Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C
Магнетронним розпиленням мішені B₄C виготовлено аморфні та кристалічні плівки. Досліджено їхній склад, твердість, модуль пружності, внутрішні напругий структуру залежно від зміщення на підкладці та її температури. Магнетронным распылением мишени B₄C приготовлены аморфные и кристаллические пленки. Ис...
Saved in:
| Published in: | Наноструктурное материаловедение |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62641 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C / B.Ю. Куликовський, В.І. Іващенко, М.І. Даниленко, V. Vorlicek, R. Ctvrtlik, M. Stranyanek, Л.А. Іващенко // Наноструктурное материаловедение. — 2009. — № 2. — С. 83-92. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860260801291485184 |
|---|---|
| author | Куликовський, B.Ю. Іващенко, В.І. Даниленко, М.І. Vorlicek, V. Ctvrtlik, R. Stranyanek, M. Іващенко Л.А. |
| author_facet | Куликовський, B.Ю. Іващенко, В.І. Даниленко, М.І. Vorlicek, V. Ctvrtlik, R. Stranyanek, M. Іващенко Л.А. |
| citation_txt | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C / B.Ю. Куликовський, В.І. Іващенко, М.І. Даниленко, V. Vorlicek, R. Ctvrtlik, M. Stranyanek, Л.А. Іващенко // Наноструктурное материаловедение. — 2009. — № 2. — С. 83-92. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наноструктурное материаловедение |
| description | Магнетронним розпиленням мішені B₄C виготовлено аморфні та кристалічні плівки. Досліджено їхній склад, твердість, модуль пружності, внутрішні напругий структуру залежно від зміщення на підкладці та її температури.
Магнетронным распылением мишени B₄C приготовлены аморфные и кристаллические пленки. Исследовали их состав, твердость, модуль упругости, внутренние напряжения и структуру в зависимости от смещения на подложке иее температуры.
Amorphous and crystalline B₄C films were prepared by magnetron sputtering. Film composition, hardness, elastic module, internal tensions and structure were studded depending on substrate bias and substrate temperature (TS). It was established that hardness and elastic module decrease
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:55:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
ÓÄÊ 539.217.23.4.461 B.Þ. Êóëèêîâñüêèé1,2, Â.². ²âàùåíêî1, Ì.². Äàíèëåíêî1, V. Vorlicek2,
R. Ctvrtlik2,3, M. Stranyanek2,3, Ë.À. ²âàùåíêî1
1a²íñòèòóò ïðîáëåì ìàòåð³àëîçíàâñòâà ³ì. ².Ì. Ôðàíöåâè÷à ÍÀÍ Óêðà¿íè
ì. Êè¿â, âóë. Êðæèæàíîâñüêîãî, 3, Óêðà¿íà, 03142
«Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic
Na Slovance 2, 182 21 Prague 8, Czech Republic
3Joint Laboratory of Optics, Palacky University and Institute of Physics of Academy
of Sciences of the Czech Republic
17 listopadu, 50, 772 07 Olomouc, Czech Republic
ÑÒÐÓÊÒÓÐͲ ÒÀ ÌÅÕÀͲ×Ͳ ÂËÀÑÒÈÂÎÑÒ²
ÀÌÎÐÔÍÈÕ ² ÏÎ˲ÊÐÈÑÒÀ˲×ÍÈÕ Ï˲ÂÎÊ B4C
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ìàãíåòðîííå ðîç-
ïèëåííÿ, òâåðä³ñòü, ìîäóëü ïðóæ-
íîñò³, ïë³âêè êàðá³äó áîðó, ñòðóê-
òóðà, ìîëåêóëÿðíà äèíàì³êà
B.Þ. ÊÓËÈÊÎÂÑÜÊÈÉ,
Â.². ²ÂÀÙÅÍÊÎ, Ì.². ÄÀÍÈËÅÍÊÎ,
V. VORLICEK, R. CTVRTLIK,
M. STRANYANEK, Ë.À. ²ÂÀÙÅÍÊÎ,
2009
©
Ìàãíåòðîííèì ðîçïèëåííÿì ì³øåí³ B4C âèãîòîâëåíî àìîðôí³ òà êðèñòàë³÷í³
ïë³âêè. Äîñë³äæåíî ¿õí³é ñêëàä, òâåðä³ñòü, ìîäóëü ïðóæíîñò³, âíóòð³øí³ íàïðóãè
é ñòðóêòóðó çàëåæíî â³ä çì³ùåííÿ íà ï³äêëàäö³ òà ¿¿ òåìïåðàòóðè. Òâåðä³ñòü ³
ìîäóëü ïðóæíîñò³ çìåíøóâàëèñÿ ç³ çá³ëüøåííÿì â³ä’ºìíîãî çì³ùåííÿ ïðè îñà-
äæåíí³ ïë³âîê íà õîëîäí³ ï³äêëàäêè, àëå çðîñòàëè ç ï³äâèùåííÿì òåìïåðàòóðè îñà-
äæåííÿ äî 970 C. Íèçüêîòåìïåðàòóðí³ ïë³âêè áóëè àìîðôíèìè, ïîë³êðèñòàë³÷íà
ôàçà B4C âèíèêàëà ïðè T > 900 C. Ïë³âêà, îñàäæåíà ïðè ìàêñèìàëüí³é òåìïåðà-
òóð³ 970 C, ìàëà âåëèêèé ðîçêèä çíà÷åíü òâåðäîñò³ é ìîäóëÿ ïðóæíîñò³. Ó äåÿ-
êèõ ì³ñöÿõ ¿¿ òâåðä³ñòü çíà÷íî ïåðåâèùóâàëà òâåðä³ñòü ìîíîêðèñòàë³÷íîãî B4C,
ùî ìîæå áóòè ïîâ’ÿçàíî ç îñîáëèâîñòÿìè ëîêàëüíî¿ ì³êðîñòðóêòóðè. Äëÿ ç’ÿñó-
âàííÿ âïëèâó ñòðóêòóðè íà ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ ïë³âîê áóëî âèêîíàíî ïåðøî-
ïðèíöèïí³ îáðàõóíêè àòîìíî¿ òà åëåêòðîííî¿ áóäîâè êðèñòàë³÷íîãî é àìîðôíîãî
B4C. Âñòàíîâëåíî, ùî ïðè ïåðåõîä³ â³ä êðèñòàë³÷íîãî (B11C–CBC) äî àìîðôíîãî
B4C çíèêíåííÿ ëàíöþæê³â, ÿê³ ç’ºäíóþòü ³êîñàåäðè â àìîðôí³é ìàòðèö³, ïðèçâî-
äèòü äî çíèæåííÿ îá’ºìíîãî ìîäóëÿ ç 270 äî 259 ÃÏà. Òàê³ ñòðóêòóðí³ îñîáëè-
âîñò³ -B4C, î÷åâèäíî, é â³äïîâ³äàþòü çà çíèæåííÿ ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòåé àìîðô-
íèõ ïë³âîê ïîð³âíÿíî ç ïîë³êðèñòàë³÷íèìè.
Âñòóï
Âèâ÷åííÿ ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòåé òâåðäèõ àìîðôíèõ ³ íàíîêðèñ-
òàë³÷íèõ ïë³âîê ³ç ïåðåâàæíî êîâàëåíòíèìè çâ’ÿçêàìè âèêëèêຠíèí³
íåàáèÿêèé ³íòåðåñ. Òàê³ ïë³âêè ìîæóòü ìàòè ï³äâèùåíó òâåðä³ñòü ïî-
ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ
ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
84
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
ТОНКИЕ ПЛЕНКИ И ДРУГИЕ ДВУМЕРНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Ðèñ. 1. Ãåêñàãîíàëüíà åëåìåíòàðíà êîì³ðêà Â4Ñ ç
Ñ–Ñ–Ñ-ëàíöþæêàìè. Ïîçíà÷åííÿ: a, b, c – âåêòîðè
´ðàò, Ð – ïîëÿðíà ïîçèö³ÿ, Å – åêâàòîð³àëüíà ïîçèö³ÿ,
Ñb – ïîçèö³ÿ àòîìà â ëàíöþæêó
Ð
E
Cb
a b
c
ð³âíÿíî ç êîìïàêòíèìè ìàòåð³àëàìè òîãî æ ñàìî-
ãî ñêëàäó çàâäÿêè îñîáëèâîñòÿì íàíîñòðóêòóðè
òà íàÿâíîñò³ âåëèêî¿ ê³ëüêîñò³ äåôåêò³â ðîñòó.
Êàðá³ä áîðó B4C çà òâåðä³ñòþ º òðåò³ì ìàòå-
ð³àëîì ï³ñëÿ àëìàçó é êóá³÷íîãî í³òðèäó áîðó.
Âèð³çíÿþ÷èñü âèñîêèìè çíà÷åííÿìè òâåðäîñò³,
ìîäóëÿ ïðóæíîñò³ òà çíîñîñò³éêîñò³ â ñïîëó÷åíí³
ç òåðì³÷íîþ é õ³ì³÷íîþ ñòàá³ëüí³ñòþ, â³í ìàº
âåëèê³ ïåðñïåêòèâè çàñòîñóâàííÿ äëÿ çàõèñòó àáî
çì³öíåííÿ ð³çàëüíîãî ³íñòðóìåíòó. ³äïîâ³äíî äî
ôàçîâî¿ ä³àãðàìè B–C êàðá³ä áîðó çà ê³ìíàòíî¿
òåìïåðàòóðè ³ñíóº â øèðîê³é îáëàñò³ ãîìîãåííîñò³
ç êîíöåíòðàö³ºþ âóãëåöþ â³ä ~9 äî 22 àò.% [1].
