第 4 章 イ オ ン ビ ー ム ア シ ス ト プ ラ ズ マ CVD(IB-PCVD)法 の 開 発 と 薄 膜 作 製
4.1 序 論
高 温 耐 酸 化 金 属 材 料 開 発 は 、 化 学 プ ラ ン ト や 内 燃 機 関 な ど の 分 野 に お い て 重 要 で あ る 。 高 温 耐 酸 化 金 属 材 料 の 表 面 は 、 合 金 の 選 択 的 な 酸 化 に よ っ て 形 成 さ れ た 酸 化 ク ロ ム や 酸 化 ア ル ミ ニ ウ ム な ど の 皮 膜 に よ り 覆 わ れ て い る が 、 連 続 的 加 熱 に よ っ て 皮 膜 が 剥 離 す る こ と が あ る 。 セ ラ ミ ッ ク コ ー テ ィ ン グ は こ の 問 題 を 最 小 限 に す る こ と が 期 待 で き る 材 料 で あ り 、 プ ラ ズ マ CVD(PCVD)法 に よ る 二 酸 化 ケ イ 素(SiO2)薄 膜 形 成 が 実 用 化 さ れ て い る 。 し か し な が ら 、 基 材 と の 間 の 密 着 性 不 足 か ら 薄 膜 が は く 離 す る 問 題 は 十 分 解 決 さ れ て い な い[1-4]。CVD の エ ネ ル ギ ー 衝 撃 効 果 に よ り 作 製 さ れ る 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 は 低 温 で 高 品 質 の 薄 膜 形 成 が 可 能 で あ り 、 基 材 を 保 護 す る こ と に 利 用 で き る 。CVD 法 に お い て 、 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 は モ ノ シ ラ ン(SiH4)と 酸 素(O2)、 二 酸 化 炭 素 (CO2)あ る い は 二 酸 化 窒 素(NO2)の よ う な 酸 化 物 ガ ス と の 反 応 に よ り 作 製 さ れ 、膜 中 に は 、Si-H や Si-OH 結 合 が 含 ま れ る 。 こ れ ら の 結 合 は 加 熱 に よ り 分 解 し 、 水 素 原 子 が 脱 離 す る た め 二 酸 化 ケ イ 素 膜 中 に 欠 陥 を 生 成 す る 。 ま た 、 通 常 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 密 着 強 度 を 得 る た め に は 金 属 基 材 と の 間 に 中 間 層 が 必 要 で あ る 。
成 膜 中 の イ オ ン ビ ー ム 照 射 は イ オ ン の エ ネ ル ギ ー や 照 射 量 に よ り 薄 膜 の 構 造 や 特 性 に 影 響 を 与 え る こ と が 知 ら れ て お り 、イ オ ン ビ ー ム 照 射 に よ り 、薄 膜/基 板 界 面 に お い て 原 子 の 混 合 、 す な わ ち イ オ ン ミ キ シ ン グ を 引 き 起 こ し 、 こ れ に よ り 密 着 性 に 優 れ た 膜 を 作 製 す る こ と が で き る 。 一 方 、PCVD 法 は 工 学 的 に 広 く 用 い ら れ て い る 成 膜 法 で あ り 、特 に 電 子 サ イ ク ロ ト ロ ン 共 鳴(ECR)PCVD法 は 、10-3 Pa 程 度 の 高 真 空 度 で 動 作 可 能 で 、 成 膜 速 度 も 高 い こ と が 知 ら れ て い る 。
そ こ で 本 研 究 で は 、 イ オ ン ビ ー ム と プ ラ ズ マ CVD を 組 み 合 わ せ 、 イ オ ン ビ ー ム を ア シ ス ト し た プ ラ ズ マ CVD(IB-PCVD)装 置 を 開 発 し 、酸 化 雰 囲 気 に 曝 さ れ る 燃 焼 器 に 使 用 さ れ て い る 金 属 基 材 に 対 し 、 高 密 着 性 、 環 境 遮 断 性 、 耐 酸 化 性 付 与 を 目 的 と し た ア モ ル フ ァ ス 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 を 作 製 し た 。 通 常 、 プ ラ ズ マ CVD 技 術 は 比 較 的 低 真 空 プ ロ セ ス で あ り 、 イ オ ン ビ ー ム 技 術 は 高 真 空 プ ロ セ ス で あ る た め 、 同 時 に 用 い る こ と は 困 難 で あ る が 、 電 子 サ イ ク ロ ト ロ ン 共 鳴 プ ラ ズ マ CVD(ECRPCVD)法 は 比 較 的 高 真 空 プ ロ セ ス で あ る た め 、 イ オ ン ビ ー ム と 同 時 に 用 い る こ と が 可 能 と 考 え ら れ る 。 そ
度 お よ び 膜 特 性 に 及 ぼ す 効 果 に つ い て 検 討 し た 。組 成 と 化 学 結 合 状 態 に つ い て は AES、
