金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法、及び該ワイヤ状突起物を備える金属材料
【課題】金属材料の表面積を大きく増加させることのできる金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法、及び該ワイヤ状突起物を備える金属材料を提供する。
【解決手段】アルゴンガス等の不活性ガスをチャンバ内に導入しながら、高周波電力の出力によりチャンバ内にプラズマを発生して、チャンバ内に設置された金属材料の表面のスパッタエッチングを行う（ステップＳ３）。これにより、金属材料の表面に円錐状突起物が形成される。さらに、アルゴンガスに加えて、水或いは水素をチャンバ内に導入しながら、引き続き、高周波電力の出力によりチャンバ内にプラズマを発生して、金属材料の表面のスパッタエッチングを行う（ステップＳ４）。これにより、金属材料の表面にワイヤ状突起物が形成される。ワイヤ状突起物は、円錐状突起物の先端から成長している。
【解決手段】アルゴンガス等の不活性ガスをチャンバ内に導入しながら、高周波電力の出力によりチャンバ内にプラズマを発生して、チャンバ内に設置された金属材料の表面のスパッタエッチングを行う（ステップＳ３）。これにより、金属材料の表面に円錐状突起物が形成される。さらに、アルゴンガスに加えて、水或いは水素をチャンバ内に導入しながら、引き続き、高周波電力の出力によりチャンバ内にプラズマを発生して、金属材料の表面のスパッタエッチングを行う（ステップＳ４）。これにより、金属材料の表面にワイヤ状突起物が形成される。ワイヤ状突起物は、円錐状突起物の先端から成長している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタエッチングにより金属材料表面にワイヤ状突起物を形成する方法、及び該ワイヤ状突起物を備える金属材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ等の電極に使用される材料として、中空状を呈するカーボンナノチューブが知られている。カーボンナノチューブは、例えば、不活性ガス雰囲気中でアーク放電によりカーボンを蒸発させた後、凝集させることで製造される（特許文献１）。
【０００３】
電極を金属材料から構成する場合には、大きな電気容量を確保するために、金属材料の表面積が大きいことが望まれる。これを実現するためには、スパッタエッチング等により、金属材料の表面に突起物を形成することが有効であると考えられる。本願発明者らは、アルゴンイオンを用いてスパッタエッチングを行うことで、金属材料の表面に、円錐状の突起物が形成されることを確認している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２８０１１６号公報
【特許文献２】特開２００６−６３３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献２に開示される円錐状の突起物は、高さが低いためアスペクト比が大きくなく、金属材料の表面積を大きく増加させるためには、よりアスペクト比の大きな突起物を金属材料の表面に形成する必要がある。
【０００６】
また特許文献１に開示される方法は、カーボンナノチューブを単体として得るものであり、材料の表面積を増加させる技術ではない。
【０００７】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、金属材料の表面積を大きく増加させることのできる金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法、及び該ワイヤ状突起物を備える金属材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法は、
不活性ガスをチャンバ内に導入しながら、高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記チャンバ内に設置された金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第１スパッタ工程と、
前記第１スパッタ工程の後に、前記不活性ガスに加えて、水或いは水素を前記チャンバ内に導入しながら、前記高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第２スパッタ工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記金属材料は、時効性金属材料であることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記第１，２スパッタ工程では、前記高周波電力が同一の大きさで出力され、
前記第２スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間を、前記第１スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間で除した値は、０．２以上０．３以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の観点にかかる金属材料は、第１の観点にかかる方法で形成されたワイヤ状突起物を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１のスパッタ工程で、円錐状突起物が形成され、第２のスパッタ工程で、円錐状突起物の先端からワイヤ状突起物が形成される。ワイヤ状突起物は、アスペクト比が極めて大きいため、ワイヤ状突起物が形成されることで、金属材料の表面積は大きく増加する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態において金属材料の表面にワイヤ状突起物を形成する処理を示すフローチャートである。
【図２】図１の処理で使用される高周波マグネトロンスパッタ装置を示す概略図である。
【図３】円錐状突起物（第１の突起物）が形成された基板の表面を、走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図４】ワイヤ状突起物（第２の突起物）が形成された基板の表面を、走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図５】円錐状突起物の底面の平均直径と、ワイヤ状突起物の平均直径との関係を示すグラフである。
【図６】円錐状突起物やワイヤ状突起物等のＸ線解析の結果を示すグラフである。
【図７】基板表面への突起物の形成メカニズムを説明するための図である。
