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薄膜はどうやって作られる？主な技術や用途を解説！

2024.08.27更新

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この記事を書いた人

長谷川

FREE AID編集部機電系専門ライター Div.
アナログ回路設計・営業を経験した後ライター＆ディレクターとして独立。
電気電子・ITジャンルを得意とし、正確で分かりやすい情報の発信を行っています。

半導体の製造や各種製品のコーティングなど、幅広い分野で活用されている薄膜技術。どのような用途で使われているかや、薄膜の作り方などが気になる方もいるのではないでしょうか。そこで本記事では、薄膜技術について基本的なところから分かりやすく解説します。

この記事の目次

薄膜とは

まず、薄膜とは何かという所から解説しましょう。薄膜とはその名の通り、金属や樹脂などを薄い膜状にした物質のことを指します。膜単体のことももちろん指しますが、ほとんどの場合はガラスやシリコン基板などの素材をコーティングする形で作られることがほとんどです。薄膜と呼ばれるのは、おおむね10μm以下の厚みを指しますが、近年では1μm以下といったより薄い膜も生産され、使われています。

薄膜の用途

続いて、薄膜がどのような用途で用いられているか解説します。

素材の保護

機械的な用途では、素材の保護に薄膜が使われています。例えば工具や金型など、使用していて摩耗する製品では、摩耗を防ぐ目的でチタンやクロムなどを使った高強度の薄膜でコーティングすることにより、より長寿命な製品を実現しています。また、歯車や軸受けなどは通常潤滑油を使って摩擦を減らしていますが、用途によっては潤滑油が使えないため、固体潤滑膜をコーティングして摩擦を減らすといった用途もあります。この用途ではグラファイトやテフロンなど、摩擦の低い素材が用いられます。

電子部品の製造

電子部品には、様々な所で薄膜が活用されています。まず、ICなど半導体で作る製品では、何層にも積層した薄膜を使って内部の微細回路を作っています。これにより銅箔による回路や保護膜、絶縁膜、電極などを実現するので、薄膜技術がないとそもそも電子部品が作れません。また、より薄い層を作れればその分小さな部品が出来上がるので、最新の薄膜技術が常に取り入れられて部品製造に活用されています。

光の制御

光の反射・屈折など、光を制御するためにも薄膜は欠かせない存在です。例えばメガネやカメラのレンズには反射を防止するために、フッ化マグネシウムやシリカ等のコーティング膜が張られています。また、液晶ディスプレイなどでは透明電極が、ハードディスクなどの光ディスクではアルミニウムの反射板が薄膜で作られているなど、光を使った製品には薄膜技術が広く用いられています。

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薄膜を作る方法

次に、幅広い分野で使われ私たちの生活を支えている薄膜が、どのように作られているのかを紹介します。

めっき

最も簡単で古くから用いられているのが、めっきによる薄膜の形成です。金属液中に皮膜を作りたい製品を浸し、様々な方法で薄い金属皮膜を析出させる方法で、製品を浸けることからウェットコーティングとも呼ばれます。めっきの方法には電気めっき、無電解めっき、溶解めっきといった種類がいくつかあり、用途による使い分けが行われています。ただどの方法でも薄膜の厚みが10μm以上になるのがほとんどなので、薄膜の形成としてはそこまで多く利用されてはいません。

蒸着

蒸着による薄膜の作成も、簡単な手法の一つです。蒸着とは真空状態の容器に製品を入れ、薄膜の材料となる金属などを高温に加熱して蒸発させ、素材に当たって冷めることで薄膜を形成する方法です。真空を作る必要があるなどある程度の設備は必要となりますが、簡単で薄膜の厚みも自由に調整できることから、多くの場面で使われています。また、素材を液中に入れないことから、めっきと比較してドライコーティングとも呼ばれます。

スパッタリング

ドライコーティングによる薄膜の形成として、スパッタリング法という手法もあります。これは薄膜の材料を加熱するのではなく、アルゴンなどのガスに高圧電圧を掛けてイオン化させ、それが薄膜の材料にぶつかることによって材料を弾き飛ばし、素材に付着することで薄膜を作る方法です。1μm以下の非常に薄い膜を作れるほか、はがれにくく均一な薄膜を作れることから、耐久力の高い薄膜を求める用途などで使われています。また、蒸着法では難しい素材なども薄膜として利用できます。

CVD（化学的気相成長法）法

CVD法は、薄膜の原料ガスを使って薄膜を形成する手法です。ガスを供給するだけでは薄膜にならないので、熱やプラズマなどを印加し、原料にエネルギーを与えて化学反応を起こすことで、薄膜を形成します。ガスを充満させて薄膜を形成するため、複雑な形状でも高品質な薄膜が作れるメリットがあります。また、高真空をつくる装置などが不要で薄膜生成速度も速いので、大量生産に向いているという特徴もあります。ただ、薄膜形成に使うガスが人体に危険なこともあるため、安全面の配慮が必要です。

まとめ

今回は、薄膜技術に焦点を当て、薄膜を形成する方法や用途などを解説しました。薄膜は半導体製造やコーティングによる保護を始め、幅広い用途で活用されており、私たちの生活を支えています。薄膜形成技術にも様々な種類があり、それぞれで特徴も異なるので、薄膜を活用したい方は製造方法についてもより詳しく調べてみて下さい。

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