XPSお よ び FT-IRを 用 い て 調 べ た 。 環 境 遮 断 性 に つ い て は 、5% H2SO4水 溶 液 中 で の サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ ン メ ト リ ー 測 定 に よ り 評 価 し た 。 ま た 、 コ ー テ ィ ン グ し た 基 材 を 1273 Kに 加 熱 す る こ と に よ り 薄 膜 の 耐 酸 化 等 に つ い て 検 討 し た 。
4.2 実 験 装 置 お よ び 方 法
4.2.1 IB-PCVD 法 に よ る 薄 膜 作 製 装 置 お よ び 作 製 方 法
イ オ ン ビ ー ム 技 術 に は 10-3 Pa 以 下 の 比 較 的 高 い 真 空 度 が 必 要 で あ る 。 し か し な が ら 、 通 常 CVD の 真 空 度 は 低 い 真 空 度 で 用 い ら れ て い る 。 磁 界 と マ イ ク ロ 波 エ ネ ル ギ ー を 用 い る 電 子 サ イ ク ロ ト ロ ン 共 鳴(ECR)プ ラ ズ マ は 、 高 プ ラ ズ マ 密 度 、 高 活 性 な プ ラ ズ マ を 高 い 真 空 度 で 発 生 さ せ る こ と が で き る 。 図 4. 1に 作 製 し た IB-PCVD 装 置 の 外 観 図 を 、 図 4. 2 に 装 置 の 概 略 図 を 示 し て い る 。2.45 GHz の マ イ ク ロ 波 を 同 軸 ケ ー ブ ル に よ りECR中 央 部 の ア ン テ ナ に 給 電 し た 。ECR条 件 を 満 足 さ せ る た め に 強 度875 Gaussの 磁 場 を 永 久 磁 石 に よ り 発 生 さ せ 、プ ラ ズ マ をECR放 電 に よ っ て 発 生 さ せ た 。 酸 素 イ オ ン を 引 き 出 す た め の イ オ ン 源 に は 、 フ ィ ラ メ ン ト レ ス タ イ プ の マ イ ク ロ 波 プ ラ ズ マ(MP)カ ソ ー ド イ オ ン 源 （ 日 新 電 機 （ 株 ） 製 ） を 用 い た 。 加 速 電 圧 の 範 囲 は 0.1
～5.0 kVで 、最 大 電 流 は 5 kV で 20 mAで あ る 。ま た 、真 空 チ ャ ン バ ー の 到 達 真 空 度 は 10-5 Pa で あ る 。 イ オ ン 電 流 を 測 定 す る た め に 基 板 ホ ル ダ ー を 絶 縁 し た ス テ ー ジ の 上 に 固 定 し た 。 こ の ス テ ー ジ は 上 下 の 移 動 お よ び 回 転 が で き る 。 ガ ス ラ イ ン を 図 4. 2 に 示 し て い る 。10 %の モ ノ シ ラ ン ガ ス と ア ル ゴ ン ガ ス の 混 合 ガ ス 、 水 素(H2)ガ ス お よ び 二 酸 化 炭 素 ガ ス を マ ス フ ロ ー コ ン ト ロ ー ラ ー に よ り 制 御 し 、ECR放 電 部 の 中 に 導 入 し て い る 。 ま た 、 酸 素 ガ ス を MP カ ソ ー ド イ オ ン 源 の 中 に 導 入 し て い る 。
基 板 に は 、 鏡 面 研 磨 し た ス テ ン レ ス 鋼 SUS316L お よ び シ リ コ ン ウ エ ハ を エ タ ノ ー ル 中 で 超 音 波 洗 浄 し た 後 用 い た 。 基 板 ホ ル ダ ー を ECR プ ラ ズ マ 源 に 対 し て 垂 直 、 イ オ ン 源 に 対 し て 45°に な る よ う に 固 定 し た 。 成 膜 前 に 基 板 を 加 速 電 圧 5 kV の 酸 素 イ オ ン 照 射 に よ り ス パ ッ タ ク リ ー ニ ン グ し た 。ECR放 電 プ ラ ズ マ 発 生 に 用 い た マ イ ク ロ 波 の 出 力 は 80 Wで あ る 。 加 速 電 圧 0.2～5.0 kVの 範 囲 で 所 定 の 電 圧 で 用 い 、 電 流 密 度 は 基 板 上 で 20 μA cm-2の 一 定 と し た 。 作 製 し た 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 膜 厚 は 約 1 μm で あ る 。
Infrared heater Microwave
View window Pump
Substrate
Microwave
MFC
MFC MFC MFC
MFC MFC MFC N2
Ar H2
MFC MFC MFC
O2
N2
Ar
SiH4
H2
CO2
N2
Ion source
ECR
DC bias Shutter
Fig. 4. 2. Schematic diagram of the ion beam assisted electron cyclotron resonance plasma CVD (IB-PCVD) apparatus.
