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論文

Epitaxial transformation of hcp-fcc Ti sublattices during nitriding processes of evaporated-Ti thin films due to nitrogen-implantation

Chen, Y.*; Feng, X.*; 粕壁 善隆*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

Journal of Alloys and Compounds, 577(Suppl.1), p.S18 - S24, 2013/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Physical)

本研究では、原子力機構のイオン導入型400kV電子顕微鏡を利用して、チタン蒸着膜への窒素イオン注入窒化過程におけるチタン副格子の六方最密-面心立方(hcp-fcc)構造変化を、透過型電子顕微鏡法及び電子エネルギー損失分光法によりその場観察・評価し、分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて窒化チタン薄膜の形成機構及び配向の制御性に関する知見を得てきた。本発表では、窒素イオン注入によるチタン薄膜の窒化過程と電子構造から考察したhcp-fccエピタキシャル構造変態について報告する。

論文

Characterization of epitaxial transformation phenomena induced by the interaction of implanted N-ions with Ti thin films

粕壁 善隆*; 霜田 拓悠*; Chen, Y.*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.131 - 135, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.7(Instruments & Instrumentation)

不定比化合物である窒化チタンは、チタンと窒素の組成比によって導電性が大きく変化する。新たな電子材料素材といて期待されている反面、導電性を左右するチタンの窒化物形成過程における原子レベルの結晶構造の変化と結合状態の変化の関係は十分には理解されていない。本研究では、イオン導入型400kV電子顕微鏡を利用して、エピタキシャル成長させたチタン薄膜に窒素注入を行い、その窒化過程を透過電子顕微鏡法でその場観察しながら、電子エネルギー損失分光法(EELS)による評価を行った。得られた結果を分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて調べた結果、チタン薄膜にイオン注入された窒素により引き起こされるエピタキシャル構造変態に関して、EELSの解析結果からN/Ti$$sim$$0.25以上の原子数比で窒素が注入されるとチタン副格子の六方最密充填構造(hcp)-面心立方格子構造(fcc)エピタキシャル構造変態が生じるなど、チタンの窒化過程に関して新たな知見か得られた。

論文

In-situ observation of nitriding processes of evaporated-Ti thin films due to ion implantation in an analytical transmission electron microscope

粕壁 善隆*; Chen, Y.*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 9, p.191 - 198, 2011/04

本研究では、TIARA施設のイオン導入型電子顕微鏡を用いて、窒素イオン注入法によるチタン窒化物の形成を行い、透過電子顕微鏡(TEM)及び電子エネルギー損失分光(ELLS)による結晶構造及び電子状態のその場観察を行うとともに、分子軌道計算による電子状態の理論解析を進め、原子レベルでのチタン窒化物の形成機構を調べた。窒素イオン注入時のチタン膜試料の温度を変えて実験観察を進めその解析を行った結果、イオン注入によってチタン膜中に導入される窒素の濃度やその電子構造が注入時の試料温度によって変化することがわかった。

論文

Characterization of heating and nitriding processes of titanium thin films grown on NaCl(001) substrate held at room temperature

粕壁 善隆*; 渡邉 洋平*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 7, p.625 - 632, 2009/04

不定比性化合物であるチタン窒化物は、チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで物性が変化するため次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、TIARA施設のイオン導入型電子顕微鏡を用いて、窒素イオン注入法によるチタン窒化物の形成を行い、透過電子顕微鏡法(TEM)及び電子エネルギー損失分光(ELLS)による結晶構造及び電子状態のその場観察、さらに分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて、原子レベルの結晶成長の観点からチタン窒化物の形成機構及び配向の制御性に関する知見を得てきた。本発表では、NaCl(001)基板上に形成したチタン薄膜の加熱及び窒素イオン注入による窒化過程とその内包するメカニズム、すなわち、「エピタキシャル」変態機構について報告する。

論文

Atomistic nitriding processes of titanium thin films due to nitrogen-implantation

粕壁 善隆*; 西田 晋作*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

Applied Surface Science, 254(23), p.7942 - 7946, 2008/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:35.82(Chemistry, Physical)

本研究では、原子力機構のイオン導入型電子顕微鏡を利用して、窒素イオン注入法による窒化Ti薄膜の形成過程を透過電子顕微鏡法及び電子エネルギー損失分光法でその場観察・評価し、分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて、窒化Ti薄膜の形成機構及び配向の制御性に関する知見を得てきた。本発表では、窒素イオン注入によるチタン薄膜の窒化過程と電子構造から考察した構造変態について発表する。

論文

Characterization of carbonizing processes of titanium thin films by carbon-implantation

粕壁 善隆*; 山村 力*; Wang, J. J.*; 西田 晋作*; 山本 春也; 吉川 正人

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 146, 2007/02

チタン(Ti)の炭化物は、組成により結晶構造が変化し、共有結合性,金属結合性,イオン結合性を合わせ持つ興味ある物性を示す。本研究では、炭素イオン注入法によるTi炭化物薄膜の成長素過程を透過電子顕微鏡法(TEM)でその場観察し分子軌道計算の結果と合わせて、Ti炭化物薄膜の形成機構及び制御性に関する知見を得て、新しい高機能材料作製への指針を得ることを目的とした。蒸着Ti薄膜への炭素イオン注入の結果、NaCl型TiCz(格子定数:a=0.432nm)が優先的に成長していることがわかった。さらに、hcp-Ti格子の2つの(00$$cdot$$1)面間の局所的な原子配列を引き継ぎながら、隣接する(00$$cdot$$1)面間のTi原子の8面体位置に炭素が侵入することで誘起される原子移動を伴って(001)配向TiCzが形成されることが明らかとなった。