【図８】円錐状突起物及びワイヤ状突起物を拡大して示す図及び写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態において金属材料の表面にワイヤ状突起物を形成する処理を示すフローチャートである。図２は、図１の処理で使用される高周波マグネトロンスパッタ装置１を示す概略図である。以下、図１，２を参照して、本実施の形態におけるワイヤ状突起物の形成手順について説明する。
【００１５】
まず、時効性金属材料である基板Ｋを、固溶化熱処理する（ステップＳ１）。時効性金属材料とは、合金であって、高温に加熱されることで全ての合金元素が均一に分散し、この後、急冷されて、ある温度に再び加熱されることで、一部の原子が集まり、別の相を形成する金属を言う。固溶化熱処理は、焼き入れとも呼ばれ、合金を一度高温に保持して、全ての合金元素を均一に分布させた後、急冷する操作を言う。
【００１６】
ステップＳ１では、例えば、基板Ｋは、加熱装置で加熱された後、水冷される。基板Ｋの加熱は、基板Ｋの酸化を防止する観点から、アルゴン雰囲気中で行われる。なお、予め固溶化熱処理を行なった基板Ｋを用いる場合には、ステップＳ１は省略される。
【００１７】
ステップＳ１の後では、高周波マグネトロンスパッタ装置１のチャンバ３内に、基板Ｋを設置する（ステップＳ２）。図２に示すように、高周波マグネトロンスパッタ装置１は、上述のチャンバ３と、供給管路４と、高周波電源５と、排気装置６とを有する。この高周波マグネトロンスパッタ装置１は、不活性ガスであるアルゴンガスや、蒸留水を、供給管路４を通じてチャンバ３内に供給可能であり、高周波電源５が高周波電力を出力することで、チャンバ３内にプラズマを発生する。供給管路４には、バルブ１４，１５が設けられており、バルブ１４，１５の開閉により、アルゴンガスや蒸留水の供給量が調整可能である。排気装置６は、拡散ポンプ７及び油回転式真空ポンプ８の作動により、排気管路９を通じて、チャンバ３内の気体を排出して、チャンバ３内を減圧可能である。
【００１８】
チャンバ３の内部には、試料台１０が設けられる。試料台１０には、熱伝導率の高いホルダー１１が載置され、基板Ｋは、スパッタエッチング対象の表面ａ（以下、基板表面ａ）が上を向くように、ホルダー１１に載置される。試料台１０は、水冷パイプ１２（流入側）及び水冷パイプ１３（流出側）を有しており、水冷パイプ１２，１３に冷却水が流されることで、ホルダー１１の温度は低下して、基板表面ａの反対側の面ｂ（以下、基板底面ｂ）が冷却される。
【００１９】
ステップＳ２の後では、供給管路４からアルゴンガスをチャンバ３内に導入しながら、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、チャンバ３内にプラズマを発生して、基板表面ａのスパッタエッチングを行う（ステップＳ３）。ステップＳ３のスパッタエッチングは、基板表面ａに第１の突起物Ｅが形成されるまで、時間ｔ１行われる。またステップＳ３では、水冷パイプ１２，１３に冷却水を流して、基板底面ｂを冷却することで、基板Ｋに温度勾配（基板表面ａから基板底面ｂに向けて温度が低下する勾配）が生じた状態で、スパッタエッチングが行われる。なお、ステップＳ３では、供給管路４から、蒸留水はチャンバ３内に導入されない。
【００２０】
図３は、第１の突起物Ｅが形成された基板表面ａを、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）で撮影した写真である。第１の突起物Ｅは、先端に向けて細くなる円錐状を呈しており、基板表面ａの全体に形成される。以下、第１の突起物Ｅを、円錐状突起物Ｅと記す。
【００２１】
ステップＳ３の後（時間ｔ１の経過後）では、アルゴンガスに加えて、蒸留水も供給管路４からチャンバ３内に導入しながら、引き続き、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、チャンバ３内にプラズマを発生して、基板表面ａのスパッタエッチングを行う（ステップＳ４）。ステップＳ４でも、ステップＳ３と同様に、基板Ｋに温度勾配を生じさせるため、水冷パイプ１２，１３に冷却水が流される。このステップＳ４により、基板表面ａには、第２の突起物Ｙが形成される。以上で図１の処理は終了する。
【００２２】
なお、図１の処理では、ステップＳ１とステップＳ２との間に、基板表面ａを研磨及び脱脂洗浄する工程が追加されてもよい。このようにすることで、基板表面ａに存在する酸化物・さび・凹凸・油分が除去されるため、基板表面ａのスパッタエッチング量を均一にできる。また、油分等の飛散により、基板Ｋや高周波マグネトロンスパッタ装置１が汚染されることを防止できる。
【００２３】
図４は、第２の突起物Ｙが形成された基板表面ａを、走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。図４（ａ）は、図３と同一の拡大倍率で基板表面ａを示している。図４（ｂ）は、図３の１／２の拡大倍率で基板表面ａを示している。
【００２４】
第２の突起物Ｙは、基板表面ａの一部の範囲において、円錐状突起物Ｅの先端からワイヤ状に成長するものであり、アスペクト比が大きく、導電性を有する。以下、第２の突起物Ｙを、ワイヤ状突起物Ｙと記す。
【００２５】
次に、ワイヤ状突起物Ｙが形成された金属材料の用途について説明する。
【００２６】
上述のように、ワイヤ状突起物Ｙはアスペクト比が大きいため、ワイヤ状突起物Ｙが金属材料（基板Ｋ）に形成されることで、金属材料の表面積は大きく増大する。よって、ワイヤ状突起物Ｙが形成された金属材料は、電極に用いられることで電気容量を大きく増加させることができ、電気自動車の電気二重層キャパシタ等に使用可能である。
【００２７】
また、金属材料にワイヤ状突起物Ｙが形成されることで、金属材料の電子放出面積が増大する。このため、ワイヤ状突起物Ｙが形成された金属材料は、エミッターや触媒に使用可能である。
【００２８】
また、円錐状突起物Ｅは、先端が鋭利であるとともに、硬く耐摩耗性に優れる。このため、金属材料は、円錐状突起物Ｅを備えることで、グリップローラなどの接触搬送手段として使用できる。
【００２９】
次に、ワイヤ状突起物Ｙの形成に影響を与える要因を確認するために行った試験について説明する。本試験では、複数の基板Ｋ１〜Ｋ１１を準備して、これらに対して図１の処理を行った。
【００３０】
基板Ｋ１〜Ｋ１１は、時効性金属材料であるＳＫＨ５１（ＪＩＳ）鋼を、ファインカッターでカットしたものであり、厚さが５ｍｍ、平面形状が辺の長さ１３．５ｍｍｍの正方形を呈する。表１に、ＳＫＨ５１鋼の化学成分等を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
