窒化チタン(TiN)膜の作製と応用

- Jan 22, 2018-

1.窒化チタン(TiN)膜の作製方法


1960年代初め、TiN薄膜の研究が始まった。 しかし、研究活動は材料や装置の難しさから低潮に転じた。 その後、薄膜の作製技術の向上に伴い、TiN薄膜の研究が盛んに行われ、作製方法が多様化している。 現在のところ、大きな進歩がありました。


物理蒸着(PVD)


電子ビーム蒸着法

現在、最も一般的に用いられる真空コーティング法は、 電子ビーム蒸着 法である 蒸着された材料の表面に電子ビームを当ててエネルギーを移動させ、次いで材料を溶融して蒸発させる方法である。 電子ビーム蒸着は、容器材料とめっき材料との反応を低減することができる、大きなエネルギー密度、高い熱効率、低い熱伝導及び放熱損失などの特性を有する。 また、TiN被膜の純度を大幅に向上させることができる。


スパッタリング法

TiN膜のマグネトロンスパッタリングには、DCマグネトロンスパッタリングとRFマグネトロンスパッタリング(セラミックTiNターゲットを使用)の2つの主要な方法があります。 最近では、非平衡マグネトロンスパッタリングと反応性スパッタリングが進められている。 これらの中でも、反応性スパッタリング法はTiN膜の製造に特有の利点があることから最も多く使用されている。 TiN膜のマグネトロンスパッタリング法は、スパッタレートが高く、基板の温度上昇が低く、膜と基板の結合力が良好で、デバイス性能が安定し、操作や制御が容易であるなどの長所があります。同時に、欠点。 例えば、堆積速度が比較的遅いと、効率が悪く、堆積コストを低減するために好ましくない。 したがって、マグネトロンスパッタリング法は、光学系やマイクロエレクトロニクスなどの高品質のTiNコーティングを必要とする分野にのみ適用されます。


アークイオンプレーティング

1980年代以来、イオンプレーティング TiNコーティング は世界中のハイテクに発展してきましたが、主な用途は高速度鋼とカーバイド工具の耐摩耗性コーティングと金色の装飾コーティングステンレス鋼製品。 イオンプレーティング技術は、20世紀の90年代に大きな進歩を遂げました。最近、最も広く使用されているアークイオンプレーティング技術(マルチアークイオンプレーティングとも呼ばれています)は、他のすべてのタイプのイオンプレーティング唯一の製造工程である窒化チタンコーティング産業となった。 アークイオンプレーティングプロセスの間、コーティングの構造および性能に影響する要因は、アーク電流、基板負バイアス、基板温度、窒素分圧、空洞圧力などである。


2. TiNコーティングの応用研究


加工産業

TiN膜は刃先の材料付着を低減し、切削力を改善し、工作物の表面品質を改善し、切削工具の耐用年数および耐久性を倍増させることができる。 したがって、TiN膜は、低速切削工具、高速度鋼切削、木材切削工具およびドリルに広く使用されている。 また、TiNは摩耗部品用の理想的な耐摩耗コーティングでもあり、その低い付着傾向は、自動車エンジンのピストンパッキンシール、様々な種類のベアリングやギヤなど、多くの摩耗システムでの用途を拡大するのに役立ちます。コーティングは、自動車の板金成形工具のような成形工具にも広く使用されている。


医療産業  

TiN膜は、軽量、高強度、優れた生体適合性を有する無毒性コーティングです。 したがって、それは非常に理想的な医療用金属材料であり、人体に埋め込まれたインプラントおよび外科用器具として使用することができる。 さらに、TiN膜は、生体適合性が良好な他の膜の補強膜として使用することができる。


航空宇宙

TiN膜は、MoS 2 潤滑剤の 耐摩耗性を改善するためにIF-MS2上にコーティングすることができる TINフィルムは、高硬度、高融点、高耐摩耗性、優れた化学的安定性などの利点を持ち、航空機や宇宙船エンジンなどの潤滑性能を向上させるためにIF-MS2に使用できます。 同時に、航空宇宙部品の高温および摩擦性能を保証することもできます。


太陽エネルギーの応用分野

高温大気中の安定した太陽光吸収層のためのTiN膜の研究は1984年に始まり、最近(Ti、Al)Nコーティングは、太陽熱選択吸収層およびソーラーコントロール窓に適用することが推奨されている。 (Ti、Al)Nコーティング。 太陽エネルギーにTiNおよびTiAlNコーティングを施工するには、まだ試作中です。


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