Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана

В работе исследовано влияние отжига при температурах 600, 800 и 1000 °С на структуру и механические свойства пленок SіCN, полученных методом осаждения из гексаметилдисилазана. Установлено, что аморфность пленок карбонит-рида кремния сохраняется до 1000 °С. Изучение нанотвердости пленок, осажденных н...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наноструктурное материаловедение
Date:	2010
Main Authors:	Порада, А.К., Иващенко, В.И., Иващенко, Л.А., Дуб, С.Н., Мороженко, В.О, Тимофеева, И.И., Косско, И.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2010
Subjects:	Тонкие пленки и другие двумерные объекты
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62710
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:	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана / А.К. Порада, В.И. Иващенко, Л.А. Иващенко, С.Н. Дуб, В.О. Мороженко, И.И. Тимофеева, И.А. Косско // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 32-37. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62710
record_format	dspace
spelling	Порада, А.К. Иващенко, В.И. Иващенко, Л.А. Дуб, С.Н. Мороженко, В.О Тимофеева, И.И. Косско, И.А. 2014-05-24T19:58:15Z 2014-05-24T19:58:15Z 2010 Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана / А.К. Порада, В.И. Иващенко, Л.А. Иващенко, С.Н. Дуб, В.О. Мороженко, И.И. Тимофеева, И.А. Косско // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 32-37. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1996-9988 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62710 699+546 В работе исследовано влияние отжига при температурах 600, 800 и 1000 °С на структуру и механические свойства пленок SіCN, полученных методом осаждения из гексаметилдисилазана. Установлено, что аморфность пленок карбонит-рида кремния сохраняется до 1000 °С. Изучение нанотвердости пленок, осажденных на монокристаллический кремний, показало, что с повышением температуры отжига имеет место незначительное понижение нанотвердости (на 10%)и модуля упругости (на 5%). Исследование характера межатомного взаимодействия методом инфракрасной спектроскопии свидетельствует об эффузии во-дорода при температуре отжига выше 600 °С. С возрастанием температуры отжига до 1000 °С окисление пленок усиливается. Трибологические испытания сиспользованием пирамидки Виккерса показали снижение коэффициента трения при повышении температуры отжига. У роботі досліджено вплив відпалу за температур 600, 800та 1000 °С на структуру й механічні властивості плівок SіCN, отриманих методом осадження з гексаметілдісілазану. Установлено, що аморфність плівок карбонітриду кремнію зберігається до 1000 °С. Вивчення нанотвердості плівок, осаджених на монокристалічний кремній, показало, що з підвищенням температури відпалу відбувається незначне зниження нанотвердості (на 10%) і модуля пружності (на 5%). Дослідження характеру міжатомної взаємодії методом інфрачервоної спектроскопії свідчить про ефузію водню при температурах відпалу, вищих за 600 °С. Ізпідвищенням температури відпалу до 1000 °С окиснення плівок посилююється. Трибологічні випробування з використанням пірамідки Віккерса показали зниження коефіцієнта тертя при підвищенні температури відпалу. The influence of annealing at temperatures 600, 800 and 1000 °C on the structural and mechanicalal properties of PECVD SiCN films obtained from hexamethyldisilazane is investigated. It was established that the amorphous structure of the films was preserved up to 1000 °C. The investigations of the mechanical properties of the annealed films showed that nanohardness and elastic modulus decreased by 10% and 5%, respectively, with increasing annealing temperature. The studies of the bonding picture by infrared absorption spectroscopy indicate efussion of hydrogen at annealing temperatures higher 600 °C. An increase of annealing temperature up to 1000 °C enhances film oxidation. The tribological investigations based on scratch tests showed that the friction coefficient of the films decreased as annealing temperature was raised. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Наноструктурное материаловедение Тонкие пленки и другие двумерные объекты Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана
spellingShingle	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана Порада, А.К. Иващенко, В.И. Иващенко, Л.А. Дуб, С.Н. Мороженко, В.О Тимофеева, И.И. Косско, И.А. Тонкие пленки и другие двумерные объекты
title_short	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана
title_full	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана
title_fullStr	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана
title_full_unstemmed	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана
title_sort	влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических sicn-пленок из гексаметилдисилазана
author	Порада, А.К. Иващенко, В.И. Иващенко, Л.А. Дуб, С.Н. Мороженко, В.О Тимофеева, И.И. Косско, И.А.
author_facet	Порада, А.К. Иващенко, В.И. Иващенко, Л.А. Дуб, С.Н. Мороженко, В.О Тимофеева, И.И. Косско, И.А.