ステップＳ１では、高周波加熱装置（セキスイ電子株式会社製：ＭＵ−１７００）を用いて、基板Ｋ１〜Ｋ１１を１３２３Ｋまで加熱して、３．６ｋｓ保持した後、水冷することで、固溶化熱処理を行った。１３２３Ｋに至るまでの昇温速度は、基板Ｋ１〜Ｋ１１の温度が常温から９７３Ｋまでの間では、５００Ｋ／ｍｉｎであり、温度が９７３Ｋから１２７３Ｋまでの間では、３００Ｋ／ｍｉｎであり、温度が１２７３Ｋから１３２３Ｋまでの間では、１００Ｋ／ｍｉｎである。
【００３３】
ステップＳ２では、高周波マグネトロンスパッタ装置１（図２）のチャンバ３内に、固溶化熱処理を行った基板Ｋ１〜Ｋ１１を設置した。本試験で用いた高周波マグネトロンスパッタ装置１は、高周波電源５の最大出力が８００Ｗであり、拡散ポンプ７及び油回転式真空ポンプ８の作動により、チャンバ３内を４．３×１０−４パスカル（Ｐａ）まで減圧可能である。
【００３４】
ステップＳ３では、まず、チャンバ３内を約４．３〜７．５×１０−４Ｐａになるまで減圧した。そして、チャンバ３内の圧力が５．０Ｐａに保持されるように、純度９９．９９９％のアルゴンガスを、約５．７ｓｃｃｍの流量で、チャンバ３内に導入しながら、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、基板Ｋ１〜Ｋ１１のスパッタエッチングを行った。
【００３５】
ステップＳ４では、アルゴンガスに加えて、蒸留水をチャンバ３内に導入しながら、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、基板Ｋ１〜Ｋ１１のスパッタエッチングを行った。
【００３６】
表２に、本試験におけるステップＳ３，４の条件や、ステップＳ３，４で形成された円錐状突起物Ｅやワイヤ状突起物Ｙの形状に関するデータ等を示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
ステップＳ３の高周波電力Ｐの出力は、基板Ｋ１〜Ｋ９については、５００Ｗに設定し、基板Ｋ１０，Ｋ１１については、３００Ｗに設定した。
【００３９】
ステップＳ３のスパッタエッチング時間ｔ１は、基板Ｋ２〜Ｋ６及びＫ９，Ｋ１０については、２．０ｋｓ以上３．０ｋｓ以下の範囲内に設定し、基板Ｋ１については、２．０ｋｓよりも短い時間（１．８ｋｓ）に設定し、基板Ｋ７，Ｋ８，Ｋ１１については、３．０Ｋｓよりも長い時間（３．２ｋｓ〜３．３ｋｓ）に設定した。
【００４０】
ステップＳ４における蒸留水の流量ＱＨ２Ｏは、基板Ｋ１〜Ｋ５及びＫ７〜Ｋ１１については、３．０ｍｌ／ｍｉｎに設定し、基板Ｋ６については、１５．０ｍｌ／ｍｉｎに設定した。
【００４１】
ステップＳ４の高周波電力Ｐの出力は、基板Ｋ１〜Ｋ９については、ステップＳ３と同一の値（５００Ｗ）に設定し、基板Ｋ１０，Ｋ１１については、ステップＳ３の値から変更させた（３００Ｗ→５００Ｗ）。
【００４２】
ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２は、基板Ｋ１〜Ｋ７及びＫ１０，Ｋ１１については、０．６ｋｓに設定し、基板Ｋ８については、０．３４ｋｓに設定し、基板Ｋ９については、０．３ｋｓに設定した。
【００４３】
ステップＳ３，Ｓ４でスパッタエッチングを行った後、基板Ｋ１〜Ｋ１１の表面ａを、走査型電子顕微鏡の撮影写真により観察した。この結果、基板Ｋ１〜Ｋ９には、円錐状突起物Ｅが形成されていた。
【００４４】
円錐状突起物Ｅは、平均高さｈｒが、０．２７μｍ以上１．１５μｍ以下であり、底面の平均直径ｄｒが、０．２３μｍ以上１．０２μｍ以下であった。
【００４５】
基板Ｋ２〜Ｋ６には、円錐状突起物Ｅに加えて、ワイヤ状突起物Ｙも形成されていた。また、円錐状突起物Ｅが形成されず、ワイヤ状突起物Ｙのみ形成された基板Ｋは存在しなかった。このことから、円錐状突起物Ｅが形成される場合に、ワイヤ状突起物Ｙは形成されるものと考えられる。
【００４６】
ワイヤ状突起物Ｙは、円錐状突起物Ｅの先端から成長しており、平均長さｌｗが１．１６μｍ〜５．７９μｍ、平均直径ｄｗが０．２１μｍ以上１．４４μｍ以下であり、アスペクト比が極めて大きかった。基板Ｋ２及びＫ４〜Ｋ６に形成されたワイヤ状突起物Ｙは、全て直径がマイクロメータ（μm）サイズであった。基板Ｋ３では、直径がマイクロメータ（μm）サイズのワイヤ状突起物Ｙの他に、直径がナノメータ（ｎｍ）サイズのワイヤ状突起物Ｙも形成されていた。
【００４７】
図５は、円錐状突起物Ｅの底面の平均直径ｄｒと、ワイヤ状突起物Ｙの平均直径ｄｗとの関係を示すグラフである。円錐状突起物Ｅ及びワイヤ状突起物Ｙの両方が形成された基板Ｋ２〜Ｋ６のうち、ワイヤ状突起物Ｙの平均直径ｄｗが、円錐状突起物Ｅの底面の平均直径ｄｒの０．７５倍よりも小さい基板Ｋは、存在しなかった。このことから、円錐状突起物Ｅの寸法は、ワイヤ状突起物Ｙの太さに影響を与えると考えられる。
【００４８】
ワイヤ状突起物Ｙが形成されずに、円錐状突起物Ｅのみが形成された基板Ｋ７〜Ｋ９では、突起物の形成による表面積の増加率ΔＳが、最大２３．５２％であった（基板Ｋ８のデータ参照）。一方、ワイヤ状突起物Ｙも形成された基板Ｋ２〜Ｋ６では、突起物の形成による表面積の増加率ΔＳが、最大３９．９３％であった（基板Ｋ５のデータ参照）。このことから、ワイヤ状突起物Ｙが形成される場合には、円錐状突起物Ｅのみが形成される場合に比して、金属材料（基板Ｋ）の表面積が増加することが確認された。
【００４９】
円錐状突起物Ｅやワイヤ状突起物Ｙの成分を確認するため、Ｘ線解析や、電子線マイクロアナライザ（Electron Probe MicroAnalyser ）による解析（以下、ＥＰＭＡ解析）を行った。図６は、円錐状突起物Ｅやワイヤ状突起物Ｙ等のＸ線解析の結果を示すグラフである。
【００５０】
ワイヤ状突起物Ｙ、円錐状突起物Ｅ、基板Ｋとも、２θ＝４３°、６３°、８２°、９７°、１１７°でピークが確認された。また、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅでは、２θ＝１１４°でも、ピークが確認された。この２θ＝１１４°のピークは、ＣｒＣによるピークに相当する。また、ＥＰＭＡ解析では、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅから、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの成分が検出された。以上の解析結果から、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅは、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｖを多少含有したＣｒＣからなると考えられる。