論文

イオン注入法によるチタン薄膜の窒化機構

粕壁 善隆*; Wang, J. J.*; 山村 力*; 藤野 豐*; 山本 春也; 吉川 正人

まてりあ, 45(1), p.23 - 31, 2006/01

チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで変わる不定比化合物チタンは、次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、窒素イオン注入法による窒化Ti薄膜の形成過程を透過電子顕微鏡法(TEM)及び電子エネルギー損失分光(EELS)でその場観察し、分子軌道計算による電子状態の計算結果と併せて評価することにより、窒化Ti薄膜の形成機構及び配向の制御性に関する知見を得てきた。本報告では、窒素イオン注入によるTi薄膜の窒素化過程とそのメカニズム、すなわち、「エピタキシャル」変態機構について紹介する。

論文

Nitriding transformation of titanium thin films by nitrogen implantation

粕壁 善隆*; Wang, J. J.*; 山村 力*; 山本 春也; 藤野 豐*

Thin Solid Films, 464-465, p.180 - 184, 2004/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.27(Materials Science, Multidisciplinary)

チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで変わる不定比化合物チタンは、次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、TIARA施設のイオン導入型電子顕微鏡を用いて、窒素をイオン注入しながら組成とともに変わるチタンと窒素の結合状態のその場観察を行い、窒化チタン膜の成長機構を追求した。超高真空装置中で膜厚100nmのTi薄膜(hcp-Ti)を作製し、その薄膜を350$$^{circ}$$Cに加熱しながら62keVの窒素イオンの注入を行った。透過電子顕微鏡法で窒化チタンの成長過程を評価するとともに電子エネルギー損失分光法により電子状態を評価した。窒化による電子状態の変化をプラズモンによる損失エネルギーの評価と分子軌道計算を用いて検討した結果、窒素の注入量の増加とともにTi-Ti結合が急激に弱まり、新たにできた強いTi-N結合がhcp-fccの変態を誘起し、TiN$$_{y}$$が形成されることがわかった。

論文

In-situ transmission electron microscope observation of nitriding processes of titanium thin films by nitrogen-implantation

Wang, J. J.*; 粕壁 善隆*; 山村 力*; 山本 春也; 藤野 豐*

Thin Solid Films, 464-465, p.175 - 179, 2004/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.49(Materials Science, Multidisciplinary)

チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで変わる不定比化合物チタンは、次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、窒素をイオン注入する前のTi薄膜の昇温過程における構造変化及びイオン注入による窒化過程についてTIARA施設のイオン導入型電子顕微鏡を用いて観察を行った。超高真空装置中で膜厚100nmのTi薄膜を作製し、その薄膜を350$$^{circ}$$Cまで加熱しながら、透過電子顕微鏡法で結晶構造を評価するとともに電子エネルギー損失分光法により電子状態の評価を行った。蒸着チタン薄膜には、hcp-Tiのほかにチタン水素化物(TiH$$_{x}$$)も含まれていることがわかり、このTiH$$_{x}$$は350$$^{circ}$$Cまで加熱すると、fcc-Ti副格子の四面体位置の水素原子が脱離し、水素が脱離したfcc-Ti副格子がhcp-Tiに変態することを明らかにした。さらに、62keV窒素イオンの注入を行い、透過電子顕微鏡法により構造変化の観察を行った結果、窒素の注入量の増加とともに(001)及び(110)面に結晶配向した窒化チタンが成長することがわかった。

口頭

イオン注入法による不定比化合物チタン炭化物薄膜の成長機構

粕壁 善隆*; 山村 力*; Wang, J. J.*; 西田 晋作*; 山本 春也; 吉川 正人

no journal, , 

チタン(Ti)の炭化物,窒化物は、組成によりhcp構造からNaCl型構造に変化し、共有結合性,金属結合性,イオン結合性を合わせ持つ興味ある物性を示す。そこで本研究では、炭素イオン注入法によるTi炭化物薄膜の成長素過程を透過電子顕微鏡法(TEM)でその場観察し分子軌道計算の結果とあわせて、Ti炭化物薄膜の形成機構及び制御性に関する知見を得て、新しい高機能材料作製への指針を得ることを目的とした。蒸着Ti薄膜への炭素イオン注入の結果、NaCl型TiC$$_{z}$$(格子定数: a=0.432nm)が優先的に成長していることがわかった。さらに、hcp-Ti格子の2つの(00$$cdot$$1)面間の局所的な原子配列を引き継ぎながら、隣接する(00$$cdot$$1)面間のTi原子の8面体位置に炭素が侵入することで誘起される原子移動を伴って(001)配向TiCzが形成されることが明らかとなった。

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