JPH0581669B2 - - Google Patents

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衝
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、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、結晶化温度を有し、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−ｘ（Sil−yBy）ｘなる式で表
され、ｘ＝0.1〜0.4、ｙ＝0.01〜0.99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系非晶質合金薄膜
の製造方法である。 （作用） Ta−Si−Ｂ系合金では、後に実施例で示すよ
うに、Ta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が見いだした。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、ｙの範囲を0.01
〜0.99と限定したのは、この範囲に於てて、Siま
たはＢを微量添加した場合や、いずれか一方だけ
を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800℃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
強度かつ高硬度である。また、耐食性において
も、Ta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−Si−Ｂ三元系合金、あるいは、TaとSiおよ
びＢ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SiおよびＢ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、SiおよびＢの板が、
なるべく均一に分布するように設定した。Siおよ
びＢ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50
mm、幅25mmで厚さ0.2mmのガラスを用いた。 薄膜作製に際しては、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−Si−Ｂ合金薄膜の構造をＸ線回
析法によつて評価した。その膜も結晶による鋭い
回析ピークはみられず、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
も800℃以上の高い結晶化温度を示している。こ
れらの試料の機械的特性は、ビツカース硬度が
800〜1500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
た様子は見られず、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
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 (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Tal−ｘ（Sil−yBy）ｘなる式で表され、ｘ
   ＝0.1〜0.4、ｙ＝0.01〜0.99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系非晶質合
   金薄膜の製造方法。