【００５１】
以上の試験結果に基づき、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅの形成メカニズムは、次のように考えられる。図７は、基板表面ａへの突起物の形成メカニズムを説明するための図である。図８は、円錐状突起物Ｅ及びワイヤ状突起物Ｙを拡大して示す図及び写真である。図８（ａ）は、図７（ｃ）のＡ範囲の拡大図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す状態が撮影された写真である。
【００５２】
図１のステップＳ３で、チャンバ３内にアルゴンガスを導入しながら、スパッタエッチングを行う過程では、基板表面ａがＡｒ＋によりスパッタエッチングされるとともに、基板Ｋに生じる温度勾配により、基板Ｋの内部に溶け込んでいる炭素が基板表面ａに供給される（図７（ａ））。これにより、基板表面ａに炭化物が析出して成長することで、円錐状突起物Ｅが形成される（図７（ｂ））。
【００５３】
図２のステップＳ４で、アルゴンガスに加えて、蒸留水もチャンバ３内に導入しながら、スパッタエッチングを行う過程では、基板表面ａは、Ａｒ＋とＨ＋によりスパッタエッチングされる（図７（ｃ））。Ｈ＋は、Ａｒ＋よりもスパッタ率が小さいので、ステップＳ４では、ステップＳ３に比して、スパッタによる基板Ｋの厚さの減少量（スパッタ量）は小さく抑えられる。これにより、基板底面ｂから基板表面ａに至る熱伝導距離ｄがほぼ一定に保たれるため、底面ｂの冷却により、表面ａに生じる温度低下は小さく抑えられる。この状況で、円錐状突起物Ｅの先端が、プラズマの集中により選択的に加熱されることで、円錐状突起物Ｅの先端から炭化物が成長して、ワイヤ状突起物Ｙが形成される（図８）。ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２が長くなることに応じて、ワイヤ状突起物Ｙは成長して、ワイヤ状突起物Ｙの長さｌｗや直径ｄｗは増加するものと推定される（図７（ｂ）→図７（ｃ））。
【００５４】
なお表２に示すように、ワイヤ状突起物Ｙが形成された基板Ｋ２〜Ｋ６は、ステップＳ３，Ｓ４で出力される高周波電力Ｐが、いずれも５００Ｗに設定され、ステップＳ３のスパッタエッチング時間ｔ１が２．０〜３．０ｋｓに設定され、ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２が０．６ｋｓに設定されたものである。これに基づき、ステップＳ３，４で出力する高周波電力Ｐを同一の大きさにして、さらに、スパッタエッチング時間ｔ２をスパッタエッチング時間ｔ１で除した値ｔ２／ｔ１が、０．２以上０．３以下になるように、スパッタエッチング時間ｔ１，ｔ２を調整することで、ワイヤ状突起物Ｙを確実に形成できるものと考えられる。
【００５５】
ここで上記実施の形態では、チャンバ３内に供給する不活性ガスとしてアルゴンガスを用いる場合を示したが、アルゴンガスに限らず、クリプトンガス、ネオンガス、キセノンガス、ラドンガス等の不活性ガスが、チャンバ３内に供給されてもよい。これら不活性ガスのイオンも、Ａｒ＋と同様、Ｈ＋に比してスパッタ率が大きいものであり、上記不活性ガスを用いる場合にも、図７と同様のメカニズムで、ワイヤ状突起物Ｙが形成される。
【００５６】
また、水素ガスをチャンバ３内に導入しても、チャンバ３内にＨ＋が生じると考えられたため、ステップＳ４で、蒸留水の代わりに、水素ガスをチャンバ３内に導入する試験を行った。本試験でも、図２の高周波マグネトロンスパッタ装置１を用いており、水素ガスを供給管路４を通じてチャンバ３内に供給した。また本試験では、バルブ１４，１５の開閉により、チャンバ３内に導入するアルゴンガスや水素ガスの流量を調整することで、チャンバ３内の圧力が５．０Ｐａになり、このうち、水素ガスの分圧が３．３Ｐａになり、アルゴンガスの分圧が１．７Ｐａになるように制御した。
【００５７】
試験の結果、蒸留水を導入する場合にワイヤ状突起物Ｙが形成される条件下、つまり、ステップＳ３，４で出力される高周波電力が同一であり（例えば、ステップＳ３，４の高周波電力が５００Ｗ）、ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２を、ステップＳ３のスパッタエッチング時間ｔ１で除した値ｔ２／ｔ１が、０．２以上０．３以下になる条件下（例えば、時間ｔ１が２ｋｓ〜３ｋｓ、時間ｔ２が０．６ｋｓ）では、ワイヤ状突起物Ｙが形成されることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によりワイヤ状突起物が形成された金属材料は、電気自動車用の電気二重層キャパシタ、蓄電池用電極、蛍光灯やプラズマテレビのエミッター、コーティングの中間層、グリップローラなどの接触搬送手段に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 高周波マグネトロンスパッタ装置
３ チャンバ
４ 供給管路
５ 高周波電源
６ 排気装置
７ 拡散ポンプ
８ 油回転式真空ポンプ
９ 排気管路
１０ 試料台
１１ ホルダー
１２，１３ 水冷パイプ
１４，１５ バルブ
Ｅ 第１の突起物（円錐状突起物）
Ｙ 第２の突起物（ワイヤ状突起物）
Ｋ，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８，Ｋ９，Ｋ１０，Ｋ１１ 基板
ｔ１ 第１スパッタ工程でスパッタエッチングを行う時間
ｔ２ 第２スパッタ工程でスパッタエッチングを行う時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタエッチングにより金属材料表面にワイヤ状突起物を形成する方法、及び該ワイヤ状突起物を備える金属材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ等の電極に使用される材料として、中空状を呈するカーボンナノチューブが知られている。カーボンナノチューブは、例えば、不活性ガス雰囲気中でアーク放電によりカーボンを蒸発させた後、凝集させることで製造される（特許文献１）。
【０００３】
電極を金属材料から構成する場合には、大きな電気容量を確保するために、金属材料の表面積が大きいことが望まれる。これを実現するためには、スパッタエッチング等により、金属材料の表面に突起物を形成することが有効であると考えられる。本願発明者らは、アルゴンイオンを用いてスパッタエッチングを行うことで、金属材料の表面に、円錐状の突起物が形成されることを確認している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２８０１１６号公報