4.2.2 構 造 解 析 お よ び 特 性 評 価
作 製 し た 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 膜 厚 と 表 面 形 態 に つ い て は 、 走 査 型 電 子 顕 微 鏡(SEM) に よ り 観 察 し た 。 結 晶 構 造 に つ い て は X 線 回 折(XRD)に よ り 調 べ 、 組 成 お よ び 結 合 状 態 に つ い て は 、オ ー ジ ェ 電 子 分 析(AES)、X 線 光 電 子 分 析(XPS)お よ び フ ー リ エ 変 換 赤 外 分 光(FT-IR)に よ り 調 べ た 。薄 膜 の 環 境 遮 断 性 に つ い て は 、窒 素 バ ブ リ ン グ に よ り 溶 存 酸 素 を 除 去 し た 温 度 303 K、5% H2SO4水 溶 液 で の 多 重 掃 引 電 流-電 位 曲 線 測 定 法（ マ ル チ ス イ ー プ サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ ン メ ト リ ー 、CVM）に よ り ア ノ ー ド 溶 解 挙 動 を 調 べ た 。掃 引 電 位 範 囲 は−0.5～+1.7 V（vs Ag/AgCl 参 照 電 極 ）で あ り 、電 位 掃 引 の 速 度 は 10 mV s-1で あ る 。
二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 耐 酸 化 性 に つ い て 調 べ る た め に 、 二 酸 化 ケ イ 素 を コ ー テ ィ ン グ し た ス テ ン レ ス 鋼 基 板 を マ ッ フ ル 炉 中 で 加 熱 し 、 大 気 中 雰 囲 気 酸 化 を 行 っ た 。 酸 化 条 件 は 、室 温 か ら 1273 Kま で 昇 温 、1273 Kで 1時 間 保 持 、室 温 ま で 炉 冷 で あ る 。そ の 後 試 料 の 表 面 形 態 を SEM に よ り 観 察 し た 。
4.3 実 験 結 果 お よ び 考 察
種 々 の 条 件 で 作 製 し た 薄 膜 の XRD 測 定 の 結 果 、 い ず れ の 薄 膜 も ア モ ル フ ァ ス ハ ー ロ ー の み が 見 ら れ 、 非 晶 質 構 造 で あ る こ と が わ か っ た 。 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 表 面 形 態 に つ い て SEM 観 察 を 行 っ た 結 果 、 平 滑 な 表 面 で あ り 、 結 晶 粒 の 形 態 は 観 察 さ れ な か っ た 。 本 研 究 に お い て 化 学 量 論 組 成 に 近 い 膜 が 生 成 し 、 高 い 成 膜 速 度 を 得 る た め の 最 適 条 件 は 、SiH4流 量 は 2.4 ccm、H2流 量 は 1.1 ccm、CO2流 量 は 2.2 ccm で あ り 、 こ の 時 の 真 空 度 は 3×10-2 Paで あ っ た 。 図 4. 3(a),(b)お よ び(c)に 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い で 作 製 し た 薄 膜 と 、加 速 電 圧 1 kVお よ び 5 kV の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 に つ い て の AESに よ る 深 さ 組 成 分 析 結 果 を 示 し て い る 。図 4. 3(a) か ら イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い で 作 製 し た 薄 膜 の 組 成 は 、SiO1.2 で あ り 、 膜 中 に 酸 素 を 供 給 す る た め に 用 い た CO2ガ ス に 起 因 す る 炭 素 が 見 ら れ る 。一 方 、図 4. 3(b)お よ び (c)か ら わ か る よ う に 、 加 速 電 圧 1お よ び 5 kV で 加 速 し た 酸 素 イ オ ン を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 に つ い て は 、 化 学 量 論 組 成 の SiO2 膜 が 得 ら れ 、 酸 素 イ オ ン ビ ー ム 照 射 に よ り 膜 中 の 炭 素 濃 度 が 大 き く 減 少 し て い る 。 こ れ に つ い て は 、Si-O 結 合 は Si-C 結 合 よ り も 安 定 な た め に 、 酸 素 イ オ ン が 炭 素 原 子 を ス パ ッ タ し 、 安 定 な Si-O 結 合 を 生 成 し た と 考 え ら れ る 。 加 速 電 圧 1 kV の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム 照 射 に よ る ス パ ッ タ の た め に 未 照 射 と 比 較 す る と 膜 厚 は 薄 く な っ て い る こ と が わ か る 。 ま た 、 加 速 電 圧 5 kV の
酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し た 薄 膜 で は さ ら に 膜 厚 が 薄 く な っ て い る も の の 、 酸 素 原 子 が ケ イ 素 原 子 と と も に 基 板 の 中 ま で 侵 入 し 、 膜 と 基 板 と の 界 面 に お い て ミ キ シ ン グ 層 を 形 成 し て い る こ と が わ か る 。
図 4. 4に 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い で 作 製 し た 薄 膜 と 、 加 速 電 圧 1 kV の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 の XPS 測 定 結 果 を 示 し て い る 。 図 4. 4(a) の イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い で 作 製 し た 薄 膜 に つ い て 、Si 2p 光 電 子 に つ い て 2 つ の ガ ウ ス 分 布 に よ り ピ ー ク 分 離 し た 結 果 、 結 合 エ ネ ル ギ ー(B.E.)100.7 eV お よ び 103.3 eVに ピ ー ク 位 置 を も つ 2つ の ピ ー ク に 分 離 す る こ と が で き る 。SiO2と Siに つ い て 得 ら れ て い る Si 2p 光 電 子 の 文 献 値 は そ れ ぞ れ 103.9 eVお よ び 99.4 eV[5]で あ り 、両 方 の ピ ー ク は そ れ ら の 中 間 に あ る 。 一 方 、 加 速 電 圧 1 kV の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 に つ い て は 、 図 4. 4(b)か ら わ か る よ う に B.E.103.9 eVに シ ン グ ル ピ ー ク が 見 ら れ た 。 こ の 値 は SiO2の 文 献 値[5]と 良 い 一 致 を 示 し て お り 、 化 学 量 論 組 成 の SiO2が 生 成 し 、 安 定 な 結 合 が で き て い る こ と が わ か る 。
図 4. 5 に 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の FT-IR 測 定 結 果 を 示 す 。酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い 薄 膜 は Si-H 結 合 に 基 づ く 吸 収 が 2140 cm-1お よ び 864 cm-1に 、Si-O結 合 に 基 づ く 吸 収 が 1032 cm-1、800 cm-1お よ び 471 cm-1に 見 ら れ て い る が 、 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 は 、Si-O結 合 に よ る 吸 収 の み が 1070 cm-1、808 cm-1、465 cm-1に 見 ら れ た 。 ま た 、 図 4. 5 か ら わ か る よ う に 、Si-O 結 合 に よ る 吸 収 の 反 値 幅 が イ オ ン 照 射 に よ り 狭 く な っ て い る 。 さ ら に 1273 K で 1時 間 加 熱 し た 後 の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い で 作 製 し た 薄 膜 は 、 未 照 射 の 試 料 に 見 ら れ た Si-H 結 合 に 基 づ く 吸 収 が 消 失 し 、Si-O結 合 に 基 づ く 吸 収 が 見 ら れ 、吸 収 位 置 は 1032 cm-1か ら 1101 cm-1 へ と 変 化 し た 。一 方 、酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 は 、Si-O結 合 の 吸 収 位 置 が 1070 cm-1か ら 1101 cm-1へ と わ ず か に 変 化 す る の み で あ っ た 。 こ の Si-O 結 合 に 基 づ く 吸 収 位 置 の シ フ ト 量 の 違 い は 、 未 照 射 の 薄 膜 に 多 く 含 ま れ て い る Si-H 結 合 の 水 素 原 子 が 加 熱 に よ り 消 失 す る た め で あ り 、 こ の た め に 膜 の 密 度 や 歪 み が 変 化 す る こ と に よ る も の と 考 え ら れ る こ と か ら 、 酸 素 イ オ ン ビ ー ム 照 射 に よ り 室 温 に お い て 熱 的 に 安 定 な 膜 が 生 成 し て い る こ と が わ か る 。