Ñòðóêòóðà â öüîìó ³íòåðâàë³ çàëèøàºòüñÿ ðîìáî-
åäðè÷íîþ, õî÷à ïàðàìåòðè ´ðàò çì³íþþòüñÿ; ¿¿
ìîæíà òàêîæ óÿâèòè ó âèãëÿä³ ãåêñàãîíàëüíèõ
´ðàò, ÿê³ ìàþòü òðè ðîìáîåäðè÷í³ åëåìåíòàðí³
êîì³ðêè (ðèñ. 1). Òðèàòîìí³ ëàíöþæêè (Ñb) C–
B–C ÷è Ñ–Ñ–Ñ âçäîâæ ðîìáîåäðè÷íî¿ îñ³ (111)
çâ’ÿçóþòü ð³çí³ B11C àáî Â12-³êîñàåäðè, ëîêàë³çî-
âàí³ ó âóçëàõ ðîìáîåäðè÷íèõ ́ ðàò Áðàâå [2]. Àòî-
ìè âóãëåöþ õàîòè÷íî çàéìàþòü åêâàòîð³àëüí³ (Å),
ñóñ³äí³ äî ëàíöþæêîâèõ àòîì³â àáî ïîëÿðí³ (Ð),
íàéáëèæ÷³ äî àòîì³â ³êîñàåäðà ïîçèö³¿ â êîì³ð-
ö³ (ðèñ. 1). Çàçíà÷ìî, ùî òåîðåòè÷í³ äîñë³äæåííÿ
ñâ³ä÷àòü: åêñïåðèìåíòàëüí³ êðèñòàë³÷í³ ôàçè Â4Ñ
ñë³ä ³äåíòèô³êóâàòè ïåðåâàæíî ÿê ïîëÿðí³ ñòðóêòó-
ðè ç і–Ñ-ëàíöþæêàìè (Ð-ñòðóêòóðè), à íå ÿê
ñòðóêòóðè ç Ñ–Ñ–Ñ-ëàíöþæêàìè (Cb-ñòðóêòóðè).
Ïë³âêè êàðá³äó áîðó îòðèìóâàëè ð³çíèìè
ìåòîäàìè ³îííî-ïëàçìîâî¿ òåõíîëî㳿 [3–10].
Ïë³âêè îñàäæóâàëè çà íèçüêî¿ ( 700 °C) òåìïå-
ðàòóðè àáî ïðè 900–1200 °C [3]. Íèçüêîòåìïå-
ðàòóðí³ ïë³âêè áóëè àìîðôíèìè, íàòîì³ñòü âè-
ñîêîòåìïåðàòóðí³ ìàëè ïîë³êðèñòàë³÷íó ñòðóê-
òóðó. Çîêðåìà â ïë³âêàõ B4C, îòðèìàíèõ âèñîêî-
÷àñòîòíèì ðîçïèëåííÿì, ïîë³êðèñòàë³÷íà ñòðóê-
òóðà âèíèêàëà ïî÷èíàþ÷è ç 950 °C [3]. Âåëè÷è-
íè òâåðäîñò³ ïë³âîê, íàâåäåí³ â ðîáîòàõ [3–10],
çì³íþþòüñÿ â³ä ~20 äî ~70 ÃÏà ³ ìàþòü ð³çí³
òåíäåíö³¿ òåìïåðàòóðíî¿ ïîâåä³íêè, ùî ìîæå
çàëåæàòè ÿê â³ä óìîâ ¿õíüîãî îñàäæåííÿ, òàê ³
â³ä ³íñòðóìåíòàð³þ òà óìîâ âèì³ðþâàííÿ òâåð-
äîñò³. ²ùå îäí³ºþ ïðè÷èíîþ ðîçá³æíîñò³ ðåçóëü-
òàò³â ìîæå áóòè ïåâíà ð³çíèöÿ ó ñêëàä³ ì³øåíåé
êàðá³äó áîðà, ïðî ÿê³ éäåòüñÿ â ðîáîòàõ [3–10].
Ïîÿâà íåçíà÷íîãî íàäëèøêó âóãëåöþ â ïë³âêàõ
ñêëàäó, áëèçüêîãî äî B4C, ìîæå ïåðåâåñòè îä-
íîôàçíèé ìàòåð³àë ó äâîôàçíèé ³ öèì ³ñòîòíî
çì³íèòè éîãî ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³. Àíàë³ç ë³òå-
ðàòóðè ñâ³ä÷èòü ïðî íàäòî ìàëó ê³ëüê³ñòü ñèñ-
òåìàòè÷íèõ äîñë³äæåíü ó øèðîêîìó òåìïåðà-
òóðíîìó ³íòåðâàë³ òâåðäîñò³ òà ìîäóëÿ ïðóæ-
íîñò³ ïë³âîê B4C é ïîð³âíÿííÿ ðåçóëüòàò³â ³ç
äàíèìè äëÿ â³äïîâ³äíèõ ìàñèâíèõ çðàçê³â, îòðè-
ìàíèìè çà âèêîðèñòàííÿ ò³º¿ æ ñàìî¿ âèì³ðþ-
âàëüíî¿ òåõí³êè òà ìåòîäîëî㳿.
Òåîðåòè÷íî êðèñòàë³÷íèé êàðá³ä áîðó âèâ÷à-
ëè ³ç çàëó÷åííÿì ïåðøîïðèíöèïíîãî ìåòîäó
ïñåâäîïîòåíö³àëó [11–13]. Àâòîðè àêöåíòóâàëè
óâàãó íà âèâ÷åíí³ âïëèâó êîíô³ãóðàö³¿ âóãëåöþ
íà ñòàá³ëüí³ñòü ñòðóêòóðè. Ìîäåëþâàííÿ àìîðô-
íîãî êàðá³äó áîðó äîñ³ ùå íå çä³éñíþâàëîñÿ.
Ó ö³é ðîáîò³ ìè âèâ÷àëè âïëèâ ñòðóêòóðè íà
ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ (òâåðä³ñòü, ìîäóëü ïðóæ-
íîñò³) ð³çíèõ àìîðôíèõ ³ êðèñòàë³÷íèõ ïë³âîê
B4Ñ, îòðèìàíèõ ó øèðîêîìó ³íòåðâàë³ òåìïåðà-
òóð àæ äî 970 C, à òàêîæ ïë³âîê, îòðèìàíèõ áåç
ñïåö³àëüíîãî íàãð³âàííÿ ï³äêëàäêè, àëå ç ð³çíîþ
íàïðóãîþ çì³ùåííÿ íà í³é. Âèì³ðþâàí³ âåëè÷è-
íè ïîð³âíþþòüñÿ ç àíàëîã³÷íèìè äëÿ ìàñèâíî-
ãî çðàçêà B4Ñ, ç ÿêîãî âèãîòîâëåíî ì³øåíü äëÿ
ðîçïèëåííÿ, ïðè÷îìó âñ³ âèì³ðþâàííÿ çä³éñíþ-
85
М
АТ
ЕР
И
АЛ
О
ВЕ
Д
ЕН
И
Е
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
âàëè çà îäíàêîâèõ óìîâ íàíî³íäåíòóâàííÿ. Äëÿ
³íòåðïðåòàö³¿ îòðèìàíèõ ðåçóëüòàò³â áóëî ïðîâå-
äåíî òåîðåòè÷í³ äîñë³äæåííÿ àòîìíî¿ ñòðóêòó-
ðè êðèñòàë³÷íî¿ é àìîðôíî¿ ìîäèô³êàö³é Â4Ñ.
Åêñïåðèìåíòàëüíà ÷àñòèíà
Àìîðôí³ (a) òà ïîë³êðèñòàë³÷í³ (c) ïë³âêè êàð-
á³äó áîðó áóëî âèãîòîâëåíî ìåòîäîì ìàãíå-
òðîííîãî ðîçïèëåííÿ ïðè ïîñò³éíîìó ñòðóì³ íà
óñòàíîâö³ «Leybold-heraeus Z 550m». Âàêóóìíà
ñèñòåìà ñêëàäàëàñÿ ç ðîòàö³éíîãî é òóðáîìî-
ëåêóëÿðíîãî íàñîñ³â. Áàçîâèé òèñê ó ðîáî÷³é
êàìåð³ ñòàíîâèâ áëèçüêî 5·10-4 Ïà. ̳øåíü ïîë³-
êðèñòàë³÷íîãî B4Ñ (ä³àìåòð 75 ìì) ðîçïèëþâàëè
â àðãîí³ (÷èñòîòà 99,999%) çà òèñêó 0,5 Ïà òà
ïîòóæíîñò³ ðîçðÿäó 300 Âò. ³äñòàíü ì³æ ì³øåí-
íþ é ï³äêëàäêîþ — 50 ìì. Ïë³âêè îñàäæóâàëè
íà ìîíîêðèñòàë³÷í³ ï³äêëàäêè Si(111). Ó ïðîöåñ³
îñàäæåííÿ ï³äêëàäêà àáî áóëà çàçåìëåíà, àáî
íà íå¿ ïîäàâàëè íåãàòèâíå çì³ùåííÿ äî –200 Â çà
äîïîìîãîþ Â×-äæåðåëà ç ÷àñòîòîþ 13,56 ÌÃö.
Ðÿä ïë³âîê áóëî íàíåñåíî íà çàçåìëåí³ ï³äêëàä-
êè, çàçäàëåã³äü íàãð³ò³ äî 300, 500, 700, 800, 900,
940 ³ 970 C. Ïë³âêè ³íøî¿ ñå𳿠áóëî íàíåñåíî íà
ï³äêëàäêè, ÿê³ íå íàãð³âàëè, àëå íà íèõ ïîäàâàëè
çì³ùåííÿ â³ä 0 äî –200 Â. Óñ³ ï³äêëàäêè çàçäà-
ëåã³äü îáðîáëÿëè â óëüòðàçâóêîâ³é âàíí³ ïðîòÿ-
ãîì 10 õâ ó ñóì³ø³ àöåòîíó, òîëóîëó òà ³çîïðîï³-
ëîâîãî ñïèðòó (1:1:1). Ïåðåä îñàäæåííÿì ïë³âîê
ï³äêëàäêè î÷èùóâàëè øëÿõîì ðîçïèëåííÿ ¿õíüî¿
ïîâåðõí³ ³îíàìè àðãîíó çà òèñêó 5·10-1 Ïà òà
íàïðóãè çì³ùåííÿ –300 Â. Ïåðåä êîæíèì öèê-
ëîì îñàäæåííÿ ì³øåíü î÷èùóâàëè âïðîäîâæ
15 õâ â ðîçðÿä³ àðãîíó çà ïîòóæíîñò³ 300 Âò.