【特許文献２】特開２００６−６３３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献２に開示される円錐状の突起物は、高さが低いためアスペクト比が大きくなく、金属材料の表面積を大きく増加させるためには、よりアスペクト比の大きな突起物を金属材料の表面に形成する必要がある。
【０００６】
また特許文献１に開示される方法は、カーボンナノチューブを単体として得るものであり、材料の表面積を増加させる技術ではない。
【０００７】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、金属材料の表面積を大きく増加させることのできる金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法、及び該ワイヤ状突起物を備える金属材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法は、
不活性ガスをチャンバ内に導入しながら、高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記チャンバ内に設置された金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第１スパッタ工程と、
前記第１スパッタ工程の後に、前記不活性ガスに加えて、水或いは水素を前記チャンバ内に導入しながら、前記高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第２スパッタ工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記金属材料は、時効性金属材料であることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記第１，２スパッタ工程では、前記高周波電力が同一の大きさで出力され、
前記第２スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間を、前記第１スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間で除した値は、０．２以上０．３以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の観点にかかる金属材料は、第１の観点にかかる方法で形成されたワイヤ状突起物を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１のスパッタ工程で、円錐状突起物が形成され、第２のスパッタ工程で、円錐状突起物の先端からワイヤ状突起物が形成される。ワイヤ状突起物は、アスペクト比が極めて大きいため、ワイヤ状突起物が形成されることで、金属材料の表面積は大きく増加する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態において金属材料の表面にワイヤ状突起物を形成する処理を示すフローチャートである。
【図２】図１の処理で使用される高周波マグネトロンスパッタ装置を示す概略図である。
【図３】円錐状突起物（第１の突起物）が形成された基板の表面を、走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図４】ワイヤ状突起物（第２の突起物）が形成された基板の表面を、走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図５】円錐状突起物の底面の平均直径と、ワイヤ状突起物の平均直径との関係を示すグラフである。
【図６】円錐状突起物やワイヤ状突起物等のＸ線解析の結果を示すグラフである。
【図７】基板表面への突起物の形成メカニズムを説明するための図である。
【図８】円錐状突起物及びワイヤ状突起物を拡大して示す図及び写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態において金属材料の表面にワイヤ状突起物を形成する処理を示すフローチャートである。図２は、図１の処理で使用される高周波マグネトロンスパッタ装置１を示す概略図である。以下、図１，２を参照して、本実施の形態におけるワイヤ状突起物の形成手順について説明する。
【００１５】
まず、時効性金属材料である基板Ｋを、固溶化熱処理する（ステップＳ１）。時効性金属材料とは、合金であって、高温に加熱されることで全ての合金元素が均一に分散し、この後、急冷されて、ある温度に再び加熱されることで、一部の原子が集まり、別の相を形成する金属を言う。固溶化熱処理は、焼き入れとも呼ばれ、合金を一度高温に保持して、全ての合金元素を均一に分布させた後、急冷する操作を言う。
【００１６】
ステップＳ１では、例えば、基板Ｋは、加熱装置で加熱された後、水冷される。基板Ｋの加熱は、基板Ｋの酸化を防止する観点から、アルゴン雰囲気中で行われる。なお、予め固溶化熱処理を行なった基板Ｋを用いる場合には、ステップＳ１は省略される。
【００１７】
ステップＳ１の後では、高周波マグネトロンスパッタ装置１のチャンバ３内に、基板Ｋを設置する（ステップＳ２）。図２に示すように、高周波マグネトロンスパッタ装置１は、上述のチャンバ３と、供給管路４と、高周波電源５と、排気装置６とを有する。この高周波マグネトロンスパッタ装置１は、不活性ガスであるアルゴンガスや、蒸留水を、供給管路４を通じてチャンバ３内に供給可能であり、高周波電源５が高周波電力を出力することで、チャンバ３内にプラズマを発生する。供給管路４には、バルブ１４，１５が設けられており、バルブ１４，１５の開閉により、アルゴンガスや蒸留水の供給量が調整可能である。排気装置６は、拡散ポンプ７及び油回転式真空ポンプ８の作動により、排気管路９を通じて、チャンバ３内の気体を排出して、チャンバ３内を減圧可能である。
【００１８】
チャンバ３の内部には、試料台１０が設けられる。試料台１０には、熱伝導率の高いホルダー１１が載置され、基板Ｋは、スパッタエッチング対象の表面ａ（以下、基板表面ａ）が上を向くように、ホルダー１１に載置される。試料台１０は、水冷パイプ１２（流入側）及び水冷パイプ１３（流出側）を有しており、水冷パイプ１２，１３に冷却水が流されることで、ホルダー１１の温度は低下して、基板表面ａの反対側の面ｂ（以下、基板底面ｂ）が冷却される。
【００１９】
