平成12年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ剛甘孟野童形状記憶合金薄膜特性の作製ロット依存性
池田 哲鑓安曽徳康声∵啓本公三＊宅仲巨削司次＊

機械電子部㊥大阪大学 工学喜汚＊∴・■、∴・・‥毒・＼巨ご・∫−・・、∵、・・−・〉・・−・‥て・・・∫こき‥・・さい、・lこミ、iトTets㍊‡監EむÅ8N。Å§0＊虚監．ぎUJ互MOTO＊登S．了ヾÅ鼠Am＊
Mechanics＆Electron主csDiヽ7ision隠Facu酌0デEngineering90sakaUnivers加＊要旨
本研究ではク1枚のスパッタリングターゲットから同質のTiNi薄膜アクチュエータを作製するために，薄膜特性の作製ロット依存性を明らかにすることを目的とし，薄膜面内中心位置の各薄膜特性を5ロット間で検討し，薄膜摸厚30．7〜3i．7一山m，薄膜内Ni組成比52。35〜53．54at．％，結晶化温度766．3〜769．7K，逆マルテンサイ
ト変態温度312．2〜313．9K，マルテンサイト変態温度296．9〜298．3K，R相変態温度270．5〜274．5Kといった結果を得た・薄膜組成はi．i9aモ．％の変動があるものの，TiNi形状記憶合金薄膜の最終的な形状記憶特性は，作製ロットに依存せず，TiNi薄膜アクチュエータの量産化が可能であることがわかった。

l，はじめに真空引き時間をほぼ24時間，到達真空圧力を6×灯4pa

形状記憶合金は大きな動作と発生力を有し，単純な機以下とし，Arガス圧力を0，67Paに設定した時に0．52〜構であるので，形状記憶合金をマイクロ化できれば，形0．79Paの範囲に収まるように圧力変動を抑制し，熱処理状記憶合金をマイクロアクチュエータに応用したマイクプロセスではヲ真空引き時間をほぼ24時F乳炉内圧力はロマニピュレータ等のマイクロシステムを製作することiXlO￣4pa以下とした、が可能＝となる．アクチエェー・タとしてのTiNi形状記

2．3。形状記憶合金薄膜の特性評価方法

憶合金薄膜アクチュエータは、一定温度で一定形状を記

作製ロットの相違による薄膜特性への影響は，薄膜面憶し，一定力で駆動する必要がある．筆者らは，既にTiNi内の中心位置における薄膜膜厚，組成比，結晶化温度，薄膜アクチュエータの発生力，角変位，動作温度の駆動

変態温度，アクチュエータとしての駆動特性について評特性の安定性を確認2）3）し，複数の TiNi薄膜アクチュ価された．膜厚は段差計，組成比は蛍光Ⅹ線分析装置，エータを組み合わせたマイクロシステムを試作4）した。

結晶化温度および変態温度は示差走査熱量計（DSC）に次なるステップとしてTiNi薄膜アクチュエータの安定作て測定され，アクチエェ肘タとしての駆動特性は，高速製に取り組み，TiNi薄膜の面内位置における薄膜特性のカメラにて駆動角度を測定する 3）ことにより評価され安定性を評価5）した．本研究では，TiNi薄膜の作製ロッた．

ト間における薄膜特性の再現性を評価した．

3．薄膜特性の作製ロット依存性
2．実験条件3．苫．薄膜形成後の薄膜特性2．i．形状記憶合金薄膜の作製条件

F呈g．1は作製ロット間におけるTiNi形状記憶合金薄膜

TiNi形状記憶合金薄膜の作製は，RFマグネトロンスパの膜厚である．その膜厚は30．7〜31。7〃mと約ま〃mの変ッタリング装置を用いておこなわれ，基板温度573K，動幅があるが，スパッタリングターゲットのエロージョ