ʳíåöü ïðîöåñó î÷èùåííÿ êîíòðîëþâàëè çà íà-
ïðóãîþ ðîçðÿäó. Òîâùèíó ïë³âîê âèì³ðþâàëè íà
ïðîô³ëîìåòð³ «Alfa-step»; âîíà âàð³þâàëàñÿ â
ìåæàõ 1,1–1,6 ìêì çàëåæíî â³ä óìîâ îñàäæåí-
íÿ. Õ³ì³÷íèé ñêëàä ïë³âîê âèçíà÷àëè ìåòîäîì
åëåêòðîííî-çîíäîâîãî ðåíòãåí³âñüêîãî ì³êðî-
àíàë³çó (EPMA) íà ïðèëàäàõ «Jeol JXA-733» ³
«Camebax-50». Ñòðóêòóðó ïë³âîê äîñë³äæóâàëè
çà ê³ìíàòíî¿ òåìïåðàòóðè ìåòîäîì ðàìàí³âñü-
êî¿ ñïåêòðîñêîﳿ (Renishaw Ramascope, ìîäåëü
1000, lAr = 514,5 íì) nf äèôðàêö³¿ åëåêòðîí³â íà
â³ääçåðêàëåííÿ (åëåêòðîíîãðàô ÅÌÐ-100).
Ñòðóêòóðó ïë³âêè, îñàäæåíî¿ çà 970 °Ñ, âèâ-
÷àëè çà äîïîìîãîþ ïðîñâ³÷óâàëüíîãî åëåêò-
ðîííîãî ì³êðîñêîïà «JEM-100CX II (Jeol)». Ó
öüîìó âèïàäêó ï³ñëÿ ìåõàí³÷íîãî ïîòîíøóâàí-
íÿ ï³äêëàäêè çðàçîê ï³ääàâàëè ³îííîìó òðàâ-
ëåííþ.
×àñòîòè ðàìàí³âñüêèõ ñìóã âèçíà÷àëè ïðÿìî
ç³ ñïåêòð³â áåç áóäü-ÿêîãî ðîçêëàäàííÿ ¿õ.
Òâåðä³ñòü ïë³âîê ³ çâåäåíèé ìîäóëü ïðóæíîñò³
Er = E/(1 – n2), äå E ³ n — ìîäóëü Þíãà òà êî-
åô³ö³ºíò Ïóàññîíà â³äïîâ³äíî, âèì³ðþâàëè íà àïà-
ðàòóð³ «NanotestTM Nt600» ç ³íäåíòîðîì Áåðêî-
âè÷à çà íàâàíòàæåíü 5–50 ìÍ. Ñåðåäí³ âåëè÷è-
íè òâåðäîñò³ é ìîäóëÿ ïðóæíîñò³ îá÷èñëþâàëè ç
êðèâèõ íàâàíòàæåííÿ-ðîçâàíòàæåííÿ çà ï’ÿòüìà
íåçàëåæíèìè âèì³ðþâàííÿìè, âèêîðèñòîâóþ÷è
àíàë³ç, çàïðîïîíîâàíèé Îë³âåðîì ³ Ôàððîì [14].
Ìàêñèìàëüíå íàâàíòàæåííÿ, çà ÿêîãî ãëèáèíà
ïðîíèêíåííÿ ³íäåíòîðà íå ïåðåâèùóâàëà ~12%
òîâùèíè ïë³âîê, äîð³âíþâàëî 10 ìÍ. Çà òàêèõ
óìîâ íàíî³íäåíòóâàííÿ ï³äêëàäêà êðåìí³þ íå
âïëèâàëà ñóòòºâî íà òâåðä³ñòü ïë³âêè, âîäíî÷àñ
ãëèáèíà ïðîíèêíåííÿ ³íäåíòîðà áóëà ÷èìàëîþ, ùî
çìåíøóâàëî ïîõèáêó âèì³ðþâàííÿ. Âèì³ðþâàí-
íÿ çà ð³çíèõ íàâàíòàæåíü çä³éñíþâàëè â îäíîìó
ëîêàëüíîìó ì³ñö³ äëÿ ïîð³âíÿííÿ.
Ðîçðàõóíêè àòîìíî¿ é åëåêòðîííî¿ ñòðóêòóð ñ-
³ à-Â4Ñ çä³éñíþâàëè çà äîïîìîãîþ ïåðøîïðèí-
öèïíîãî ìåòîäó ïñåâäîïîòåíö³àëó, ðåàë³çîâàíîãî
â êîäàõ «Quantum espresso» [15]. Ðîçãëÿäàëè
15-àòîìí³ ðîìáîåäðè÷í³ òà 45-àòîìí³ ãåêñàãî-
íàëüí³ åëåìåíòàðí³ êîì³ðêè äëÿ Ð- é Ñb-êðèñòà-
ë³÷íèõ ñòðóêòóð. Íîðìîçáåðåæí³ ïñåâäîïîòåíö³à-
ëè ãåíåðîâàíî ç óðàõóâàííÿì íàáëèæåííÿ ëîêàëü-
íî¿ ãóñòèíè äëÿ îáì³ííî-êîðåëÿö³éíîãî ÷ëåíà â
òðàêòóâàíí³ [16]. Ðîçêëàäàííÿ ïëîñêèõ õâèëü
çä³éñíþâàëè äî åíåðã³é 36 гäáåðã, à ³íòåãðóâàí-
íÿ âèêîíóâàëè çà íàáîðîì ñïåö³àëüíèõ òî÷îê
(6 6 6) ³ (2 2 2) äëÿ êðèñòàë³÷íèõ òà àìîðôíî¿
ñòðóêòóð â³äïîâ³äíî øëÿõîì ðîçìèòòÿ âëàñíèõ
çíà÷åíü ãàóññ³àíîì ³ç ïàðàìåòðîì ðîçìèòòÿ, ùî
äîð³âíþº 0,02 гäáåðã. Óñ³ ñòðóêòóðè áóëî ðåëàê-
ñîâàíî ÿê çà îá’ºìîì, òàê ³ çà ïîëîæåííÿì àòîì³â
â åëåìåíòàðí³é êîì³ðö³ ç òî÷í³ñòþ 0,007 åÂ/A [15].
Àìîðôíèé çðàçîê îòðèìóâàëè â ðàìêàõ ìîëåêó-
ëÿðíî¿ äèíàì³êè øëÿõîì îõîëîäæåííÿ ðîçïëàâó
B4Ñ, îäåðæàíîãî çà òåìïåðàòóðè (4227 °Ñ) òà âè-
86
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
ТОНКИЕ ПЛЕНКИ И ДРУГИЕ ДВУМЕРНЫЕ ОБЪЕКТЫ
òðèìêè ïðîòÿãîì 1 ïñ. Øâèäê³ñòü îõîëîäæåííÿ
çðàçêà äî ê³ìíàòíî¿ òåìïåðàòóðè ñòàíîâèëà
~1013 ãðàä/ñ. Ìîäåëþâàííÿ çä³éñíþâàëè ³ç çà-
ñòîñóâàííÿì NVT-àíñàìáëþ äëÿ êóá³÷íî¿ åëåìåí-
òàðíî¿ êîì³ðêè ç³ 135 àòîì³â. Ãóñòèíà àìîðôíîãî
çðàçêà äîð³âíþâàëà ãóñòèí³ êðèñòàëà. Ðåçóëüòó-
þ÷èé çðàçîê áóëî ðåëàêñîâàíî ç óðàõóâàííÿì
îá’ºìó òà ïîëîæåííÿ â êîì³ðö³.
Ðåçóëüòàòè òà ¿õ îáãîâîðåííÿ
Ðåçóëüòàòè äîñë³äæåííÿ õ³ì³÷íîãî ñêëàäó
çàëåæíî â³ä òåìïåðàòóðè ï³äêëàäêè é íåãàòèâ-
íîãî çì³ùåííÿ íà í³é ñâ³ä÷àòü, ùî â ìåæàõ òî÷-
íîñò³ âèì³ðþâàíü ñêëàä óñ³õ ïë³âîê áëèçüêèé äî
ñêëàäó, ùî â³äïîâ³äຠôîðìóë³ B4C, é ïðàêòè÷íî
íå çàëåæèòü àí³ â³ä òåìïåðàòóðè ï³äêëàäêè, àí³
â³ä íàïðóãè çì³ùåííÿ. Âì³ñò êèñíþ â ïë³âêàõ —
äî 0,1 àò.%. Àðãîí çîâñ³ì íå ô³êñóºòüñÿ â
ïë³âêàõ, îñàäæåíèõ ïðè T 700 °C. Ó ïîì³òí³é
ê³ëüêîñò³ (äî 5 àò.%) â³í ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ëèøå â
ïë³âêàõ, îñàäæåíèõ íà õîëîäí³ ï³äêëàäêè, òà çà
íåãàòèâíèõ çì³ùåíü íà ï³äêëàäö³.
