2. Экспериментальный
Zr-Ti-Cu-N фильмы были распылением хранение использованием постоянного тока несбалансированный магнетрон оснащен состоят цели, то есть круглые пластины из ZrCu (90/10 в.%) Сплава диаметром 100 мм с Ti (99,5%) фиксирующим кольцом, в смеси аргона и азота при полном давлении р T = р Ar + с N 2 = 0,7 Па использования кольца Ti крепления двух внутренних диаметров (70 или 50 мм) дает возможность подготовить Zr-Ti-Cu-N пленок с различным содержанием Ti, примерно с 15 или 50 ат.% Ti, соответственно. Свойства Zr-Ti-Cu-N пленки по сравнению с теми Zr-Cu-N фильмы реактивно выбиваются из той же магнетрон, но оснащен ZrCu (90/10 ат.%) Мишени. Типичная толщина распыленного фильмов был примерно 3 мкм.
Zr-Ti-Cu-N Пленки осаждались на полированных и ультразвуковым предварительно очищенные CSN 15330 (C 0,29, Mn 0,60, Si 0,28, P 0,014, S 0,011, 2,49 Cr, V 0,19, Mo 0,24 мас.%), Стальных поверхностей ( диск диаметром 25 мм и толщиной 5 мм). Подложку помещают на подвижную и подогреваемыми держателя подложки электрически изолированы от заземленной камеры. Затвора помещается между магнетрона и держателем подложки позволило поверхности катода магнетронных быть предварительно очищенные до осаждения пленок. Пленки осаждались с использованием следующих параметров процесса: ток разряда I г = 1, субстрат до цели расстояние D S-T = 50 мм, парциальное давление азота р N 2 от 0 до 0,2 Па, отрицательное подложку смещения U с = U П и -100 V, подложка плотности ионного тока я с = 1 мА / см 2 , трех значениях температуры подложки Т с = RT , 300 и 500 ° С и постоянном общем давлении р T = р Ar + р N 2 = 0,7 Па
Толщина пленки измеряли текстуры поверхности измерительной системы, стилус профилировщик DEKTAK 8 с разрешением 10 Å. Структуры пленок был определен методом рентгеновской дифракции анализа с использованием РФА спектрометр Dron 4,07 в Брэгга-Брентано конфигурации с Ка Co (λ = 0,179 нм) излучения. Механические свойства пленок были оценены с нагрузкой по сравнению перемещение данных, измеренных с помощью компьютера управлять микротвердости тестер FISCHERSCOPE H 100 оснащен алмазов Vicker в индентора. Микротвердость H из Zr-Cu-N и Zr-Ti-Cu-N пленок измеряли при 20 мН нагрузки алмазов Vicker в индентора. Измерения, выполненные в этой нагрузкой индентора не зависит от подложки, поскольку отношение глубина вдавливания от толщины пленки меньше, чем 10%. Химический состав был определен энергию рентгеновского микроанализа помощью SEM JEOL JXA 840 оснащен LINK 860 анализатор.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Структура пленок
Структуры пленок можно управлять по своему химическому составу и энергии, подводимой к растущей фильм (я) нагрева подложки ( Т с ), (II) ионной бомбардировкой ( U ы , я с ) и (III) Энергия, выделяющаяся при образовании нитрида ( р N 2 ). Этот факт свидетельствует эксперимент, результаты которых отображаются в рис. 1 , рис. 2 и рис. 3 . Эти цифры показывают, развитие моделей XRD из (I) Zr-Cu-N пленок ( рис 1. ), (II) Zr-Ti-Cu-N пленок с низкой (~ 15 ат.%) содержанием Ti (рис 2. ), и (III), Zr-Ti-Cu-N пленок с высокой (~ 50 ат.%) содержанием Ti ( рис 3. ) с ростом парциального давления азота р N 2 . Все фильмы были распылении под одной ионной бомбардировкой ( U с = -100 В,я с = 1 мА / см 2 ) и двух значениях температуры подложки Т с = 300 и 500 ° C.
Рис. 1. Развитие моделей РСА для Zr-Cu-N пленок с увеличением парциального давления азота р N 2 для двух значений температуры подложки (а) Т с = 300 и (б) 500 ° C. Осаждение параметры: Я г = 1, U с = -100 В, я с = 1 мА / см 2 , D S-T = 50 мм и р Т = 0,7 Па
Рисунок варианты
Рис. 2. Развитие моделей РСА для Zr-Ti-Cu-N пленок, содержащих около 15 ат.% Ti с увеличением парциального давления азота р N 2 для двух значений температуры подложки (а) Т с = 300 и (б) 500 ° C.Осаждение параметры: Я г = 1, U с = -100 В, я с = 1 мА / см 2 , D S-T = 50 мм и р Т = 0,7 Па
Рисунок варианты
Рис. 3. Развитие моделей РСА для Zr-Ti-Cu-N пленок, содержащих около 50 ат.% Ti с увеличением парциального давления азота р N 2 для двух значений температуры подложки (а) Т с = 300 и (б) 500 ° C.Осаждение параметры: Я г = 1, U с = -100 В, я с = 1 мА / см 2 , D S-T = 50 мм и р Т = 0,7 Па
Рисунок варианты
Как и ожидалось, этот эксперимент ясно показывает, что структура пленок сильно изменяется с увеличением (I) парциальное давление азота ( р N 2 ), (II) содержание Ti в фильмах, и (III), температура подложки ( T ы ). Увеличение Т с от 300 до 500 ° C приводит к увеличению интенсивности рентгеновского отражения ( рис. 1 ).
Кроме того Ti в Zr-Cu-N фильмы также изменяет фазовый состав распыленного фильмов. Мала (~ 15 ат.%) Ti того порождает сплав (Zr, Ti) или нитрида (Zr, Ti) N х фильмов, когда распыленных в чистом аргоне ( р T = р Ar ) или в смеси аргона и азота ( р T = р Ar + р N 2 ), соответственно. Эти фильмы отличаются Zr и ZrN рентгеновских линий отражения ( рис. 2 ). Напротив, пленки с высокой (~ 50 ат.%) Содержанием Ti характеризуется Ti и TiN рентгеновского отражения линий ( рис. 3 ).
Это хорошо известно, что ZrN и олова создать замещения (Zr, Ti) N твердого раствора с NaCl типа гранецентрированной кубической структурой во всем диапазоне концентраций. Это означает, что Zr-Ti-Cu-N пленок с низкой (<10 ат.%) Содержанием Cu являются однофазными нитридов. Решетки из этих фильмов уменьшается с увеличением содержания Ti в Zr-Ti-Cu-N фильмов из примерно ZrN = 0,458 нм до TiN = 0,424 нм [18] . Таким образом, рентгеновского отражения от Zr-Ti-Cu-N фильмы перейти на больших углах 2θ с увеличением содержания Ti. Аналогичное поведение XRD линий наблюдается для распыления Zr-Ti-Cu фильмов. Элементы Zr и Ti образуют замещения плотноупакованной гексагональной (Zr, Ti) твердого раствора и дифракционных линий из этого твердого раствора смещается в сторону больших углов 2θ как уменьшение параметров решетки с увеличением содержания Ti [19] .
Рентгенограммы из Zr-Cu-N и Zr-Ti-Cu-N фильмах ясно показывают, что существует сильная корреляция между твердостью пленки и ее структура ( рис. 1 , рис. 2 и рис. 3 ).