JPH0581668B2

JPH0581668B2 -

Info

Publication number: JPH0581668B2
Application number: JP27017986A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yoshitake; Yoshimi Kubo; Hitoshi Igarashi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1993-11-15
Also published as: JPS63125663A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は高い結晶化温度を有するTa−Ｗ系非
晶質合金の製造方法に関するものである。（従来の技術）近年、各種の非晶質材料が開発され、金属材料
の分野において、多くの注目を集めている。これ
らの合金は、従来の結晶合金とは異なり、結晶構
造を持たない合金であり、その性質も従来の金属
材料にはみられないものが多く、機械的性質、耐
摩耗性、耐食性、軟磁性、電気的性質などに優れ
ているため、結晶質金属に代わりうる材料とし
て、各種の用途開発が行われ、さらに、その用途
に適した材料開発も行われている。これらの合金
は、従来、一般に、単ロール法等の液体急冷法に
よつて作製されている。（発明が解決しようとする問題点）非晶質合金の最大の問題点は、熱的に不安定な
点にある。これは非晶質状態が熱力学的に非平衡
な準安定状態であるということに由来するもの
で、非晶質合金の宿命ともいえることである。即
ち、非晶質合金は、一般に、それぞれ特有の結晶
化温度を有し、その温度を越えるとより熱的に安
定な結晶合金に変化してしまい、非晶質状態のと
きにみられた優れた諸特性が全て失われてしまう
のである。この結晶化温度は、材料によつて異な
るが、一般に、絶対温度で測定した融点の0.4〜
0.6倍程度の値をとることが知られている。従つ
て、結晶化温度の高い合金を得るためには、融点
の高い合金を非晶質化しなければならない。 Ta−Si−Ｂ合金は、融点が約2300℃以上とき
わめて高い。このため液体急冷法によつて作製さ
れたTa−Si−Ｂ系非晶質合金は、その結晶化温
度が800℃〜1000℃と非常に高く、非晶質合金の
問題点を大幅に改善することが可能となつた（特
願昭61−012385号）。さらに、このTa−Si−Ｂ系
非晶質合金は、一般の非晶質合金に特有の高強
度、高硬度などの優れた機械的性質を有している
ために、例えば、耐摩耗性材料、および、温度上
昇を伴う電極用材料などへの応用が考えられる。しかしながら、実際に前記Ta−Si−Ｂ系非晶
質合金を高温環境下で使用する場合には、経時変
化が問題となつてくるために、使用温度範囲は最
高600℃程度に限定されてしまう。さらに、液体急冷法によつて作製されるTa−
Si−Ｂ系非晶質合金は、その形状が幅数mm〜数cm
のリボン状であるために、広い面積を有する非晶
質合金を得ることができないという問題点があつ
た。さらに、ある物質の上に、前記非晶質合金を
薄膜状で形成することも、従来の液体急冷法では
できなかつた。本発明は、このような従来技術の問題点を解決
して、結晶化温度が高く、前記Ta系非晶質合金
よりもさらに高温環境に耐えることができ、か
つ、機械的特性、耐食性等にすぐれたTa−Ｗ系
非晶質合金薄膜の製造方法を提供することを目的
とする。（問題点を解決するための手段）本発明は、（Tal−xWx）１−ySiyなる式で表
され、ｘ＝0.01〜１、ｙ＝0.1〜0.4である合金を、
ターゲツト物質にイオンを衝突させ、前記ターゲ
ツト物質をガス状態で飛び出させることにより、
基板上に薄膜を形成することによつて、非晶質化
することを特徴とするTa−Ｗ系非晶質合金薄膜
の製造方法である。（作用） Ta−Ｗ−Si系合金薄膜では、後に実施例で示
すように、TaとＷ、または、Ｗが60at％〜90at
％の組成範囲で、非晶質合金ができることを本発
明者は初めて見いだした。この組成範囲をはずれ
ると非晶質構造がほとんどみられなくなり、非晶
質合金に特徴的な優れた特性がすべて消失してし
まう。また、ｘの範囲を0.01以上と限定したの
は、この範囲において、Taのみの場合、および、
Ｗを微量添加した場合よりも結晶化温度が高くな
るからである。これらの非晶質合金の結晶化温度は、その融点
の高さに対応して、いずれも1000℃以上という高
い値である。また、これらの非晶質合金の機械的
特性は、非晶質合金に一般にみられるように、高
硬度である。また、耐食性においても、Taおよ
びＷのすぐれた耐食性に匹敵するほどの耐食性を
有している。本発明による製造方法は、アルゴンガス等の気
体原子または分子を高電界または高周波電界中で
イオン化し、さらに電界によつて加速することに
より、ターゲツト表面に衝突させて、ターゲツト
物質をターゲツト表面からたたき出して、基板上
に薄膜を形成するため、大面積で、かつ、均質な
合金薄膜を形成することが出来る。また、ターゲツト物質としては、目的組成の
Ta−Ｗ−Si三元系合金、あるいは、Ta，Ｗおよ
びSiを適当な面積比で組み合わせた複合物質を利
用する。このため、得られる合金薄膜の組成は、
ターゲツト合金の組成を変化させることにより、
また、複合物質の面積比を適当に変化させること
により、容易に変化させることが出来るため、目
的とする組成の非晶質合金薄膜を容易に得ること
ができる。（実施例）以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明
する。第１図に、本発明のTa−Ｗ系非晶質合金
薄膜を作製する装置の一例を示す。第１図に示す
装置は高周波二極マグネトロンスパツタ装置であ
り、図において、１はターゲツト、２は基板であ
る。ターゲツト１は本実施例において、複合ター
ゲツトを用いた。即ち、直径100mm、厚さ５mmの
Taターゲツトのうえに、一辺10mmの正方形で厚
さ１mmのＷ、およびSiの板を適当な枚数だけおい
た。この際、Taターゲツトの上に、Ｗ、および
Siの板がなるべく均一に分布するように設定し
た。Ｗ、およびSiの枚数を変化させることによ
り、得られる合金薄膜の組成を変化させた。基板
２には、長さ50mm、幅25mmで厚さ0.2mmのガラス
を用いた。薄膜作成に際しては、最初にバルブ５を開い
て、真空チヤンバー３を真空ポンプ４によつて、
10^-7Torr台の真空まで排気する。この後、バリ
アブルリークバルブ６を開いて、アルゴンガス導
入管７よりアルゴンガスを10^-3Torr台になるま
で導入する。この状態で高周波電源８の電源を入
れることにより、スパツタを開始させる。投入電
力は500Wとした。このとき、ターゲツト１は、
冷却水導入管１０によつて水冷されている。ま
た、基板２は、液体窒素導入管１１によつて導入
された液体窒素１２によつて、室温以下に冷却さ
れている。これは、Ta−Ｗ系合金薄膜を非晶質
化するためには、水、液体窒素等の冷媒で基板を
冷却する必要があるためである。基板温度を熱電
対１４を通して、温度計１５によつて測定する
と、−180℃まで冷却されていることがわかつた。
スパツタの最初の１時間は、シヤツター９を閉じ
て、プレスパツタを行つた、本スパツタ装置は、
ターゲツトの裏側に、永久磁石１３が取り付けら
れており、これがターゲツト表面に作る磁場によ
つて、高速スパツタが行えるようになつている。
プレスパツタ終了後、シヤツター９を開いて、基
板上に薄膜を作製した。薄膜作製は、１時間行つ
た。得られた薄膜の厚さは、5μｍ程度であつた。得られたTa−Ｗ−Si合金薄膜の構造をＸ線回
折法によつて評価した。その結果、薄膜の組成で
TaとＷ、および、Ｗが60at％〜90at％の組成範
囲では、いずれの薄膜も結晶による鋭い回折ピー
クはみられず、ブロードなハローパターンが得ら
れたことから、非晶質合金薄膜が得られたことが
確認された。第１表に、示差熱分析で測定したこ
れらの試料の結晶化温度を示す。いずれの試料も
1000℃以上の高い結晶化温度を示しており、Ta
−Si−Ｂ系非晶質合金の場合よりもさらに100℃
〜200℃高い結晶化温度を有していることがわか
る。また、これらの試料は、800℃で1000時間焼
鈍した後も非晶質構造を維持しており、非常に耐
熱性の高い非晶質合金であることが判明した。さ
らに、これらの試料の機械的特性は、ビツカース
硬度が900〜1600の範囲であるという優れた性質
を示した。さらに、これらの試料は濃塩酸、濃硝
酸、濃硫酸、濃王水の中に一日放置しても何ら腐
食された様子も見られず、重量変化も認められな
かつた。