加 速 電 圧 1 kV の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 を コ ー テ ィ ン グ し た SUS316L 基 板 と 、 未 処 理 の 基 板 に つ い て の サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ モ グ ラ ム を 図 4. 6 に 示 す 。 電 位 0 V 近 傍 の 活 性 域 に お け る 鉄 の 溶 解 に 伴 う 電 流 の 増 加 は 観 察 さ れ な か っ た 。未 処 理 の 試 料 で は 、電 位 約 0.7 V 近 傍 か ら の 過 不 働 態 域 に お け る Cr2O72-お よ び CrO42-の 生 成 と 酸 素 ガ ス の 発 生 に よ る も の と 考 え ら れ る ア ノ ー ド 電 流 の 急 激 な 増 加 が 見 ら れ る 。 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 を コ ー テ ィ ン グ し た 試 料 で は 、 活 性 域 に お け る 電 流 密 度 は 、 掃 引 回 数 の 初 期 で は 非 常 に 低 く 、 電 流 密 度 は 回 数 の 増 加 に 伴 い 増 加 し た 。 図 4. 7 に 照 射 す る 酸 素 イ オ ン の 加 速 電 圧 を 変 化 さ せ て 作 製 し た 試 料 に つ い て 電 位 約 1.3 V 近 傍 の 活 性 域 に お け る ピ ー ク 電 流 密 度 の 掃 引 回 数 に よ る 変 化 を 示 し て い る 。 掃 引 回 数 の 初 期 に お い て 、 電 流 密 度 は 未 処 理 材 に 比 べ て 約 3 桁 低 い 。 最 良 の 環 境 遮 断 性 は 加 速 電 圧 1 kV の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 試 料 に つ い て 得 ら れ た 。 そ の 他 の 条 件 で 作 製 し た 薄 膜 で は 、 掃 引 回 数 70 回 ま で は 電 流 密 度 も 低 く 、 良 好 な 環 境
未 処 理 の ス テ ン レ ス 鋼 基 板 お よ び 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 を コ ー テ ィ ン グ し た ス テ ン レ ス 鋼 基 板 に つ い て 、 大 気 中 1273 Kで 10 h の 加 熱 試 験 後 の 試 料 表 面 の SEM 写 真 を 図 4.
8(a),(b)お よ び(c)に 示 す 。 図 4. 8(a)の 未 処 理 の 基 板 で は 、 高 温 で 生 成 し た 酸 化 皮 膜 に よ り 表 面 が 粗 く な っ て い る こ と が わ か る 。 図 4. 8(b)の イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い で 作 製 し た 薄 膜 で は 、 加 熱 に よ り 膜 が ほ と ん ど 剥 離 し 、 高 温 で 生 成 し た と 考 え ら れ る 基 板 の 酸 化 皮 膜 が 見 ら れ る 。 加 速 電 圧 1 kV の 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 で は 、 図 4. 8(c)に 示 す よ う に 、 膜 の 割 れ が 見 ら れ る が 表 面 の 大 部 分 に は 薄 膜 が 残 っ て お り 平 滑 な 表 面 で あ る 。
こ の よ う な 高 温 で 生 成 し た 酸 化 皮 膜 は 、 室 温 に 戻 し た 際 に 皮 膜 と 基 板 と の 熱 膨 張 係 数 差 や 加 熱 に よ る 皮 膜 の 構 造 変 化 な ど に 起 因 し 剥 離 し や す い 。 作 製 し た 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 酸 化 抑 制 効 果 に 及 ぼ す イ オ ン ビ ー ム 照 射 効 果 に つ い て は 次 の よ う に 考 え ら れ る 。 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な い で 作 製 し た 薄 膜 は 、図 4. 3(a)か ら わ か る よ う に 化 学 量 論 組 成 で は な く 、Si-H お よ び Si-C結 合 も 存 在 し て お り 、図 4. 4 お よ び 図 4. 5(b)か ら SiO2の 化 学 結 合 状 態 で は な い こ と が わ か る 。