影響

插入钛中间层对氮化钛薄膜薄膜性能的影响

• 批准号: 14750073
• 负责人: 田邉 裕貴
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Shiga Prefecture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750073/
• 关键词: 窒化チタン薄膜; チタン中間層; スパッタリング; 密着強度; 残留応力; 硬さ; 耐磨耗性; 腐食疲労; じん性; 耐摩耗性

S45C基板上にTi薄膜を成膜し,その上にTiN薄膜を成膜したTiN/Ti積層膜と,基板上に直接TiN薄膜を成膜したTiN単層膜との比較により,TiN薄膜の各種特性に及ぼすTi中間層挿入の影響を調べた.ガス圧,バイアス電圧を変化させて作製した複数のTiN薄膜について,Ti中間層挿入により,残留応力,硬さ,じん性等を低下させることなく密着強度を改善できることがわかった.TiN薄膜の耐摩耗性の向上には,圧縮残留応力を増加させ硬さを高めることが有効であるが,圧縮残留応力の増加は膜内のひずみエネルギーの増加をもたらし密着強度の低下を招く原因ともなるため,圧縮残留応力を増加させた場合,TiN単層膜では摩耗過程におけるはく離発生寿命が低下することがあった.これに対し,TiN/Ti積層膜では,Ti中間層による密着強度改善効果によりはく離発生寿命が向上し,硬さの増加に伴って耐摩耗性が向上することもわかった.また,Ti中間層の挿入により,TiN薄膜の表面が平坦化し,かつピンホール欠陥が減少することがわかった.このことから,腐食疲労寿命の向上が期待されたが,TiN/Ti積層膜を成膜したステンレス鋼やアルミニウム合金に対して3%NaCl溶液中で疲労試験を行った結果,それらの疲労寿命はTiN単層膜を成膜した場合と同程度で,Ti中間層による腐食疲労寿命の向上効果は認められなかった.さらに,加熱後のTiN/Ti積層膜とTiN単層膜について,TiN薄膜の各種特性の比較も行った.TiN/Ti積層膜を加熱した場合,TiN単層膜を加熱した場合に比べ密着強度が低下するとの指摘もあるが,本研究の範囲ではそのような現象は認められなかった.Ti中間層による腐食疲労寿命の向上効果は確認できなかったが,TiN薄膜の密着強度や耐摩耗性を向上させる上で,Ti中間層の利用が有効であることを明らかにした.

Ti thin film formation on S45C substrate, TiN thin film formation on TiN/Ti multilayer film formation on TiN thin film formation on substrate, TiN thin film formation on TiN multilayer film formation on TiN thin film formation on TiN thin film formation on In addition, the adhesion strength of TiN film is improved due to the decrease of residual stress, hardness and hardness of Ti interlayer. In addition, the friction resistance of TiN film is increased due to the increase of residual stress due to compression. The increase of pressure residual force in TiN film causes the decrease of adhesion strength. When the pressure residual force increases, the TiN film has a low life span due to the wear process. In contrast,TiN/Ti multilayer films have improved adhesion strength due to Ti interlayer, and increased hardness and wear resistance due to Ti interlayer. In addition,Ti interlayer penetration,TiN thin film surface planarization, reduce the number of defects. The corrosion fatigue life of TiN/Ti multilayer film is expected to increase. The corrosion fatigue life of TiN/Ti interlayer is expected to increase in the same degree as that of TiN multilayer film. In addition, TiN/Ti multilayer film and TiN single layer film after heating are compared. When TiN/Ti multilayer film is heated, TiN single layer film is heated, and the adhesion strength is lower. Therefore, the phenomenon of corrosion fatigue in Ti interlayer is confirmed. The adhesion strength and wear resistance of TiN film are improved, and the utilization of Ti interlayer is improved.

项目成果

田邉裕貴: "D.C.マグネトロンスパッタリングにより作製したTiN薄膜の機械的特性に及ぼすバイアス電圧と成膜ガス圧の影響"日本機械学会M&M2003材料力学部門講演会講演論文集. 3-11. 447-448 (2003)

Yuki Tanabe：“偏压和沉积气压对直流磁控管溅射制造的 TiN 薄膜机械性能的影响”日本机械工程师协会 M&M 2003 年材料力学分会论文集 3-11 (2003)。

田邉裕貴: "DCマグネトロンスパッタリング法により作製したTiN薄膜の機械的特性に及ぼす成膜ガス圧力の影響"日本機械学会関西支部第78期定時総会講演会講演論文集. 034・1. 2-1-2-2 (2003)

田边由纪：“沉积气体压力对直流磁控溅射法制造的TiN薄膜机械性能的影响”日本机械工程学会关西分会第78届年会记录034・1。 - 2-2 (2003)

田邉裕貴: "TiN薄膜の機械的特性に及ぼすTi中間層の影響"日本材料学会論文誌「材料」. 53・3. 321-326 (2004)

田边佑树：“Ti中间层对TiN薄膜机械性能的影响”日本材料学会会刊《材料》53・3（2004年）。

田邉裕貴: "DCマグネトロンスパッタリングにより作製したTiN薄膜の機械的特性に及ぼす成膜ガス圧の影響"日本機械学会論文集A編. (掲載決定4月). (2004)

Yuki Tanabe：“沉积气体压力对直流磁控溅射制造的 TiN 薄膜机械性能的影响”，日本机械工程师学会会刊，A 版（2004 年 4 月出版）。

TiN薄膜の機械的特性に及ぼす成膜後基板焼入れ処理の影響

沉积后基体淬火处理对TiN薄膜力学性能的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本機械学会論文集A編 71・701
• 作者: 田邉裕貴