ナノパルスプラズマCVDによる立方晶窒化硼素膜の合成

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ボランアンモニアを原料としてナノパルスプラズマCVD法により窒化硼素(Boron Nitride:BN)膜の合成を行った.合成した膜の組成,結合構造,表面性状,摺動特性及び耐熱性の評価を行った.合成されたBN膜をフーリエ変換赤外分光及びX線回折により構造分析を行ったところ,原子数個程度の連続性を持つsp2構造を有するアモルファス構造の水素化窒化硼素膜であることを明らかにした.表面粗さはRa0.5nm以下であり平滑な表面を有している.合成時の基板温度を500℃まで変化させて合成を行ったところ,基板温度が高くなるほど膜中の水素量が減少し硬さが上昇し,400℃で合成した膜は16GPaの硬さであった.それ同時に耐摩耗性も向上し300℃以上で合成した膜はSUJ2ボールとの摺動において比摩耗量が6×10mm3/N・mと高い耐摩耗性を示した.またこれらの膜の水滴接触角は30〜60°であった.合成したBN膜を500℃の空気雰囲気下で1時間の加熱処理を行い,処理前後の質量変化はほとんどなく,耐熱性を有するBN膜を合成することができた.さらに外部プラズマ生成源として内部アンテナ型のICP(Inductively Coupled Plasma)電極を利用しての合成を行った.合成された膜はナノウォール状の構造をしており摩擦係数は0.3〜0.4と低く,その複雑な表面形状により静的水滴接触角が120°程度と高い撥水性を示しか.これらの結果よりナノパルスプラズマCVD法が硬質アモルファスBN膜の合成に有効であることを示した.