利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.03】【最終更新日：2023.08.03】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NR0003

利用課題名 / Title

反応性プラズマ支援成膜法により作製した窒化ホウ素膜のsp結合ナノネットワーク構造制御に関する研究

利用した実施機関 / Support Institute

奈良先端科学技術大学院大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

窒化ホウ素膜，透過型電子顕微鏡，X線光電子分光

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

濱野誉

所属名 / Affiliation

京都大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

松田崇行,朝本雄也

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

河合壯,藤原正裕,宮家和宏,河合由子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NR-202：300kV透過電子顕微鏡
NR-401：多機能走査型X線光電子分光分析装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

窒化ホウ素（BN）は，常圧相系BN（h-BN，r-BN）や高圧相系BN（c-BN，w-BN）に代表される種々の微視的構造（sp結合ナノネットワーク構造）をとりうる特異な材料である．例えば，六方晶のh-BNは2次元絶縁体材料として，立方晶のc-BNは超高硬度工具被覆材料として注目されている．高機能BN膜の作製には，組成，sp結合状態の精密制御が重要である．本研究では，我々がこれまで提案してきた反応性プラズマ支援成膜（RePAC: Reactive Plasma-Assisted Coating）法を用いて，種々のBN膜構造を作製し，電子顕微鏡観察によりナノネットワーク構造の変化を同定した．

実験 / Experimental

RePAC法では，B蒸発源を電子ビームにより加熱し，基板にB蒸気を輸送する．磁場印加型真空アーク放電により高密度N₂プラズマを生成し，Nラジカル，イオンを供給する．基板に印加する直流自己バイアス電圧により入射イオンエネルギー（E_ion）を制御し，Si基板上にBN膜を堆積した．その後透過型電子顕微鏡により膜中のナノネットワーク構造を解析した．

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1に異なるE_ionに対するナノネットワーク構造の電子回折パターンを示す．回折パターンに基づき，ナノネットワーク構造は3つの領域(i)，(ii)，(iii)に分類できる．領域(i)ではsp²結合相のみが見られ，E_ionの増加とともに最も内側の回折リングがスポット状へと変化し，これはsp²結合相のc軸の向きが変化したことを意味する．そしてE_ionの増加によりsp³:sp²混合相が形成され（領域(ii)），最も外側に回折リングが発現する．さらにE_ionを増加させると再びsp²結合相のみとなり（領域(iii)），局所的に乱された構造が確認された．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 Nano-beam diffraction patterns for various BN nano-network structures.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

濱野誉，松田崇行，朝本雄也，野間正男，長谷川繁彦，山下満，占部継一郎，江利口浩二，”ナノネットワーク構造解析に基づく微細トレンチ内の窒化ホウ素膜特性予測”，第70回応用物理学会春季学術講演会，令和5年3月17日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件