二硫化モリブデンスパッタ膜の硫黄対モリブデン組成比に及ぼす基板への正電圧印加の影響

摘要

Relationship between applied voltage and S/Mo ratio of molybdenum disulfide films prepared by applying various positive voltages to substrates under the sputtering condition of constant argon pressure and radio frequency (RF) power was investigated. The S/Mo ratio analyzed by EPMA increased in the range of 1.9_6 to 2.2_5 when the voltage was applied from 0 to 60 V. The S/Mo ratios measured by EPMA and those analyzed by peak separation of XPS were compared. It was confirmed that both S/Mo ratios showed good agreement with each other. Moreover, film properties such as impurity contents, density, internal stresses, crystalline orientation and interplanar spacing, which would relate to tribological performance, were clarified. Especially, Fe elements composing the substrate were detected in the films at the applied voltage of 45 V and 60 V. To confirm the status of Fe elements in the film, XPS analysis was performed. As a result, it was found that Fe elements were distributed throughout the film thickness.%二硫化モリブデンスパッタ膜は真空中での潤滑特性(摩擦寿命，摩擦係数)や耐荷重性に優れていることから宇宙機器や真空ロボット用軸受部の固体潤滑剤として実用化されている.この膜には真空中のみならず，真空ロボットの試運転などを行う大気中においても優れた潤滑特性が要求される.ところが，二硫化モリブデンスパッタ膜を大気中で使用すると湿度が高くなるにつれて摩擦寿命(以後，寿命と表記)の低下や摩擦係数の増加を招く.鈴木は大気中での摩擦により二硫化モリブデンスパッタ膜が摩耗してしまうことを懸念している.大気中での摩耗により膜厚が減少すると，実稼働時(真空中)の寿命は残された膜厚で決まる.つまり，大気中で多く摩耗すればその分だけ寿命は短くなるため，大気中における潤滑特性の改善が必要となっている.このような課題に対して二硫化モリブデンに第三元素を添加した複合膜での検討がなされている.例えば，Nainaparampilらはアルミニウムを，柿崎らはカーボンを添加した二硫化モリブデンスパッタ膜の潤滑特性を調べているが，摩擦係数が大幅に増大している.