高性能のスパッタリング材料であり、主に高純金属ジルコニウム(Zr)から製造され、その優れた耐食性、低熱膨張係数と良好な核性能のため、半導体、原子力、航空宇宙、医療設備などの分野に広く応用されている。
1.特性
1)高融点と耐高温性
・Zrの融点は1852℃と高く、PVD、CVDなど高温スパッタリングプロセスに適している。
・高温環境下でも安定した機械的性質及び化学的不活性性を維持することができる。
2)優れた耐食性
・Zrは酸、アルカリ、海水などの腐食性媒体に対して非常に強い抵抗力を有し、チタン及びステンレス鋼より優れている。
・表面は緻密な酸化膜(ZrO₂)を形成しやすく、抗酸化能力をさらに強化する。
3)低熱膨張係数
・Zrの熱膨張係数は低く、精密光学素子及び半導体製造に適し、熱応力による薄膜亀裂を低減する。
4)低中性子吸収断面
・Zrの中性子吸収断面積は極めて低く(0.185 barn)、原子炉燃料ケーシングの理想的な材料となる。
5)良好な生体適合性
・Zr合金(例えばZr−Nb)は人体に毒性がなく、人工関節、歯科インプラントなどの医療インプラントに適している。
6)高純度と均一性
・工業用ジルコニウムターゲットの純度は通常≧99.9%(3 N)であり、高純度ジルコニウムターゲットは
99.95%(3N5)以上に達することができる。
・結晶粒径が均一(50μm未満)であり、薄膜堆積の安定性と一致性を確保する。
2.主な用途
1)半導体とマイクロエレクトロニクス業界
・銅相互接続障壁層:Zr薄膜は銅(Cu)のシリコン基材への拡散を防止し、集積回路の信頼性を高める。
・高誘電率(High−k)材料:トランジスタゲート構造に用いられるZrO₂薄膜は、リーク電流を低減する。
・電極材料:TFT-LCD、OLEDなどの表示パネルに用いられる電極膜。
2)原子力産業
・燃料被覆材料:Zr合金(例えばZircaloy)は原子炉燃料棒の被覆層に使用され、放射線に耐え、中性子経済性に影響を与えない。
・制御棒材料:Zr合金は核反応速度を調節するために使用することができる。
3)航空宇宙と高温コーティング
・航空エンジン部品:Zr合金はタービン翼、燃焼室などの高温部品に用いられ、耐熱性と抗酸化性を高める。
・熱バリアコーティング:ZrO₂コーティングは、高温酸化から金属基板を保護するために使用される。
4)医療設備
・人工関節と歯科インプラント:ジルコニウム合金(例えばZr−Ti、Zr−Nb)は耐摩耗性と生体適合性に優れている。
・X線ターゲット:医療画像診断装置に用いられ、安定した放射源を提供する。
5)光学と光電の分野
・反射防止フィルムと高屈折率フィルム:ZrO₂フィルムは光学レンズ、レーザー、AR/VRデバイスに使用され、透過率を向上させる。
・透明導電性フィルム:ディスプレイ、太陽電池などの光電デバイスに使用される。
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