ステップＳ２の後では、供給管路４からアルゴンガスをチャンバ３内に導入しながら、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、チャンバ３内にプラズマを発生して、基板表面ａのスパッタエッチングを行う（ステップＳ３）。ステップＳ３のスパッタエッチングは、基板表面ａに第１の突起物Ｅが形成されるまで、時間ｔ１行われる。またステップＳ３では、水冷パイプ１２，１３に冷却水を流して、基板底面ｂを冷却することで、基板Ｋに温度勾配（基板表面ａから基板底面ｂに向けて温度が低下する勾配）が生じた状態で、スパッタエッチングが行われる。なお、ステップＳ３では、供給管路４から、蒸留水はチャンバ３内に導入されない。
【００２０】
図３は、第１の突起物Ｅが形成された基板表面ａを、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）で撮影した写真である。第１の突起物Ｅは、先端に向けて細くなる円錐状を呈しており、基板表面ａの全体に形成される。以下、第１の突起物Ｅを、円錐状突起物Ｅと記す。
【００２１】
ステップＳ３の後（時間ｔ１の経過後）では、アルゴンガスに加えて、蒸留水も供給管路４からチャンバ３内に導入しながら、引き続き、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、チャンバ３内にプラズマを発生して、基板表面ａのスパッタエッチングを行う（ステップＳ４）。ステップＳ４でも、ステップＳ３と同様に、基板Ｋに温度勾配を生じさせるため、水冷パイプ１２，１３に冷却水が流される。このステップＳ４により、基板表面ａには、第２の突起物Ｙが形成される。以上で図１の処理は終了する。
【００２２】
なお、図１の処理では、ステップＳ１とステップＳ２との間に、基板表面ａを研磨及び脱脂洗浄する工程が追加されてもよい。このようにすることで、基板表面ａに存在する酸化物・さび・凹凸・油分が除去されるため、基板表面ａのスパッタエッチング量を均一にできる。また、油分等の飛散により、基板Ｋや高周波マグネトロンスパッタ装置１が汚染されることを防止できる。
【００２３】
図４は、第２の突起物Ｙが形成された基板表面ａを、走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。図４（ａ）は、図３と同一の拡大倍率で基板表面ａを示している。図４（ｂ）は、図３の１／２の拡大倍率で基板表面ａを示している。
【００２４】
第２の突起物Ｙは、基板表面ａの一部の範囲において、円錐状突起物Ｅの先端からワイヤ状に成長するものであり、アスペクト比が大きく、導電性を有する。以下、第２の突起物Ｙを、ワイヤ状突起物Ｙと記す。
【００２５】
次に、ワイヤ状突起物Ｙが形成された金属材料の用途について説明する。
【００２６】
上述のように、ワイヤ状突起物Ｙはアスペクト比が大きいため、ワイヤ状突起物Ｙが金属材料（基板Ｋ）に形成されることで、金属材料の表面積は大きく増大する。よって、ワイヤ状突起物Ｙが形成された金属材料は、電極に用いられることで電気容量を大きく増加させることができ、電気自動車の電気二重層キャパシタ等に使用可能である。
【００２７】
また、金属材料にワイヤ状突起物Ｙが形成されることで、金属材料の電子放出面積が増大する。このため、ワイヤ状突起物Ｙが形成された金属材料は、エミッターや触媒に使用可能である。
【００２８】
また、円錐状突起物Ｅは、先端が鋭利であるとともに、硬く耐摩耗性に優れる。このため、金属材料は、円錐状突起物Ｅを備えることで、グリップローラなどの接触搬送手段として使用できる。
【００２９】
次に、ワイヤ状突起物Ｙの形成に影響を与える要因を確認するために行った試験について説明する。本試験では、複数の基板Ｋ１〜Ｋ１１を準備して、これらに対して図１の処理を行った。
【００３０】
基板Ｋ１〜Ｋ１１は、時効性金属材料であるＳＫＨ５１（ＪＩＳ）鋼を、ファインカッターでカットしたものであり、厚さが５ｍｍ、平面形状が辺の長さ１３．５ｍｍｍの正方形を呈する。表１に、ＳＫＨ５１鋼の化学成分等を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
ステップＳ１では、高周波加熱装置（セキスイ電子株式会社製：ＭＵ−１７００）を用いて、基板Ｋ１〜Ｋ１１を１３２３Ｋまで加熱して、３．６ｋｓ保持した後、水冷することで、固溶化熱処理を行った。１３２３Ｋに至るまでの昇温速度は、基板Ｋ１〜Ｋ１１の温度が常温から９７３Ｋまでの間では、５００Ｋ／ｍｉｎであり、温度が９７３Ｋから１２７３Ｋまでの間では、３００Ｋ／ｍｉｎであり、温度が１２７３Ｋから１３２３Ｋまでの間では、１００Ｋ／ｍｉｎである。
【００３３】
ステップＳ２では、高周波マグネトロンスパッタ装置１（図２）のチャンバ３内に、固溶化熱処理を行った基板Ｋ１〜Ｋ１１を設置した。本試験で用いた高周波マグネトロンスパッタ装置１は、高周波電源５の最大出力が８００Ｗであり、拡散ポンプ７及び油回転式真空ポンプ８の作動により、チャンバ３内を４．３×１０−４パスカル（Ｐａ）まで減圧可能である。
【００３４】
ステップＳ３では、まず、チャンバ３内を約４．３〜７．５×１０−４Ｐａになるまで減圧した。そして、チャンバ３内の圧力が５．０Ｐａに保持されるように、純度９９．９９９％のアルゴンガスを、約５．７ｓｃｃｍの流量で、チャンバ３内に導入しながら、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、基板Ｋ１〜Ｋ１１のスパッタエッチングを行った。
【００３５】
ステップＳ４では、アルゴンガスに加えて、蒸留水をチャンバ３内に導入しながら、高周波電源５に高周波電力を出力させることで、基板Ｋ１〜Ｋ１１のスパッタエッチングを行った。
【００３６】
表２に、本試験におけるステップＳ３，４の条件や、ステップＳ３，４で形成された円錐状突起物Ｅやワイヤ状突起物Ｙの形状に関するデータ等を示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
ステップＳ３の高周波電力Ｐの出力は、基板Ｋ１〜Ｋ９については、５００Ｗに設定し、基板Ｋ１０，Ｋ１１については、３００Ｗに設定した。
【００３９】
ステップＳ３のスパッタエッチング時間ｔ１は、基板Ｋ２〜Ｋ６及びＫ９，Ｋ１０については、２．０ｋｓ以上３．０ｋｓ以下の範囲内に設定し、基板Ｋ１については、２．０ｋｓよりも短い時間（１．８ｋｓ）に設定し、基板Ｋ７，Ｋ８，Ｋ１１については、３．０Ｋｓよりも長い時間（３．２ｋｓ〜３．３ｋｓ）に設定した。
【００４０】
ステップＳ４における蒸留水の流量ＱＨ２Ｏは、基板Ｋ１〜Ｋ５及びＫ７〜Ｋ１１については、３．０ｍｌ／ｍｉｎに設定し、基板Ｋ６については、１５．０ｍｌ／ｍｉｎに設定した。
【００４１】
ステップＳ４の高周波電力Ｐの出力は、基板Ｋ１〜Ｋ９については、ステップＳ３と同一の値（５００Ｗ）に設定し、基板Ｋ１０，Ｋ１１については、ステップＳ３の値から変更させた（３００Ｗ→５００Ｗ）。