Íà ðèñ. 2 ïîêàçàíî çàëåæí³ñòü âåëè÷èíè òâåð-
äîñò³ (H) ³ ìîäóëÿ ïðóæíîñò³ (Er) ïë³âîê, îñàäæå-
íèõ íà íåïðîãð³òèõ ï³äêëàäêàõ, â³ä íåãàòèâíî¿ íà-
ïðóãè çì³ùåííÿ íà ï³äêëàäö³. Âèäíî, ùî ïåðâèí-
íå çá³ëüøåííÿ íåãàòèâíîãî çì³ùåííÿ íà ï³äêëàäö³
äî –100 àáî –165 Â ïðèçâîäèòü äî çìåíøåííÿ
òâåðäîñò³ é ìîäóëÿ ïðóæíîñò³. Ïîäàëüøå çðîñ-
òàííÿ çì³ùåííÿ äî –220  çóìîâëþº íåçíà÷íå
çá³ëüøåííÿ öèõ âåëè÷èí, ³ìîâ³ðíî, çàâäÿêè ïåâ-
íîìó â³äïàëþâàííþ ïë³âêè âíàñë³äîê çðîñòàííÿ
³íòåíñèâíîñò³ ³îííîãî áîìáàðäóâàííÿ. Ïîâåä³í-
êà öèõ âåëè÷èí êîðåëþº òàêîæ ³ç ÷àñòêîþ Ar ó
ïë³âêàõ, ÿêà ñïî÷àòêó çðîñòàº ç³ çá³ëüøåííÿì
çì³ùåííÿ äî –100 Â, à äàë³ òðîõè çìåíøóºòüñÿ
ïðè çá³ëüøåíí³ çì³ùåííÿ äî –165 òà –220 Â.
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíî çàëåæí³ñòü ìåõàí³÷íèõ âëàñ-
òèâîñòåé ïë³âîê êàðá³äó áîðó â³ä òåìïåðàòóðè
îñàäæåííÿ àæ äî 940 °C. ²ç ðèñ. 3 âèäíî, ùî
òâåðä³ñòü ³ ìîäóëü ïðóæíîñò³ çá³ëüøóþòüñÿ ïðè
çðîñòàíí³ òåìïåðàòóðè ï³äêëàäêè, ïðîòå ¿õí³ çíà-
÷åííÿ çàëèøàþòüñÿ ìåíøèìè, àí³æ â³äïîâ³äí³ çíà-
÷åííÿ äëÿ ìàñèâíîãî ìàòåð³àëó, ç ÿêîãî âèãîòîâ-
ëåíî ì³øåíü: H ~ 41 ÃÏà, Er ~ 518 ÃÏà, H/E = 0,08.
Íàø³ äîñë³äæåííÿ ñâ³ä÷àòü, ùî êðåìí³ºâà
ï³äêëàäêà çàâòîâøêè 350 ìêì ³ñòîòíî âïëèâຠíà
çíà÷åííÿ ìîäóëÿ ïðóæíîñò³ ïë³âêè, òîìó éîãî ðå-
àëüíó âåëè÷èíó êðàùå áóëî á âèçíà÷àòè çà
ì³í³ìàëüíîãî íàâàíòàæåííÿ íà ³íäåíòîð, õî÷à ïðè
öüîìó çá³ëüøóºòüñÿ ïîõèáêà âèì³ðþâàííÿ; òàêèé
ï³äõ³ä ïîòðåáóº ïîäàëüøîãî âèâ÷åííÿ. ²ç ö³º¿ ïðè-
÷èíè âåëè÷èíè Er, îòðèìàí³ ïðè íàâàíòàæåíí³
10 ìÍ, íå º ðåàëüíèìè âåëè÷èíàìè, à ëèøå â³äîá-
ðàæàþòü òåíäåíö³þ çì³íè öèõ ïàðàìåòð³â çàëåæ-
íî â³ä óìîâ îñàäæåííÿ. Êðèñòàë³÷íà ïë³âêà, îò-
ðèìàíà ïðè 970 °C, íà â³äì³íó â³ä óñ³õ ³íøèõ, ïî-
êàçóº çìåíøåííÿ é òâåðäîñò³, é ìîäóëÿ ïðóæíîñò³
ïðè çá³ëüøåíí³ íàâàíòàæåííÿ äî 50 ìÍ. Çíà÷íèé
ðîçêèä öèõ âåëè÷èí ñïîñòåð³ãàºòüñÿ íàâ³òü çà ïî-
ñò³éíîãî íàâàíòàæåííÿ. Ïðèñóòí³ñòü çëàì³â íà
äåÿêèõ êðèâèõ íàâàíòàæåííÿ äëÿ ö³º¿ ïë³âêè ãî-
âîðèòü ïðî ïîÿâó â í³é òð³ùèí ó ïðîöåñ³ íàâàíòà-
æåííÿ. Òàê³ êðèâ³ é â³äïîâ³äí³ äàí³ ìè òóò íå ðîç-
ãëÿäàºìî. Ìè àíàë³çóºìî ãëàäê³ êðèâ³ íàâàíòà-
æåííÿ-ðîçâàíòàæåííÿ. Ïðè öüîìó â á³ëüøîñò³
Ðèñ. 2. Òâåðä³ñòü (Í) ³ ìîäóëü ïðóæíîñò³ (Å) ïë³âîê ÿê
ôóíêö³¿ çì³ùåííÿ íà ï³äêëàäö³. ϳäêëàäêè ñïåö³àëüíî
íå íàãð³âàëèñÿ
320
300
280
260
28
26
24
22
20
-250 -200 -150 -100 -50 0
Çì³ùåííÿ, Â
Å,
Ã
Ï
à
Í
, Ã
Ï
à
87
М
АТ
ЕР
И
АЛ
О
ВЕ
Д
ЕН
И
Е
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
Ðèñ. 4. Êàðòèíà ì³êðîäèôðàêö³¿ (à) òà ì³êðîñòðóêòóðà
ïë³âêè (b), îñàäæåíî¿ ïðè TS = 970 C
á
a
Ðèñ. 3. Òâåðä³ñòü (Í) ³ ìîäóëü ïðóæíîñò³ (Å) ïë³âîê ÿê
ôóíêö³¿ òåìïåðàòóðè ï³äêëàäêè. ϳäêëàäêè áóëî
çàçåìëåíî
38
36
34
32
30
28
26
0 200 400 600 800 1000
Òåìïåðàòóðà ï³äêëàäêè, Ñ
Í
, Ã
Ï
à
360
340
320
300
Å,
Ã
Ï
à
Ud = 0
âèì³ðþâàíü òâåðä³ñòü êðèñòàë³÷íî¿ ïë³âêè ñòàíî-
âèëà ~40 ÃÏà, îäíàê ó äåÿêèõ âèïàäêàõ äîñÿãà-
ëà âåëè÷èí 44–60 ÃÏà, ùî ïåðåâèùóº çíà÷åííÿ
äëÿ ìàñèâíîãî ìàòåð³àëó (~41 ÃÏà). Òàê³ âèñîê³
çíà÷åííÿ ìîæóòü ñâ³ä÷èòè ïðî ìîæëèâó ìåæó
òâåðäîñò³, äîñÿæíó äëÿ äàíîãî ìàòåð³àëó, òà ïî-
ÿñíþâàòèñÿ ëîêàëüíèì ôîðìóâàííÿì íàíîêîì-
ïîçèö³éíî¿ ñòðóêòóðè, ÿêà ñêëàäàºòüñÿ ç êàðá³äó
áîðó é ñåãðåãîâàíîãî çà ö³º¿ òåìïåðàòóðè âóãëå-
öþ, ïðî ùî ï³äå ìîâà íèæ÷å. Ìîäóëü ïðóæíîñò³
(518 ÃÏà) ó öèõ âèïàäêàõ íèæ÷èé, àí³æ ó ìàñèâ-
íîìó ìàòåð³àë³ äëÿ ìîíîêðèñòàë³÷íîãî B4,.3C
(~530–540 ÃÏà) [17]. Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî íåäàâ-
íî ç’ÿâèëîñÿ ïîâ³äîìëåííÿ ïðî íîâó íàäòâåðäó
êóá³÷íó ôàçó BÑx ³ç âåëè÷èíàìè òâåðäîñò³ 78 ÃÏà
òà ìîäóëÿ ïðóæíîñò³ 900–1000 ÃÏà, âèçíà÷åíè-
ìè ç êðèâèõ íàíî³íäåíòóâàííÿ [18].
²ç êàðòèí åëåêòðîííî¿ äèôðàêö³¿ íà â³äáèòòÿ (òóò
íå ïîêàçàíèõ) âèïëèâàº, ùî ïë³âêè çðîñòàþòü àìîðô-
íèìè àæ äî òåìïåðàòóðè îñàäæåííÿ 900 °C é ïî-
÷èíàþòü êðèñòàë³çóâàòèñÿ çà TS = 940 °C.
Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíî ì³êðîñòðóêòóðó êðèñòà-
ë³÷íî¿ ïë³âêè, îñàäæåíî¿ çà TS = 970 °C, òà ¿¿
ì³êðîåëåêòðîííó äèôðàêö³éíó êàðòèíó, îòðèìà-
íó çà äîïîìîãîþ ïðîñâ³÷óâàëüíîãî åëåêòðîííî-
ãî ì³êðîñêîïà. Ó òàáëèö³ íàâåäåíî ì³æïëîùèíí³
â³äñòàí³ äëÿ êðèñòàë³÷íîãî B4C (òàáëèö³ ICDD)
òà äëÿ âèñîêîòåìïåðàòóðíî¿ ïë³âêè. Ïîð³âíÿííÿ
ì³æïëîùèííèõ â³äñòàíåé, óçÿòèõ ³ç òàáëèöü
ICDD äëÿ êðèñòàë³÷íîãî B4C, ç òàêèìè ñàìè-
ìè, îòðèìàíèìè äëÿ ïë³âêè, îñàäæåíî¿ çà
TS = 970 °C, ñâ³ä÷èòü ïðî ¿õíþ ³äåíòè÷í³ñòü. Ðîçì³ð
çåðåí ó ïë³âö³ çì³íþºòüñÿ â ìåæàõ 10–200 íì, õî÷à
çóñòð³÷àþòüñÿ é çåðíà ðîçì³ðîì 400 íì.
Äàí³ ðàìàí³âñüêî¿ ñïåêòðîñêîﳿ ï³äòâåðäæó-
þòü ³ äîïîâíþþòü âèñíîâêè, çðîáëåí³ íà ï³äñòàâ³
àíàë³çó ðåçóëüòàò³â åëåêòðîííî¿ ì³êðîñêîﳿ.