こ の 膜 を 加 熱 す る と 酸 素 の 濃 度 が 増 加 し 、 Si-H か ら Si-O 結 合 状 態 へ と 変 化 す る 。 こ れ ら の 変 化 は 膜 の 体 積 変 化 を 伴 い 、 ク ラ ッ ク が 発 生 し 基 板 表 面 か ら 膜 が 剥 離 し た も の と 考 え ら れ る 。 一 方 、 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 し な が ら 作 製 し た 薄 膜 は 、 図 4. 3(a),(b)お よ び 図 4. 4か ら 組 成 は 化 学 量 論 組 成 で あ り 、原 料 ガ ス か ら の 炭 素 が ほ と ん ど 含 有 さ れ て お ら ず 、SiO2結 合 の 安 定 し た 状 態 に な っ て い る た め 加 熱 に よ る 構 造 変 化 が 小 さ い 。 ま た 酸 素 イ オ ン ビ ー ム 照 射 に よ り 界 面 に ミ キ シ ン グ 層 が 生 成 し 、 膜 と 基 板 界 面 に お け る 混 合 層 の た め に 密 着 強 度 が 向 上 し 、 こ れ ら に よ り 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 コ ー テ ィ ン グ に よ る 耐 酸 化 の 効 果 が 得 ら れ た も の と 考 え ら れ る 。
4.4 ま と め
開 発 し た イ オ ン ビ ー ム ア シ ス ト プ ラ ズ マ CVD 装 置 に よ り 、 ア モ ル フ ァ ス 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 作 製 を 行 っ た 。 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 組 成 と 結 合 状 態 を AES、XPS お よ び FT-IR を 用 い て 調 べ た 。 ま た 金 属 に 対 す る 環 境 遮 断 性 お よ び 耐 酸 化 性 に つ い て 検 討 し た 。 そ の 結 果 は 以 下 の 通 り で あ る 。
二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 の 組 成 と 結 合 状 態 は 、CVD法 に よ る 成 膜 中 に 酸 素 イ オ ン ビ ー ム を 照 射 す る こ と に よ り 制 御 で き る 。 ま た 室 温 に お い て 水 素 お よ び 炭 素 を 含 ま な い 化 学 量 論 組 成 の 膜 が 得 ら れ た 。
エ ネ ル ギ ー1 keV の 酸 素 イ オ ン を 照 射 し な が ら 作 製 し た 試 料 に つ い て 硫 酸 水 溶 液 中 で 優 れ た 環 境 遮 断 性 が 得 ら れ た 。
金 属 基 材 の 耐 酸 化 性 に つ い て は 、 酸 素 イ オ ン を 照 射 し な が ら 作 製 し た 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 に つ い て 優 れ た 抑 制 効 果 が 得 ら れ た 。
以 上 の 本 研 究 成 果 を 用 い て 、 酸 化 雰 囲 気 に 曝 さ れ て い る 燃 焼 器 に 使 用 さ れ て い る 金 属 材 料 に 対 し 、 熱 的 に 安 定 な 二 酸 化 ケ イ 素 薄 膜 を コ ー テ ィ ン グ す る こ と に よ り 、 高 温 酸 化 に よ る 金 属 材 料 の 表 面 か ら の 損 失 を 防 止 す る こ と が で き る 。
参 考 文 献
[1] M. J. Bennett, J. Vac. Sci. Technol., B2 (1984) 800.
[2] A. A. Ansari, S. R. J. Saunders, M. J. Bennett, A. T. Tuson, C. F. Ayres and W. M.
Steen, Mater. Sci. Eng., 88 (1987) 135.
[3] M. J. Bennett, A. T. Tuson, C. F. Knights and C. F. Ayres, Mater. Sci. Technol., 5 (1989) 841.
[4] M. J. Bennett, C. F. Knights, C. F. Ayres A. T. Tuson, J. A. Desport, D. S.
Rickerby, S. R. J. Saunders and K. S. Coley, Mater. Sci. Eng., A139 (1991) 91.
[5] JEOL, Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy, Japan, 1991, p. 183.