【表】

【表】なお、本実施例では、高周波二極マグネトロン
スパツタ装置によるTa−Ｗ系非晶質合金薄膜の
製造方法を紹介したが、非晶質薄膜を作製する際
に、他のスパツタ方法、即ち、通常の直流二極ス
パツタ法、高周波二極スパツタ法、三極あるいは
四極スパツタ法、バイアススパツタ法、イオンビ
ームスパツタ法、反応性スパツタ法等を利用して
もさしつかえない。（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によるTa
−Ｗ系非晶質合金薄膜の製造方法は高い結晶化温
度を有し、かつ、機械的特性、耐食性等にすぐれ
た非晶質合金薄膜が容易に得られ、その効果は大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のTa−Ｗ系非晶質合金薄膜
を作製する装置の一例を示す図である。図において、１はターゲツト、２は基板、３は
チヤンバー、４は真空ポンプ、５は真空バルブ、
６はバリアブルリークバルブ、７はアルゴンガス
導入管、８は高周波電源、９はシヤツター、１０
はターゲツト用冷却水導入管、１１は基板冷却用
液体窒素導入管、１２は液体窒素、１３は永久磁
石、１４は熱電対、１５は温度計である。

Claims

【特許請求の範囲】

１（Tal−xWx）１−ySiyなる式で表され、ｘ
＝0.01〜１、ｙ＝0.1〜0.4である組成の合金を、
ターゲツト物質にイオンを衝突させ、前記ターゲ
ツト物質をガス状態で飛び出させることにより、
基板上に薄膜を形成するスパツタ装置を用いて、
非晶質化させることを特徴とするTa−Ｗ系非晶
質合金薄膜の製造方法。