Arガス圧力0、67Paの条件下で，TiNi（50／50at．％）合金タンを考慮すれぼさ TiNi形状記憶合金薄膜の膜厚は再現性

ーゲットにRFパワー300Ⅵり360min印加され，TiNi薄膜があるといえる．

は，ターゲットから55mm離れたCuホイル基板上に形F孟g．2は作製ロット間におけるTiNi形状記憶合金薄膜成されフ その後lXiO￣4pa以下の真空中にて973K／30minのNi組成比である．そのNi組成比は52．35〜53．54at．％との溶体化処理，773Ⅳ300minの時効処理を施される，呈．19at，％の変動幅があり，同一薄膜面内における組成分布2．2．薄膜作製時の環境設定より大きいが，TiNi形状記憶合金薄膜の組成比は再現性

今回の作製環境であるクリーンルーム内の気温は常にがあるといえる。

24凰湿度は24％である．スパッタリングプロセスでは，ー54−

平成12年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

03302301︻星空 ⊃ l 空 乳 ∈ ① ト5303003

冒ユ s s 聖 ち 羞 ∈ 琵32341 2345Film N0．

5Film No．

（a）Atheating

Fig．1FilmthicknessofTiNithinfilms

1234Film No．

1234 5Film No．

（b）Atcooli「唱Fig．2FilmcompositionofTiNithin創ms

Fig．4TransぬmationtemperatureofTiN■ithin員1ms︵U n︶

晶化温度である．その結晶化温度は766．3〜769．7K と3．4Kの変動幅があるが，DSCプロファイルの相似から再現性があるとして差し支えない範囲である．
3．2．熱処理後の薄膜特性

0︻星空⊃−望むd∈心ト︵−︶797∫
ア77Fig．3は作製ロット間におけるTim形状記憶合金の結Fig．4は作製ロット間におけるTiNi形状記憶合金の変0576態温度である．その変態温度は加熱時の逆マルテンサイ

4700

ト変態温度（Åチ）で312．2〜313．9Kと1．7Kの変動幅があり，また冷却時のマルテンサイト変態温度（肝）で296．9て234〜298．3Kと1．4Kの変動幅，R相変態温度（R9）で270．55F抽m No．

〜274．5Kと4．OKの変動幅がある。特に過電流センサとしてのTiNl薄膜アクチュエータが作動する温度は逆マ

Fig．3Crystaま1izationtemperatureofTiNithin負1ms

ルテンサイト変態温度であり，ここで得られた変態温度は非常に安定しており，再現性があるといえる．

−55−

平成12年度 研究報告 大分県産業科学技術センター4）池田晩秋本恭喜，奥根充弘，藤本公三，仲田周次： ⅥNi
形状記憶合金薄膜アクチュエータを用いたマイクロシステ

ムの試作 ，大分県産業科学技術センター平成10年度研5）池田哲，安曽徳凰藤本公三，仲田周次‥ ¶Ni形状記憶合金薄膜特性の面内位置依存性∵大分県産業科学技術センタ∬平成11年度研究報告，（2000），P55−5901︻ロむ P ︼ む 一 研 u ＜02究報告，（1999），P59−64

12345Fitm No．
Fig．5ShapememoryangleofTiNithin蔦1mactuators

3．3．アクチュエータの駆動特性分布

Fig．5は作製ロット間におけるTINl形状記憶合金薄膜アクチュエータの駆動角度である．その駆動角度は23．84〜27．960 と 4．120 の変動幅があるが，各作製ロットにおける駆動角度の平均値の変動幅は0．8460 であり，測定誤差である0．50 を考慮しても，Tiト1形状記憶合金薄膜アクチュエータの駆動特性は，再現性が良いことがわ
かる．

4．おわりに

本研究では，薄膜膜厚，薄膜組成，結晶化温度，変態温度，アクチュエータとしての駆動特性の観点から，Tlド1形状記憶合金薄膜特性の作製ロット依存性を検討し，その結果，最終的な形状記憶特性は作製ロットに依存せず，TiNl形状記憶合金薄膜アクチュエータの量産化は可能であることがわかった．

参考文献
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タの創成（第1柵 − ，溶接学会 全国大会講演概要
集，No．60，（1997），P160−1613）池田哲，小関由乳桜井大輔，藤本公三，仲田周次： ¶Ni
薄膜アクチュエータの動特性−TiNi形状記憶合金薄膜によるマイクロアクチュエータの創成（第2細」 ，溶接学会
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