(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含む雰囲気中における波長２００ｎｍ以下の光照射により、純鉄表面に酸化鉄層としてのＦｅ３Ｏ４層を形成することを特徴とする耐食性を有する鉄の形成法。
【請求項２】
酸素を含む雰囲気中における波長２００ｎｍ以下の光照射により、鉄表面に含まれる炭素を除去し、かつ酸化鉄層としてのＦｅ３Ｏ４層を形成することを特徴とする耐食性を有する鉄の形成法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の鉄の形成法で得られた耐食性を有する鉄を備えることを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の表面改質法に係り、とくに、鉄表面に酸化鉄層を形成することによる耐食性を有する鉄の形成法及びそれを用いたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄は、強磁性、耐熱性、資源的に豊富であるなど優れた特性を有しているため、バルクのみならず薄膜としての利用も望まれている。しかし、鉄は耐食性に欠けるため、その利用の範囲は制限されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのため、錆びにくい鉄を形成するための手法の確立が課題となっている。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の点に鑑み、高い耐食性を有する、つまり錆にくい鉄を形成することが可能な耐食性を有する鉄の形成法及びそれを用いたデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は耐食性を有する鉄の形成法であり、酸素を含む雰囲気中における波長２００ｎｍ以下の光照射により、純鉄表面に酸化鉄層としてのＦｅ３Ｏ４層を形成することを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の態様も耐食性を有する鉄の形成法であり、酸素を含む雰囲気中における波長２００ｎｍ以下の光照射により、鉄表面に含まれる炭素を除去し、かつ酸化鉄層としてのＦｅ３Ｏ４層を形成することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第３の態様はデバイスであり、第１又は第２の態様に係る鉄の形成法で得られた耐食性を有する鉄を備えることを特徴とする。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高い耐食性を有する鉄の形成手法を確立でき、鉄材料を使用することで高い性能を発揮できるデバイス作製の基礎技術として利用可能であるなど、あらゆる分野において必要不可欠な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１２】
図１で本発明に係る耐食性を有する鉄の形成法の実施の形態を示す。図１（ａ）では、板状もしくは薄膜状の純鉄１の表面に、波長２００ｎｍ以下の光としてレーザー光２を酸素を含む雰囲気中（例えば大気中乃至減圧空気中あるいは酸素のみの雰囲気中等であり、圧力は大気圧以下とは限らない）にて照射する。図１（ｂ）には、レーザー光照射により鉄表面に形成された酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）層３が示されている。前記薄膜状の純鉄１は基板上に真空蒸着等で形成可能である。なお、波長２００ｎｍより波長の長い光は酸素分子に吸収されなくなるため、有効ではない。
【００１３】
図１において、純鉄の代わりに、炭素を含む低純度の鉄材料を用いてもよい。また、板状もしくは薄膜状の鉄の代わりに、粒子状など別の形態の鉄材料を用いてもよい。
【００１４】
この耐食性を有する鉄の形成法で得られた鉄を備えたデバイスは、例えば、所定の基板上に薄膜状の純鉄１を真空蒸着等で形成後、前記レーザー光の照射を行って表面に酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）層を形成することで得られる。これにより基板上に耐食性鉄薄膜を有する磁性体デバイスが得られる。必要に応じて、基板上に他の薄膜や素子を形成すればよい。
【００１５】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００１６】
(1) 純鉄にレーザー光２を照射する場合、純鉄の表面に極薄い緻密な酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）層を形成できる。
【００１７】
(2) 炭素を含む低純度の鉄材料を用いる場合、レーザー光２の照射によって鉄表面に含まれる炭素を除去し、かつ極薄い緻密な酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）層を形成できる。
【００１８】
(3) 耐食性を有する鉄を備えるデバイスを作製可能である。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明に係る耐食性を有する鉄の形成法を実施例で詳述する。