Íà ðèñ. 5 ïîêàçàíî ðàìàí³âñüê³ ñïåêòðè ïë³âîê,
îòðèìàíèõ çà ð³çíèõ òåìïåðàòóð ï³äêëàäêè â³ä 500
³ äî 970 °C, à òàêîæ ñïåêòð â³ä ì³øåí³ ïîë³êðèñ-
òàë³÷íîãî êàðá³äó áîðó. Ïîëîæåííÿ é â³äíîñíà
³íòåíñèâí³ñòü ÷³òêèõ ñìóã ó ñïåêòð³ â³ä ì³øå-
88
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
Òàáëèöÿ. ̳æïëîùèíí³ â³äñòàí³ äëÿ êðèñòàë³÷íîãî
B4C, âçÿò³ ç òàáëèöü ICDD [75-424], òà äëÿ ïë³âêè,
îñàäæåíî¿ çà TS = 970 C
Ðèñ. 5. Ðàìàí³âñüê³ ñïåêòðè ïë³âîê, îòðèìàíèõ ïðè ð³çíèõ òåìïåðàòóðàõ ï³äêëàäêè
60
50
40
30
20
10
400 800 1200 1600
Ðàìàí³âñüêèé çñóâ, ñì-1
970 Ñ
940 Ñ
900 Ñ
800 Ñ700 Ñ
500 Ñ320 480
533
72
5 82
5 10
00
10
87
²íòåíñèâí³ñòü, äîâ. îä.
TARGET
í³ (320, 480, 533, 725, 825, 1000 ³ 1087 ñì-1) äîáðå
óçãîäæóþòüñÿ ç ë³òåðàòóðíèìè äàíèìè äëÿ ïîë³-
êðèñòàë³÷íîãî B4C, âèãîòîâëåíîãî ãàðÿ÷èì ïðå-
ñóâàííÿì [19].  îêðåìèõ ëîêàëüíèõ ì³ñöÿõ
ì³øåí³ âèäíî òàêîæ ñë³äè â³ä ñåãðåãàö³¿ àìîðô-
íîãî âóãëåöþ. Òðåáà çàçíà÷èòè, ùî ³äåíòèô³êàö³ÿ
ðàìàí³âñüêèõ ìîä B4C çàëèøàºòüñÿ ïîêè ùî ïðåä-
ìåòîì äèñêóñ³é. Çîêðåìà íåçíà÷íèé ï³ê ïðè
380 ñì-1 ìຠíåâ³äîìå ïîõîäæåííÿ. Íèí³ âñòà-
íîâëåíî, ùî ³êîñàåäðè B11C â³äïîâ³äàëüí³ çà ïî-
ÿâó ñìóã â îáëàñò³ 533 ñì-1 (êîëèâàëüíà ìîäà) é
1087 ñì-1 (äèõàëüíà ìîäà). Êîëèâàííÿ çâ’ÿçê³â
B–B âñåðåäèí³ ³êîñàåäð³â ³ ì³æ íèìè ïðèïàäàþòü
íà ³íòåðâàë 700–900 ñì-1, à ñìóãà 481 ñì-1 â³äïî-
â³äຠêîëèâàííÿì (ðîçòÿãóâàííþ) ëàíöþæê³â
C–B–C [20]. Ñìóãà ïîáëèçó 1000 ñì-1 ïðèïèñóºòüñÿ
ìîä³ îáåðòàííÿ ëàíöþæêîâèõ àòîì³â [20]. Ñïåê-
òðè â³ä ïîë³êðèñòàë³÷íèõ ïë³âîê, îñàäæåíèõ çà
~940 °C òà 970 °C, ñõîæ³ íà ñïåêòð ì³øåí³ B4C,
àëå ñìóãè äëÿ íèõ òðîõè ðîçøèðåí³. Îêð³ì ñìóã,
îáóìîâëåíèõ B4C, ó ñïåêòðàõ öèõ ïë³âîê º ñëàá-
êà øèðîêà ñìóãà ïðè ~1550 ñì-1, ÿêó ñïðè÷èíåíî
ñåãðåãàö³ºþ àìîðôíîãî âóãëåöþ, òà ³íòåíñèâíà
ñìóãà ïðè 520 ñì-1 â³ä ï³äêëàäêè Si. Ö³ ñìóãè íå
ñïîñòåð³ãàþòüñÿ â ñïåêòðàõ àìîðôíèõ ïë³âîê,
îñàäæåíèõ çà òåìïåðàòóð, íèæ÷èõ â³ä 900 °C.
Îñê³ëüêè òîâùèíà ïë³âîê ïðèáëèçíî îäíàêîâà (1,1–
1,6 ìêì), ïîÿâà ñèãíàëó â³ä ï³äêëàäêè Si îçíà÷àº,
ТОНКИЕ ПЛЕНКИ И ДРУГИЕ ДВУМЕРНЫЕ ОБЪЕКТЫ
89
М
АТ
ЕР
И
АЛ
О
ВЕ
Д
ЕН
И
Е
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
Ðèñ. 6. Êîíô³ãóðàö³ÿ àòîì³â ó òåîðåòè÷íîìó çðàçêó
-B4C. Ñâ³òë³ é òåìí³ êðóæàëüöÿ ïîçíà÷àþòü aòîìè
áîðó òà âóãëåöþ. Öèôðàìè ïîçíà÷åíî êîîðäèíàö³éíå
÷èñëî äàíîãî àòîìà
5
5
64
4
ùî êðèñòàë³÷í³ ïë³âêè (~1,6 ìêì) ïðîçîð³ äëÿ ö³º¿
äîâæèíè ñâ³òëà (514 íì), à àìîðôí³ — í³.
Íà ðàìàí³âñüêèõ ñïåêòðàõ ïë³âîê, îñàäæåíèõ
çà TS 800 °C, ñïîñòåð³ãàþòüñÿ øèðîêà ³íòåí-
ñèâíà àñèìåòðè÷íà ñìóãà ç ìàêñèìóìîì ó ä³ëÿíö³
1100 ñì-1 òà äóæå ñëàáê³ øèðîê³ îïóêëîñò³ ïðè
600 ³ 750 ñì-1. Ñïåêòðè ïë³âîê, îòðèìàíèõ â ³íòåð-
âàë³ â³ä 50 àæ äî 800 °C, çäåá³ëüøîãî ³äåíòè÷í³,
õî÷à êîìïîíåíòà 750 ñì-1 ñòຠïîì³òí³øîþ äëÿ
ïë³âêè, îòðèìàíî¿ çà Td = 800 °C, çà TS = 900 °C
ç’ÿâëÿºòüñÿ äóáëåò 725/825 ñì-1, à îñíîâíà ñìó-
ãà ïîáëèçó 1100 ñì-1 ñòຠâèðàçí³øîþ.
Íà ï³äñòàâ³ äîñë³äæåííÿ ðàìàí³âñüêèõ
ñïåêòð³â çðàçê³â, îòðèìàíèõ çà ð³çíèõ òåìïåðà-
òóð ³ çì³ùåíü, ìîæíà çðîáèòè âèñíîâîê, ùî
ïë³âêè, îñàäæåí³ çà TS < 900 °C, º àìîðôíèìè, à
çì³ùåííÿ âïëèâຠíà ñïåêòðè íåñóòòºâî.
Ïîâåðí³ìîñÿ äî àíàë³çó ìåõàí³÷íèõ õàðàêòå-
ðèñòèê ïë³âîê, íàâåäåíèõ íà ðèñ. 2 ³ 3. Îñê³ëüêè
ñêëàä ïë³âîê, îòðèìàíèõ çà ð³çíèõ óìîâ, çàëè-
øàºòüñÿ ïðàêòè÷íî îäíàêîâèì ó ìåæàõ òî÷íîñò³
âèì³ðþâàíü ³ çá³ãàºòüñÿ ç³ ñêëàäîì ì³øåí³, âàð³-
þâàííÿ ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòåé ïë³âîê çàëåæ-
íî â³ä ðåæèì³â îñàäæåííÿ ìè ïðèïèñóºìî âïëèâó
çì³í ó ¿õí³é ì³êðîñòðóêòóð³. Òâåðä³ñòü ³ ìîäóëü
ïðóæíîñò³ çì³íþþòüñÿ â³äïîâ³äíî äî çì³í êîíöåí-
òðàö³¿ Ar ó ïë³âêàõ êàðá³äó áîðó, ùî áóëî çàçíà÷å-
íî ðàí³øå â ðîáîò³ [6]. Ïîñèëåííÿ ³íòåíñèâíîñò³
³îííîãî áîìáàðäóâàííÿ â ïðîöåñ³ ðîñòó ïë³âêè ïðè
çá³ëüøåíí³ çì³ùåííÿ ïðèçâîäèòü äî ïîÿâè ÷èñëåí-
íèõ ðàä³àö³éíèõ äåôåêò³â ó ïîâåðõíåâîìó øàð³ [6].