【００４２】
ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２は、基板Ｋ１〜Ｋ７及びＫ１０，Ｋ１１については、０．６ｋｓに設定し、基板Ｋ８については、０．３４ｋｓに設定し、基板Ｋ９については、０．３ｋｓに設定した。
【００４３】
ステップＳ３，Ｓ４でスパッタエッチングを行った後、基板Ｋ１〜Ｋ１１の表面ａを、走査型電子顕微鏡の撮影写真により観察した。この結果、基板Ｋ１〜Ｋ９には、円錐状突起物Ｅが形成されていた。
【００４４】
円錐状突起物Ｅは、平均高さｈｒが、０．２７μｍ以上１．１５μｍ以下であり、底面の平均直径ｄｒが、０．２３μｍ以上１．０２μｍ以下であった。
【００４５】
基板Ｋ２〜Ｋ６には、円錐状突起物Ｅに加えて、ワイヤ状突起物Ｙも形成されていた。また、円錐状突起物Ｅが形成されず、ワイヤ状突起物Ｙのみ形成された基板Ｋは存在しなかった。このことから、円錐状突起物Ｅが形成される場合に、ワイヤ状突起物Ｙは形成されるものと考えられる。
【００４６】
ワイヤ状突起物Ｙは、円錐状突起物Ｅの先端から成長しており、平均長さｌｗが１．１６μｍ〜５．７９μｍ、平均直径ｄｗが０．２１μｍ以上１．４４μｍ以下であり、アスペクト比が極めて大きかった。基板Ｋ２及びＫ４〜Ｋ６に形成されたワイヤ状突起物Ｙは、全て直径がマイクロメータ（μm）サイズであった。基板Ｋ３では、直径がマイクロメータ（μm）サイズのワイヤ状突起物Ｙの他に、直径がナノメータ（ｎｍ）サイズのワイヤ状突起物Ｙも形成されていた。
【００４７】
図５は、円錐状突起物Ｅの底面の平均直径ｄｒと、ワイヤ状突起物Ｙの平均直径ｄｗとの関係を示すグラフである。円錐状突起物Ｅ及びワイヤ状突起物Ｙの両方が形成された基板Ｋ２〜Ｋ６のうち、ワイヤ状突起物Ｙの平均直径ｄｗが、円錐状突起物Ｅの底面の平均直径ｄｒの０．７５倍よりも小さい基板Ｋは、存在しなかった。このことから、円錐状突起物Ｅの寸法は、ワイヤ状突起物Ｙの太さに影響を与えると考えられる。
【００４８】
ワイヤ状突起物Ｙが形成されずに、円錐状突起物Ｅのみが形成された基板Ｋ７〜Ｋ９では、突起物の形成による表面積の増加率ΔＳが、最大２３．５２％であった（基板Ｋ８のデータ参照）。一方、ワイヤ状突起物Ｙも形成された基板Ｋ２〜Ｋ６では、突起物の形成による表面積の増加率ΔＳが、最大３９．９３％であった（基板Ｋ５のデータ参照）。このことから、ワイヤ状突起物Ｙが形成される場合には、円錐状突起物Ｅのみが形成される場合に比して、金属材料（基板Ｋ）の表面積が増加することが確認された。
【００４９】
円錐状突起物Ｅやワイヤ状突起物Ｙの成分を確認するため、Ｘ線解析や、電子線マイクロアナライザ（Electron Probe MicroAnalyser ）による解析（以下、ＥＰＭＡ解析）を行った。図６は、円錐状突起物Ｅやワイヤ状突起物Ｙ等のＸ線解析の結果を示すグラフである。
【００５０】
ワイヤ状突起物Ｙ、円錐状突起物Ｅ、基板Ｋとも、２θ＝４３°、６３°、８２°、９７°、１１７°でピークが確認された。また、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅでは、２θ＝１１４°でも、ピークが確認された。この２θ＝１１４°のピークは、ＣｒＣによるピークに相当する。また、ＥＰＭＡ解析では、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅから、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの成分が検出された。以上の解析結果から、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅは、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｖを多少含有したＣｒＣからなると考えられる。
【００５１】
以上の試験結果に基づき、ワイヤ状突起物Ｙや円錐状突起物Ｅの形成メカニズムは、次のように考えられる。図７は、基板表面ａへの突起物の形成メカニズムを説明するための図である。図８は、円錐状突起物Ｅ及びワイヤ状突起物Ｙを拡大して示す図及び写真である。図８（ａ）は、図７（ｃ）のＡ範囲の拡大図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す状態が撮影された写真である。
【００５２】
図１のステップＳ３で、チャンバ３内にアルゴンガスを導入しながら、スパッタエッチングを行う過程では、基板表面ａがＡｒ＋によりスパッタエッチングされるとともに、基板Ｋに生じる温度勾配により、基板Ｋの内部に溶け込んでいる炭素が基板表面ａに供給される（図７（ａ））。これにより、基板表面ａに炭化物が析出して成長することで、円錐状突起物Ｅが形成される（図７（ｂ））。
【００５３】
図２のステップＳ４で、アルゴンガスに加えて、蒸留水もチャンバ３内に導入しながら、スパッタエッチングを行う過程では、基板表面ａは、Ａｒ＋とＨ＋によりスパッタエッチングされる（図７（ｃ））。Ｈ＋は、Ａｒ＋よりもスパッタ率が小さいので、ステップＳ４では、ステップＳ３に比して、スパッタによる基板Ｋの厚さの減少量（スパッタ量）は小さく抑えられる。これにより、基板底面ｂから基板表面ａに至る熱伝導距離ｄがほぼ一定に保たれるため、底面ｂの冷却により、表面ａに生じる温度低下は小さく抑えられる。この状況で、円錐状突起物Ｅの先端が、プラズマの集中により選択的に加熱されることで、円錐状突起物Ｅの先端から炭化物が成長して、ワイヤ状突起物Ｙが形成される（図８）。ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２が長くなることに応じて、ワイヤ状突起物Ｙは成長して、ワイヤ状突起物Ｙの長さｌｗや直径ｄｗは増加するものと推定される（図７（ｂ）→図７（ｃ））。
【００５４】
なお表２に示すように、ワイヤ状突起物Ｙが形成された基板Ｋ２〜Ｋ６は、ステップＳ３，Ｓ４で出力される高周波電力Ｐが、いずれも５００Ｗに設定され、ステップＳ３のスパッタエッチング時間ｔ１が２．０〜３．０ｋｓに設定され、ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２が０．６ｋｓに設定されたものである。これに基づき、ステップＳ３，４で出力する高周波電力Ｐを同一の大きさにして、さらに、スパッタエッチング時間ｔ２をスパッタエッチング時間ｔ１で除した値ｔ２／ｔ１が、０．２以上０．３以下になるように、スパッタエッチング時間ｔ１，ｔ２を調整することで、ワイヤ状突起物Ｙを確実に形成できるものと考えられる。
【００５５】