【００２０】
スライドガラス基板上（大きさ８×２６ｍｍ２、厚さ１ｍｍ）に、鉄板（純度９９.９９％）をターゲットとした電子ビーム蒸着法により、純鉄薄膜（膜厚５０ｎｍ）を形成した。その試料表面に、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザー光を照射した。そのときの単一パルス当たりのレーザーフルエンスは４０ｍＪ／ｃｍ２、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ、照射時間は６０ｍｉｎとした。また、レーザー光のパルス幅は２０ｎｓであった。レーザー光照射は室温、大気圧中で行った。
【００２１】
Ｆ２レーザー光が照射された試料表面の化学結合状態を、光電子分光分析により調べた。Ｆ２レーザー光が照射されたＦｅ薄膜の最表面において、７１０.８ｅＶにＦｅ２Ｏ３を示すピークが測定された。このピークは、レーザー光未照射の試料表面でも見られることから、自然酸化によるものと考えられる。その後、試料をＡｒ＋イオンスパッタリング（加速電圧２ｋＶ）により深さ方向に分析を進めていくと、表面から深さ１ｎｍのところでは、ピークの位置が７１０.４ｅＶに化学シフトすることがわかった。これは、Ｆｅ３Ｏ４層の形成を示している。また、深さ３ｎｍでは、Ｆｅ単体を示すピーク（７０７.０ｅＶ）が見え始めた。したがって、約１ｎｍ厚のＦ２Ｏ３自然酸化層の下に、Ｆ２レーザー光の照射により、約２ｎｍ厚のＦｅ３Ｏ４層が形成していることが判明した。
【００２２】
レーザー光未照射及び照射試料を用いて、アノード分極挙動による耐食性試験を行った。試験では、対極にＰｔ板を使用し、参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌを用いた。測定における印加電圧の走査速度は１.７５ｍＶ／ｓとした。試験溶液には、模擬海水として、濃度３ｗｔ％のＮａＣｌ水溶液を用いた。未照射試料の場合、自然電位が約−６８０ｍＶであったが、Ｆ２レーザー光照射後、約−３１５ｍＶまで変化し、３６５ｍＶ程度移行することが認められた。また、未照射試料に比べて照射試料では、電圧印加後０.０５ｍＡ／ｃｍ２までは勾配が緩やかであった。その後、未照射試料と同じ勾配で直線的に変化した。以上より、Ｆ２レーザー光により形成したＦｅ３Ｏ４層は、ＮａＣｌ水溶液中での電圧印加によっても、Ｆｅ薄膜からＦｅイオンの溶出を著しく抑制することがわかった。したがって、Ｆ２レーザー光により、耐食性を呈するＦｅ薄膜の形成が可能となった。
【００２３】
Ｆ２レーザー光が照射された試料を、濃度０.０１ｗｔ％のＨＮＯ３水溶液中に６０ｍｉｎ浸漬した結果、耐薬品性を呈することがわかった。また、濃度３ｗｔ％のＮａＣｌ水溶液中において３日間浸漬しても、Ｆ２レーザー光が照射された試料表面では錆びは発生しなかった。
【００２４】
純鉄薄膜の代わりに鋳鉄板を用い、その表面に波長１５７ｎｍのＦ２レーザー光を照射した。そのときの単一パルス当たりのレーザーフルエンスは４０ｍＪ／ｃｍ２、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ、照射時間は６０ｍｉｎとした。また、レーザー光のパルス幅は２０ｎｓであった。レーザー光照射は室温、大気圧中で行った。
【００２５】
Ｆ２レーザー光が照射された試料表面の化学結合状態を、光電子分光分析により調べた。Ｆ２レーザー光の照射後、炭素を示すピーク（２８４.５ｅＶ）が見られなくなった。また、Ｆ２レーザー光照射後約２ｎｍのＦｅ３Ｏ４層の形成も認められた。したがって、鉄表面に含まれる炭素がＦ２レーザー光の照射により除去され、純化した表面が酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）層に改質されたものと考えられる。
【００２６】
上記実施例で述べたように、本発明によれば、高い耐食性を有する鉄が形成できるようになり、鉄材料を使用することで高い性能を発揮できるデバイスの作製に繋がる。この結果は、電気電子工学分野でのデバイス作製の基礎技術に適用可能になるなど、その用途はあらゆる分野で有用である。
【００２７】
以上、実施の形態及び実施例を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００２８】
実施例では、鉄表面に波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザー光を照射する場合で説明したが、Ｏ２を分解できる波長２００ｎｍ以下（とくに好ましくは波長１５７ｎｍ以下）の光照射であれば、同等の効果が期待できる。また、照射する光はレーザー光であってもよいし、それ以外の光であってもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１    板状もしくは薄膜状の純鉄
２    レーザー光
３    酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）層
【図１】
0005572815.tif 000002