Öå çóìîâëþº ïîðóøåííÿ áëèçüêîãî ïîðÿäêó
(îñîáëèâî â ðå÷îâèíàõ ³ç êîâàëåíòíèì çâ’ÿçêîì)
³, ÿê íàñë³äîê, çíèæóº òâåðä³ñòü òà ìîäóëü ïðóæ-
íîñò³. Çá³ëüøåííÿ çì³ùåííÿ äî –220  ñïðè÷è-
íþº, éìîâ³ðíî, òàêå çðîñòàííÿ ïîâåðõíåâî¿ òåì-
ïåðàòóðè, ÿêå çìåíøóº âì³ñò Ar ó ïë³âö³ é òðîõè
êîìïåíñóº àòîìíå ðîçóïîðÿäêóâàííÿ, âèêëèêàíå
³îííèì áîìáàðäóâàííÿì. Ó ðåçóëüòàò³ òâåðä³ñòü
³ ìîäóëü ïðóæíîñò³ äåùî çðîñòàþòü. Áîìáàðäó-
âàííÿ ³îíàìè ïðè çì³ùåíí³ íà ï³äêëàäö³ –50  íå
çì³íþº ðîçòàøóâàííÿ àòîì³â ó ïîâåðõíåâîìó
øàð³, àëå òðîõè çá³ëüøóº íàïðóãó ñòèñêàííÿ â
ïë³âö³. Ñë³ä çàçíà÷èòè òàêîæ, ùî çá³ëüøåííÿ
ê³ëüêîñò³ àòîì³â Ar, àêóìóëüîâàíèõ ïåðåâàæíî íà
ìåæàõ êëàñòåð³â, ìຠâæå ïîñëàáëþâàòè çâ’ÿçêè
ì³æ êëàñòåðàìè é ïîëåãøóâàòè ¿õíº âçàºìíå êîâ-
çàííÿ. Çá³ëüøåííÿ òåìïåðàòóðè çóìîâëþº ïî-
ñòóïîâå ï³äâèùåííÿ âïîðÿäêóâàííÿ ñòðóêòóðè òà,
ÿê íàñë³äîê, çá³ëüøåííÿ òâåðäîñò³. Ìîäóëü ïðóæ-
íîñò³ ïðè öüîìó ñïî÷àòêó çðîñòຠïðè çá³ëüøåíí³
òåìïåðàòóðè äî 700 C, à ïîò³ì â ³íòåðâàë³ â³ä
700 äî 940 îC çàëèøàºòüñÿ ìàéæå íåçì³ííèì
(~340–350 ÃÏà), õî÷à ïë³âêà, îòðèìàíà ïðè 940 C,
âæå ìຠïîë³êðèñòàë³÷íó ñòðóêòóðó. Öå, éìîâ³ð-
íî, ïîÿñíþºòüñÿ íåïîâíîþ êðèñòàë³çàö³ºþ ïë³âêè,
ùî ï³äòâåðäæóºòüñÿ íàøèìè ïîïåðåäí³ìè âèì³-
ðþâàííÿìè îïòè÷íèõ êîíñòàíò. Ïë³âêà, îñàäæå-
íà çà 970 C, ìຠäîñêîíàë³øó ñòðóêòóðó. Ó äåÿ-
êèõ ëîêàëüíèõ ì³ñöÿõ ¿¿ ìîäóëü ïðóæíîñò³ ïåðå-
âèùóº 400 ÃÏà, à òâåðä³ñòü á³ëüøà çà òâåðä³ñòü
ìàñèâíîãî ìîíîêðèñòàë³÷íîãî B4Ñ. ²ñòîòíó ð³çíè-
öþ â ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòÿõ äëÿ öèõ ïîë³êðèñ-
òàë³÷íèõ ïë³âîê, îñàäæåíèõ çà áëèçüêèõ òåìïå-
ðàòóð 940 ³ 970 C, ìîæå áóòè çóìîâëåíî ð³çíîþ
ì³êðîñòðóêòóðîþ ïë³âîê, à ñàìå ð³çíîþ òåêñòó-
ðîþ òà íåãîìîãåíí³ñòþ ïë³âîê ÷åðåç íåîäíàêî-
âèé ñòóï³íü ñåãðåãàö³¿ ëîêàëüíî íàäëèøêîâîãî
â³ëüíîãî âóãëåöþ. Ëîêàëüí³ ôëóêòóàö³¿ ïîòîêó
àòîì³â B ³ C ïîáëèçó ï³äêëàäêè ìîæóòü ñïðèÿòè
ôîðìóâàííþ êëàñòåð³â ³ç ð³çíèì ñêëàäîì.
Çá³ëüøåííÿ òåìïåðàòóðè ï³äêëàäêè ïîë³ïøóº
áëèçüêèé àòîìíèé ïîðÿäîê óñåðåäèí³ êëàñòåð³â.
90
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
Ðèñ. 7. Ïàðíà êîðåëÿö³éíà ôóíêö³ÿ (ë³âà ïàíåëü) ³ ðîçïîä³ë çà êóòàìè g( ) çâ’ÿçê³â áîðó Õ1––Õ2 ³ âóãëåöþ
Õ1–Ñ–Õ2, äå Õ1, Õ2 = Ñ,  (ïðàâà ïàíåëü) äëÿ -Â4Ñ (ñóö³ëüíà êðèâà) òà Ð — ñòðóêòóðè -Â4Ñ (ïóíêòèðíà êðèâà)
2 3 4 5
R, A
Ï
àð
íà
ê
îð
åë
ÿö
³é
íà
ô
óí
êö
³ÿ
, ä
îâ
. î
ä.
C–C
–C
–Â
40 60 80 100 120 140 160 180 200
, ãðàäóñè
X1–B–X2
X1–C–X2g(
),
äî
â.
î
ä.
Îñê³ëüêè êîíöåíòðàö³ÿ âóãëåöþ â îòðèìàíèõ
ïë³âêàõ áëèçüêà äî ¿¿ âåðõíüî¿ ìåæ³ ~21,6 àò.%
äëÿ òàê çâàíî¿ ôàçè B4Ñ (20 àò.%), òî ëîêàëüíî
íàäëèøêîâ³ àòîìè Ñ ìîæóòü ôîðìóâàòè ìàë³ êëà-
ñòåðè, ùî ñïðè÷èíþº óòâîðåííÿ íàíîêîìïîçèò-
íî¿ ôàçè B4Ñ/Ñ. Ìàë³ âêëþ÷åííÿ â³ëüíîãî âóãëå-
öþ âèÿâëÿþòü çà äîïîìîãîþ ðàìàí³âñüêî¿ ñïåê-
òðîñêîﳿ â íàøèõ êðèñòàë³÷íèõ ïë³âêàõ (ðèñ. 4) ³
íàâ³òü ó ìîíîêðèñòàëàõ êàðá³äó áîðó [20]. ²íòåí-
ñèâí³ñòü ñìóãè ïðè ~1550 ñì-1, ùî àñîö³þºòüñÿ ç
àìîðôíèì âóãëåöåì, ó ïë³âö³, îñàäæåí³é çà 970 C,
òðîõè âèùà, í³æ ó ïë³âö³, îñàäæåí³é çà 940 C. Öå
îçíà÷àº, ùî çá³ëüøåííÿ òåìïåðàòóðè îñàäæåííÿ
â³ä 940 äî 970 C ïðèçâîäèòü äî ïîñèëåííÿ ñåã-
ðåãàö³¿ â³ëüíîãî âóãëåöþ. Ðîçïîä³ë â³ëüíîãî âóã-
ëåöþ äîâêîëà çåðåí B4Ñ àáî ïîðÿä ³ç íèìè ó âèã-
ëÿä³ ìàëèõ êëàñòåð³â ìîæå ³ñòîòíî âïëèâàòè íà
òâåðä³ñòü ³ ìîäóëü ïðóæíîñò³ òà çóìîâëþº ðîç-
êèä öèõ âèì³ðþâàíèõ âåëè÷èí, ùî é ñïîñòåð³ãàºòü-
ñÿ äëÿ ïë³âêè, îñàäæåíî¿ çà 970 C.
Ùîá âèÿâèòè îñîáëèâîñò³ ñòðóêòóðîóòâîðåí-
íÿ àìîðôíèõ ïë³âîê B4C (îñàäæåíèõ çà íèçüêèõ
òåìïåðàòóð ï³äêëàäêè), ìè ïðîâåëè ìîäåëþâàí-
íÿ êðèñòàë³÷íèõ P- ³ Cb-ñòðóêòóð òà àìîðôíî¿
ôàçè B4C ó ðàìêàõ ïåðøîïðèíöèïíîãî ìåòîäó
ïñåâäîïîòåíö³àëó. Íà ðèñ. 6 ïîêàçàíî àòîìíó
êîíô³ãóðàö³þ àìîðôíîãî òåîðåòè÷íîãî çðàçêà.
Âèäíî, ùî â çðàçêó -B4C â³äñóòí³ ëàíöþæêè,
íàÿâí³ ó êðèñòàë³÷í³é ñòðóêòóð³.
Äëÿ òî÷í³øî¿ ³äåíòèô³êàö³¿ ñòðóêòóðè àìîðô-
íîãî çðàçêà ïðîàíàë³çóéìî éîãî ïàðíó êîðåëÿö-
³éíó ôóíêö³þ òà ôóíêö³þ ðîçïîä³ëó çâ’ÿçê³â çà
êóòàìè. Ö³ çàëåæíîñò³ äëÿ -B4C íàâåäåíî íà
ðèñ. 7 ó ïîð³âíÿíí³ ç òàêèìè ñàìèìè äëÿ êðèñ-
òàë³÷íîãî B4C ç ïîëÿðíîþ ñòðóêòóðîþ. Ïàðí³
êîðåëÿö³¿ – ìàþòü ñåðåäíþ äîâæèíó çâ’ÿçê³â,
áëèçüêó â îáîõ ôàçàõ. Ïðèðîäíî, ùî ï³ê êîðå-
ëÿö³é íàéáëèæ÷èõ ñóñ³ä³â â -Â4Ñ øèðøèé, àí³æ
ó -Â4Ñ. Äëÿ -Â4Ñ íà êðèâ³é ïàðíî¿ êîðåëÿö³é-
íî¿ ôóíêö³¿ â³äñóòí³é ï³ê ïðè 1,4 A , ïîâ’ÿçàíèé ³ç
âçàºìî䳺þ àòîì³â ó ëàíöþæêàõ. Àìîðôíèé çðà-
çîê ìຠê³ëüêà àòîì³â âóãëåöþ, â íàéáëèæ÷îìó
îòî÷åíí³ ÿêèõ º îäèí àòîì òîãî æ ñàìîãî ñîðòó.
Äîâæèíè Ñ–Ñ-çâ’ÿçê³â ñâ³ä÷àòü ïðî òå, ùî àòî-
ìè ðîçòàøîâàíî â íåâïîðÿäêîâàíèõ ³êîñàåäðàõ.