ここで上記実施の形態では、チャンバ３内に供給する不活性ガスとしてアルゴンガスを用いる場合を示したが、アルゴンガスに限らず、クリプトンガス、ネオンガス、キセノンガス、ラドンガス等の不活性ガスが、チャンバ３内に供給されてもよい。これら不活性ガスのイオンも、Ａｒ＋と同様、Ｈ＋に比してスパッタ率が大きいものであり、上記不活性ガスを用いる場合にも、図７と同様のメカニズムで、ワイヤ状突起物Ｙが形成される。
【００５６】
また、水素ガスをチャンバ３内に導入しても、チャンバ３内にＨ＋が生じると考えられたため、ステップＳ４で、蒸留水の代わりに、水素ガスをチャンバ３内に導入する試験を行った。本試験でも、図２の高周波マグネトロンスパッタ装置１を用いており、水素ガスを供給管路４を通じてチャンバ３内に供給した。また本試験では、バルブ１４，１５の開閉により、チャンバ３内に導入するアルゴンガスや水素ガスの流量を調整することで、チャンバ３内の圧力が５．０Ｐａになり、このうち、水素ガスの分圧が３．３Ｐａになり、アルゴンガスの分圧が１．７Ｐａになるように制御した。
【００５７】
試験の結果、蒸留水を導入する場合にワイヤ状突起物Ｙが形成される条件下、つまり、ステップＳ３，４で出力される高周波電力が同一であり（例えば、ステップＳ３，４の高周波電力が５００Ｗ）、ステップＳ４のスパッタエッチング時間ｔ２を、ステップＳ３のスパッタエッチング時間ｔ１で除した値ｔ２／ｔ１が、０．２以上０．３以下になる条件下（例えば、時間ｔ１が２ｋｓ〜３ｋｓ、時間ｔ２が０．６ｋｓ）では、ワイヤ状突起物Ｙが形成されることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によりワイヤ状突起物が形成された金属材料は、電気自動車用の電気二重層キャパシタ、蓄電池用電極、蛍光灯やプラズマテレビのエミッター、コーティングの中間層、グリップローラなどの接触搬送手段に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 高周波マグネトロンスパッタ装置
３ チャンバ
４ 供給管路
５ 高周波電源
６ 排気装置
７ 拡散ポンプ
８ 油回転式真空ポンプ
９ 排気管路
１０ 試料台
１１ ホルダー
１２，１３ 水冷パイプ
１４，１５ バルブ
Ｅ 第１の突起物（円錐状突起物）
Ｙ 第２の突起物（ワイヤ状突起物）
Ｋ，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８，Ｋ９，Ｋ１０，Ｋ１１ 基板
ｔ１ 第１スパッタ工程でスパッタエッチングを行う時間
ｔ２ 第２スパッタ工程でスパッタエッチングを行う時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスをチャンバ内に導入しながら、高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記チャンバ内に設置された金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第１スパッタ工程と、
前記第１スパッタ工程の後に、前記不活性ガスに加えて、水或いは水素を前記チャンバ内に導入しながら、前記高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第２スパッタ工程と、
を有することを特徴とする金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法。
【請求項２】
前記金属材料は、時効性金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法。
【請求項３】
前記第１，２スパッタ工程では、前記高周波電力が同一の大きさで出力され、
前記第２スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間を、前記第１スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間で除した値は、０．２以上０．３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法で形成されたワイヤ状突起物を備えることを特徴とする金属材料。
【請求項１】
不活性ガスをチャンバ内に導入しながら、高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記チャンバ内に設置された金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第１スパッタ工程と、
前記第１スパッタ工程の後に、前記不活性ガスに加えて、水或いは水素を前記チャンバ内に導入しながら、前記高周波電力の出力により前記チャンバ内にプラズマを発生して、前記金属材料の表面のスパッタエッチングを行う第２スパッタ工程と、
を有することを特徴とする金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法。
【請求項２】
前記金属材料は、時効性金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法。
【請求項３】
前記第１，２スパッタ工程では、前記高周波電力が同一の大きさで出力され、
前記第２スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間を、前記第１スパッタ工程で前記スパッタエッチングを行う時間で除した値は、０．２以上０．３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属材料表面へのワイヤ状突起物の形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法で形成されたワイヤ状突起物を備えることを特徴とする金属材料。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図８】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２６００２（Ｐ２０１２−２６００２Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６６３４５（Ｐ２０１０−１６６３４５）
【出願日】平成２２年７月２３日（２０１０．７．２３）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２３日（２０１０．７．２３）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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