ALDプロセスによる窒化チタン(TiN)薄膜の作製
とおす原子層堆積（ALD）プロセス良い窒化チタン（TiN）薄膜TiN膜は、高硬度、優れた耐摩耗性、高耐食性、低摩擦係数、高温安定性、導電性、優れた生体適合性、美観に優れた装飾性を有している。これらの優れた特性により、機械加工、電子・半導体、装飾、バイオメディカル、光学、航空宇宙など、さまざまな分野でTiN膜の用途が広がっている。ALDプロセスには、成膜速度の低下と設備コストの上昇という欠点がありますが、高品質なTiN膜の作製における利点は他の追随を許しません。
窒化チタン薄膜の特性
- 高硬度：TiN皮膜のビッカース硬度は約1800～2100HVで、優れた耐摩耗性を発揮する。
- 優れた耐摩耗性：TiN膜は、高摩擦・高摩耗環境における基材の耐摩耗性を大幅に向上させる。
- 高い耐食性：TiN膜は、特に酸性およびアルカリ性の環境において、多くの化学試薬に対して優れた耐性を持つ。
- 低摩擦係数：摩擦係数は約0.4～0.6で、摩耗を抑え、潤滑性を向上させる。
- 高温安定性：TiN膜は高温での化学的・物理的安定性に優れ、600～800℃まで耐えることができる。
- 電気伝導性：TiN膜の電気伝導性は良好で、抵抗率は約25～30μΩ・cmである。
- 優れた生体適合性：TiN膜は無毒性で生体適合性があるため、バイオメディカルコーティングに適している。
- 装飾用: TiN皮膜は黄金色の光沢を持ち、退色しにくく、一般的に装飾用コーティングに使用される。
原子層堆積（ALD）プロセス
原子層堆積法（ALD）は、自己限定的な化学反応に基づく薄膜堆積技術であり、前駆体ガスの段階的な導入によって膜の厚さと組成を精密に制御する。ALDプロセスは、高品質、超薄膜、均質なTiN膜の作製に特に適している。
ALDによるTiN薄膜作製のプロセスステップ
1.基板表面の清浄度：基板表面が清浄で、有機物や酸化物がないことを確認する。
2.前駆体導入：チタン前駆体ガスと窒素前駆体ガスを交互に導入。
- 一般的に使用されるチタン前駆体：四塩化チタン（TiCl_2084）、チタンテトライソプロポキシド（Ti(OiPr)₄）。
- よく使われる窒素前駆体：アンモニア（NH₃）、窒素（N₂）。
3.反応ステップ
- チタン前駆体の吸着：チタン前駆体は、特定の温度で反応チャンバーに導入され、基板表面に吸着する。
- パージ：過剰なチタン前駆体や副生成物を除去するための不活性ガス（窒素など）によるパージ。
- 窒素前駆体反応：窒素前駆体を導入し、基板表面に吸着したチタン前駆体と反応させて窒化チタン膜を形成する。
- 再パージ：不活性ガスでパージし、余分な窒素前駆体や副生成物を除去する。
4.サイクル蒸着：希望する膜厚になるまで、上記のステップを1層ずつ繰り返す。
バンテージ
- 膜厚の精密制御: 1回の反応につき1原子層しか蒸着されないため、膜厚の精密制御が可能。
- 高い均一性：フィルムは複雑な形状や大きな基板上でも均一に分布する。
- 低温プロセス：成膜温度が低く、温度に敏感な基板に適している。
- 高品質フィルム：緻密なフィルム、純度が高く、欠陥が少ない。
欠点
- 成膜速度が低い：1サイクルに1原子層しか成膜されず、全体的な成膜速度は遅い。
- 複雑で高価な装置：ガスの流量と温度を正確に制御する必要があり、装置コストが高い。
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