Ö³ âèñíîâêè ï³äòâåðäæóþòüñÿ ðåçóëüòàòàìè
ðîçðàõóíê³â ôóíêö³¿ ðîçïîä³ëó çâ’ÿçê³â çà êóòà-
ìè g( ) (ðèñ. 7). Îñíîâí³ ï³êè g( ) â -Â4Ñ ëî-
êàë³çîâàíî íàâêîëî êóò³â 60° ³ 110°, ÿê³ ïåðåâàæ-
íî â³äïîâ³äàþòü êóòàì ì³æ çâ’ÿçêàìè àòîì³â â
îäíîìó ³êîñàåäð³ àáî â ñóñ³äí³õ ³êîñàåäðàõ. ϳê
ïðè 180° íà çàëåæíîñò³ g( ) â -Â4Ñ â³äñóòí³é.
ТОНКИЕ ПЛЕНКИ И ДРУГИЕ ДВУМЕРНЫЕ ОБЪЕКТЫ
91
М
АТ
ЕР
И
АЛ
О
ВЕ
Д
ЕН
И
Е
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
Íà ï³äñòàâ³ öèõ äàíèõ ìè ä³éøëè âèñíîâêó, ùî
àìîðôíà ñòðóêòóðà Â4Ñ ìຠâèãëÿä ñ³òêè ç íå-
âïîðÿäêîâàíèõ ³êîñàåäð³â, ñôîðìîâàíèõ àòîìà-
ìè Â òà Ñ. Ëàíöþæêè é âóãëåöåâ³ êëàñòåðè â
òàê³é ñòðóêòóð³ â³äñóòí³. Ìè òàêîæ ïðèïóñêàº-
ìî, ùî â³äñóòí³ñòü öåìåíòàö³éíèõ ëàíöþæê³â ³
äåôåêòí³ñòü ³êîñàåäð³â ó -Â4Ñ º ãîëîâíèìè ÷èí-
íèêàìè ïîã³ðøåííÿ ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòåé
Â4Ñ ïðè ïåðåõîä³ â³ä êðèñòàë³÷íî¿ ôàçè äî àìîðô-
íî¿. Çîêðåìà ðîçðàõîâàíèé îá’ºìíèé ìîäóëü
äëÿ -Â4Ñ ñòàíîâèòü 259 ÃÏà, òîáòî â³í íèæ-
÷èé, àí³æ äëÿ Ð-ñòðóêòóðè -Â4Ñ (270 ÃÏà). Êðè-
ñòàë³÷íà ñòðóêòóðà Â12 áåç ëàíöþæêà äåìîíñò-
ðóº îá’ºìíèé ìîäóëü 258 ÃÏà, à ç ëàíöþæêîì
Ñ–Ñ–Ñ — 269 ÃÏà.
Ìè çàçíà÷àºìî, ùî âèñíîâêè, ÿê³ âèïëèâàþòü
³ç ðîçðàõóíê³â, äîáðå óçãîäæóþòüñÿ ç ðåçóëüòà-
òàìè åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü ìåõàí³÷-
íèõ õàðàêòåðèñòèê ³ ðàìàí³âñüêèõ ñïåêòð³â. Îñ-
òàíí³ ñâ³ä÷àòü ïðî â³äñóòí³ñòü ëàíöþæê³â òà ãðà-
ô³òîïîä³áíèõ âêðàïëåíü ó çåðíàõ ³ àìîðôí³é
ìàòðèö³, à òàêîæ ïðî çíèæåííÿ òâåðäîñò³ òà
ïðóæíîãî ìîäóëÿ â íèçüêîòåìïåðàòóðíèõ (àìîðô-
íèõ) ïë³âêàõ ïîð³âíÿíî ç âèñîêîòåìïåðàòóðíè-
ìè (ïîë³êðèñòàë³÷íèìè) ïë³âêàìè, ùî äîáðå óç-
ãîäæóºòüñÿ ç òåîðåòè÷íèì ïåðåäáà÷åííÿì. Åêñ-
ïåðèìåíòàëüíî ãðàô³òîïîä³áí³ âêðàïëåííÿ ó
ïë³âêàõ âèÿâëåíî â íåçíà÷íèõ ê³ëüêîñòÿõ ïåðå-
âàæíî íà ìåæàõ çåðåí.
Âèñíîâêè
Ïë³âêè B4Ñ áóëî íàíåñåíî ìàãíåòðîííèì ðîç-
ïèëåííÿì ïîë³êðèñòàë³÷íî¿ ì³øåí³ B4Ñ íà õîëîäí³
ï³äêëàäêè Si(111) ïðè ïîäàâàíí³ íà íèõ íåãàòèâ-
íîãî çì³ùåííÿ â³ä 0 äî –220  òà íà çàçåìëåí³
ï³äêëàäêè, íàãð³ò³ â øèðîêîìó ä³àïàçîí³ òåìïå-
ðàòóð â³ä ê³ìíàòíî¿ äî 970 C. Ñòðóêòóðó ïë³âîê,
¿õíþ òâåðä³ñòü òà ìîäóëü ïðóæíîñò³ âèâ÷åíî é
ïîð³âíÿíî ç òàêèìè ñàìèìè õàðàêòåðèñòèêàìè
äëÿ ìàñèâíîãî ïîë³êðèñòàë³÷íîãî B4Ñ, ç ÿêîãî
âèãîòîâëåíî ì³øåíü.
Ç àíàë³çó åëåêòðîííî¿ äèôðàêö³¿ òà ðàìàí³âñü-
êèõ ñïåêòð³â âèïëèâàº, ùî âñ³ ïë³âêè, îñàäæåí³
çà òåìïåðàòóð â³ä 50 äî ~900 °C, ìàëè àìîðôíó
ñòðóêòóðó. Çá³ëüøåííÿ íåãàòèâíîãî çì³ùåííÿ íà
ï³äêëàäö³ â³ä 0 äî –165  ïðèçâîäèòü äî çìåí-
øåííÿ òâåðäîñò³ é ìîäóëÿ ïðóæíîñò³ ïë³âîê, à
ïîò³ì ïðè –220  — íåçíà÷íîãî çá³ëüøåííÿ îáîõ
âåëè÷èí. Ö³ çì³íè äîáðå êîðåëþþòü ç³ âì³ñòîì
Ar ó ïë³âö³, à òàêîæ ³ç àáñîëþòíîþ ³íòåíñèâí³-
ñòþ ðîçñ³ÿííÿ â ðàìàí³âñüêèõ ñïåêòðàõ. Çá³ëü-
øåííÿ òåìïåðàòóðè ï³äêëàäêè â³ä ê³ìíàòíî¿ äî
940 C ïðèçâîäèòü äî ÷àñòêîâî¿ êðèñòàë³çàö³¿
ïë³âêè é äî çðîñòàííÿ òâåðäîñò³ òà ìîäóëÿ ïðóæ-
íîñò³ ïë³âîê, õî÷à âîíè çàëèøàþòüñÿ íèæ÷èìè,
àí³æ äëÿ ïîë³êðèñòàë³÷íîãî îá’ºìíîãî ìàòåð³à-
ëó B4Ñ. Çá³ëüøåííÿ òâåðäîñò³ â äåÿêèõ òî÷êàõ
êðèñòàë³÷íî¿ ïë³âêè ìîæå ñâ³ä÷èòè ïðî ìîæëè-
âó ìåæó ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòåé ó ñèñòåì³ B–
C. Ëîêàëüíà ñåãðåãàö³ÿ àòîì³â âóãëåöþ íà ìå-
æàõ çåðåí B4C ïðèçâîäèòü äî ôîðìóâàííÿ íà-
íîêîìïîçèòó B4C/ -Ñ, ùî ìîæå áóòè îäí³ºþ ç
ïðè÷èí ï³äâèùåííÿ òâåðäîñò³ ñèñòåìè. Öå ïè-
òàííÿ ïîòðåáóº ïîäàëüøîãî âèâ÷åííÿ.
Ðåçóëüòàòè ðîçðàõóíê³â àòîìíî¿ ñòðóêòóðè
àìîðôíèõ ³ êðèñòàë³÷íèõ ôàç B4Ñ äîáðå óçãî-
äæóþòüñÿ ç åêñïåðèìåíòàëüíèìè äàíèìè òà
ñâ³ä÷àòü, ùî â àìîðôí³é ñòðóêòóð³ ëàíöþæêè é
âóãëåöåâ³ êëàñòåðè â³äñóòí³. Ñàìå â³äñóòí³ñòü
öåìåíòàö³éíèõ ëàíöþæê³â ³ äåôåêòí³ñòü ³êîñà-
åäð³â, ³ç ÿêèõ ñêëàäàºòüñÿ -Â4Ñ, º ãîëîâíèìè ÷èí-
íèêàìè ïîã³ðøåííÿ ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòåé Â4Ñ
ïðè ïåðåõîä³ â³ä êðèñòàë³÷íî¿ ôàçè äî àìîðôíî¿.
Ìàãíåòðîííûì ðàñïûëåíèåì ìèøåíè B4C ïðèãîòîâëåíû
àìîðôíûå è êðèñòàëëè÷åñêèå ïëåíêè. Èññëåäîâàëè èõ ñî-
ñòàâ, òâåðäîñòü, ìîäóëü óïðóãîñòè, âíóòðåííèå íàïðÿæå-
íèÿ è ñòðóêòóðó â çàâèñèìîñòè îò ñìåùåíèÿ íà ïîäëîæêå è
åå òåìïåðàòóðû. Òâåðäîñòü è ìîäóëü óïðóãîñòè óìåíüøà-
ëèñü ñ óâåëè÷åíèåì îòðèöàòåëüíîãî ñìåùåíèÿ ïðè îñàæäå-
íèè ïëåíîê íà õîëîäíûå ïîäëîæêè, îäíàêî âîçðàñòàëè ïðè
ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû îñàæäåíèÿ äî 970 C. Íèçêîòåì-
ïåðàòóðíûå ïëåíêè áûëè àìîðôíûìè, êðèñòàëëè÷åñêàÿ
ôàçà B4C ïîÿâëÿëàñü ïðè T > 900 C. Ïëåíêà, îñàæäåííàÿ
ïðè ìàêñèìàëüíîé òåìïåðàòóðå 970 C, èìåëà áîëüøîé
ðàçáðîñ çíà÷åíèé òâåðäîñòè è ìîäóëÿ óïðóãîñòè.  íåêî-
òîðûõ ìåñòàõ åå òâåðäîñòü çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàëà òâåð-
äîñòü ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî B4C, ÷òî ìîæåò áûòü ñâÿçàíî
ñ îñîáåííîñòÿìè ëîêàëüíîé ìèêðîñòðóêòóðû. Äëÿ âûÿñ-
íåíèÿ âëèÿíèÿ ñòðóêòóðû íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ïëå-
íîê áûëè ïðîâåäåíû ïåðâîïðèíöèïíûå ðàñ÷åòû àòîìíîé è
ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû êðèñòàëëè÷åñêîãî è àìîðôíîãî
B4C. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ïåðåõîäå îò êðèñòàëëè÷åñêîãî
B11C–CBC ê àìîðôíîìó B4C èñ÷åçíîâåíèå öåïî÷åê, ñâÿ-
çûâàþùèõ èêîñàýäðû â àìîðôíîé ìàòðèöå, ïðèâîäèò ê ñíè-
æåíèþ îáúåìíîãî ìîäóëÿ ñ 270 äî 259 ÃÏà. Òàêèå ñòðóê-
òóðíûå îñîáåííîñòè -B4C, î÷åâèäíî, è îòâå÷àþò çà ñíè-
92
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2009, ¹ 2
æåíèå ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ àìîðôíûõ ïëåíîê â ñðàâíå-
íèè ñ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèìè.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìàãíåòðîííîå ðàñïûëåíèå, òâåðäîñòü,
ìîäóëü óïðóãîñòè, ïëåíêè êàðáèäà áîðà, ñòðóêòóðà, ìî-
ëåêóëÿðíàÿ äèíàìèêà
Amorphous and crystalline B4C films were prepared by
magnetron sputtering. Film composition, hardness, elastic
module, internal tensions and structure were studded depending
on substrate bias and substrate temperature (TS). It was
established that hardness and elastic module decrease with
increasing negative substrate bias when depositing on unheated
substrates. An increase of substrate temperature up to 970 C
resulted in an increase in hardness and elastic module. The
crystalline phase of B4C begun to be formed at TS > 900 C.
The film deposited at 970 C, had large variation of the values
of hardness and elastic module: in some regions, its hardness
exceeded hardness of B4C single-crystal significantly. The latter
can be related to the formation of the local microstructure. To
clarify an influence of structure on the mechanical properties
of the films, first-principles calculations of the atomic and
electronic structures of crystalline and amorphous B4C were
carried out. It was established that, on going from crystalline
(B11C–CBC) to amorphous B4C boron carbide, the
disappearance of the chains that connect icosahedra in the
amorphous matrix led to lowering the bulk modulus from 270
to 259 GPa. Apparently, such structural peculiarities of
-B4C are responsible for lower mechanical properties of
amorphous films in comparison to polycrystalline ones.
Key words: magnetron sputtering, íardness, ålastic modulus,
âoron carbide films, ûtructure, molecular dynamics
1. Beauvy M. Stoichiometric limits of carbon-rich boron
carbide phases // J. Less-Common Metals. — 1983. —
90. — P. 169–175.
2. Atomic structure and vibrational properties of icosahedral
B4C boron carbide / Lazzari R., Vast N., Besson J.M.
et al. // Phys. Rev. Lett. — 1999. — 83, ¹ 16. — P. 3230–
3233.
3. Chiang C.I., Holleck H., Meyer O. Properties of RF
sputtered B4C thin films // Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research B. — 1994. — 91. —
P. 692–695.
4. Magnetron-sputtered superhard materials / S. Ulrich,
T. Theel, J. Schwan, H. Ehrhardt // Surf. Coat. Technol. —
1997. — 97. — P. 45–59.
5. Microstructure and mechanical properties of boron carbide
thin films / Zenghu Han, Geyang Li, Jiawan Tian, Mingyuan
Gu // Materials Letters. — 2002. — 57. — P. 899–903.
6. Jacobsohn L.G., Averitt R.D., Nastasi M. The role of
trapped Ar atoms in the mechanical properties of boron
carbide films deposited by dc-magnetron sputtering // J.Vac.
Sci. Technol. A. — 2003. — 21, ¹ 5. — P. 1639–1643.
7. Investigations of silicon nitride and boron carbide
monolayers and Si3N4/B4Ñ multilayers // Applied Physics
A. Materials Science & Processing / Lattemann M., Ulrich
S., Leiste H. et al. — 2004. — 78, ¹ 5. — P. 659–662.
8. Monteiro O.R., Deplancke-Ogletree M.-P., Klepper C.C. Boron
carbide coating prepared by cathodic arc deposition //
J. Mater. Sci. — 2003. — 38. — P. 3117–3120.
9. Oliveira J.C., Oliveira M.N., Conde O. Structural
characterization of B4Ñ films deposited by laser-assisted
CVD // Surf. Coat. Technol. — 1996. — 80. — P. 100–104.
10. Synthesis of boron carbide films by ion beam sputtering /
Hai-Ying Chen, Jing Wang, Hai Yang et al. // Surf. Coat.
Technol. — 2000. — 128–129. — P. 329–333.
11. Atomic Structure and Vibrational Properties of Icosahedral
B4C Boron Carbide / Lazzari R., Vast N., Besson J.M.
et al. // Phys. Rev. Lett. — 1999. — 83. — P. 3230–3233.
12. Lowther J.E. Possible ultra-hard materials based upon boron
icosahedra // Physica B. — 2002. — 322. — P. 173–178.
13. Letsoalo T., Lowther J.E. Systematic trends in boron
icosahedral structured materials // Physica B. — 2008. —
403. — P. 2760–2767.
14. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for
determining hardness and elastic modulus using load and
displacement sensing indentation experiments // J. Mater.
Res. — 1992. — 7, ¹ 6. — P. 1564–1583.
15. Baroni S., Dal Corso A., de Gironcoli S. et al. http://
www.pwscf.org.
16. Perdew J.P., Zunger A. Self-interaction correlation to
density-functional approximations for many-electron
systems // Phys. Rev. B. — 1981. — 23. — P. 5048–5079.
17. Nanoindentation and Raman spectroscopy studies of
boron carbide single crystals / V. Domnich, Yu. Gogotsi,
M. Trenary, T. Tanaka // Appl. Phys. Lett. — 2002. —
81, ¹ 20. — P. 3783–3785.
18. Investigation of novel superhard materials by multi-cycling
nanoindentation / A. Richter, C.P. Daghlian, R. Ries,
V.L. Solozhenko // Diamond Relat. Mater. — 2006. —
15. — P. 2019–2023.
19. Boron carbide structure by Raman spectroscopy / D.R. Tallant,
T.L. Aselage, A.N. Campbell, D. Emin // Phys. Rev. B. —
1989. — 40, ¹ 8. — P. 5649–5656.
20. Raman spectroscopy of pressure-induced amorphous boron
carbide / X.Q. Yan, W.J. Li, T. Goto, M.W. Chen // Appl.
Phys. Lett. — 2006. — 88. — P. 131905–131907.
ТОНКИЕ ПЛЕНКИ И ДРУГИЕ ДВУМЕРНЫЕ ОБЪЕКТЫ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62641 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-9988 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:55:19Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Куликовський, B.Ю. Іващенко, В.І. Даниленко, М.І. Vorlicek, V. Ctvrtlik, R. Stranyanek, M. Іващенко Л.А. 2014-05-23T19:51:04Z 2014-05-23T19:51:04Z 2009 Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C / B.Ю. Куликовський, В.І. Іващенко, М.І. Даниленко, V. Vorlicek, R. Ctvrtlik, M. Stranyanek, Л.А. Іващенко // Наноструктурное материаловедение. — 2009. — № 2. — С. 83-92. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 1996-9988 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62641 539.217.23.4.461 Магнетронним розпиленням мішені B₄C виготовлено аморфні та кристалічні плівки. Досліджено їхній склад, твердість, модуль пружності, внутрішні напругий структуру залежно від зміщення на підкладці та її температури. Магнетронным распылением мишени B₄C приготовлены аморфные и кристаллические пленки. Исследовали их состав, твердость, модуль упругости, внутренние напряжения и структуру в зависимости от смещения на подложке иее температуры. Amorphous and crystalline B₄C films were prepared by magnetron sputtering. Film composition, hardness, elastic module, internal tensions and structure were studded depending on substrate bias and substrate temperature (TS). It was established that hardness and elastic module decrease uk Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Наноструктурное материаловедение Тонкие пленки и другие двумерные объекты Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C Article published earlier |
| spellingShingle | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C Куликовський, B.Ю. Іващенко, В.І. Даниленко, М.І. Vorlicek, V. Ctvrtlik, R. Stranyanek, M. Іващенко Л.А. Тонкие пленки и другие двумерные объекты |
| title | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C |
| title_full | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C |
| title_fullStr | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C |
| title_full_unstemmed | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C |
| title_short | Структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок B₄C |
| title_sort | структурні та механічні властивості аморфних і полікристалічних плівок b₄c |
| topic | Тонкие пленки и другие двумерные объекты |
| topic_facet | Тонкие пленки и другие двумерные объекты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62641 |
| work_keys_str_mv | AT kulikovsʹkiibû strukturnítamehaníčnívlastivostíamorfnihípolíkristalíčnihplívokb4c AT ívaŝenkoví strukturnítamehaníčnívlastivostíamorfnihípolíkristalíčnihplívokb4c AT danilenkomí strukturnítamehaníčnívlastivostíamorfnihípolíkristalíčnihplívokb4c AT vorlicekv strukturnítamehaníčnívlastivostíamorfnihípolíkristalíčnihplívokb4c AT ctvrtlikr strukturnítamehaníčnívlastivostíamorfnihípolíkristalíčnihplívokb4c AT stranyanekm strukturnítamehaníčnívlastivostíamorfnihípolíkristalíčnihplívokb4c AT ívaŝenkola strukturnítamehaníčnívlastivostíamorfnihípolíkristalíčnihplívokb4c |