topic	Тонкие пленки и другие двумерные объекты
topic_facet	Тонкие пленки и другие двумерные объекты
publishDate	2010
language	Russian
container_title	Наноструктурное материаловедение
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
format	Article
description	В работе исследовано влияние отжига при температурах 600, 800 и 1000 °С на структуру и механические свойства пленок SіCN, полученных методом осаждения из гексаметилдисилазана. Установлено, что аморфность пленок карбонит-рида кремния сохраняется до 1000 °С. Изучение нанотвердости пленок, осажденных на монокристаллический кремний, показало, что с повышением температуры отжига имеет место незначительное понижение нанотвердости (на 10%)и модуля упругости (на 5%). Исследование характера межатомного взаимодействия методом инфракрасной спектроскопии свидетельствует об эффузии во-дорода при температуре отжига выше 600 °С. С возрастанием температуры отжига до 1000 °С окисление пленок усиливается. Трибологические испытания сиспользованием пирамидки Виккерса показали снижение коэффициента трения при повышении температуры отжига. У роботі досліджено вплив відпалу за температур 600, 800та 1000 °С на структуру й механічні властивості плівок SіCN, отриманих методом осадження з гексаметілдісілазану. Установлено, що аморфність плівок карбонітриду кремнію зберігається до 1000 °С. Вивчення нанотвердості плівок, осаджених на монокристалічний кремній, показало, що з підвищенням температури відпалу відбувається незначне зниження нанотвердості (на 10%) і модуля пружності (на 5%). Дослідження характеру міжатомної взаємодії методом інфрачервоної спектроскопії свідчить про ефузію водню при температурах відпалу, вищих за 600 °С. Ізпідвищенням температури відпалу до 1000 °С окиснення плівок посилююється. Трибологічні випробування з використанням пірамідки Віккерса показали зниження коефіцієнта тертя при підвищенні температури відпалу. The influence of annealing at temperatures 600, 800 and 1000 °C on the structural and mechanicalal properties of PECVD SiCN films obtained from hexamethyldisilazane is investigated. It was established that the amorphous structure of the films was preserved up to 1000 °C. The investigations of the mechanical properties of the annealed films showed that nanohardness and elastic modulus decreased by 10% and 5%, respectively, with increasing annealing temperature. The studies of the bonding picture by infrared absorption spectroscopy indicate efussion of hydrogen at annealing temperatures higher 600 °C. An increase of annealing temperature up to 1000 °C enhances film oxidation. The tribological investigations based on scratch tests showed that the friction coefficient of the films decreased as annealing temperature was raised.
issn	1996-9988
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62710
citation_txt	Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана / А.К. Порада, В.И. Иващенко, Л.А. Иващенко, С.Н. Дуб, В.О. Мороженко, И.И. Тимофеева, И.А. Косско // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 32-37. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT poradaak vliânieotžiganastrukturuimehaničeskiesvoistvaplazmohimičeskihsicnplenokizgeksametildisilazana AT ivaŝenkovi vliânieotžiganastrukturuimehaničeskiesvoistvaplazmohimičeskihsicnplenokizgeksametildisilazana AT ivaŝenkola vliânieotžiganastrukturuimehaničeskiesvoistvaplazmohimičeskihsicnplenokizgeksametildisilazana AT dubsn vliânieotžiganastrukturuimehaničeskiesvoistvaplazmohimičeskihsicnplenokizgeksametildisilazana AT moroženkovo vliânieotžiganastrukturuimehaničeskiesvoistvaplazmohimičeskihsicnplenokizgeksametildisilazana AT timofeevaii vliânieotžiganastrukturuimehaničeskiesvoistvaplazmohimičeskihsicnplenokizgeksametildisilazana AT kosskoia vliânieotžiganastrukturuimehaničeskiesvoistvaplazmohimičeskihsicnplenokizgeksametildisilazana
first_indexed	2025-11-26T01:48:26Z
last_indexed	2025-11-26T01:48:26Z
_version_	1850606998260809728
fulltext	Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 À.Ê. Ïîðàäà, Â.È. Èâàùåíêî, Ë.À. Èâàùåíêî, Ñ.Í. Äóá, Â.Î. Ìîðîæåíêî, È.È. Òèìîôååâà, È.À. Êîññêî Èíñòèòóò ïðîáëåì ìàòåðèàëîâåäåíèÿ èì. È.Í. Ôðàíöåâè÷à ÍÀÍ Óêðàèíû ã. Êèåâ, óë. Êðæèæàíîâñêîãî, 3, Óêðàèíà, 03142 ÂËÈßÍÈÅ ÎÒÆÈÃÀ ÍÀ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ È ÌÅÕÀÍÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÂÎÉÑÒÂÀ ÏËÀÇÌÎÕÈÌÈ×ÅÑÊÈÕ SiCN-ÏËÅÍÎÊ ÈÇ ÃÅÊÑÀÌÅÒÈËÄÈÑÈËÀÇÀÍÀ ÓÄÊ 699+546 Â ðàáîòå èññëåäîâàíî âëèÿíèå îòæèãà ïðè òåìïåðàòóðàõ 600, 800 è 1000 °Ñ íà ñòðóêòóðó è ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ïëåíîê S³CN, ïîëó÷åííûõ ìåòîäîì îñàæäå- íèÿ èç ãåêñàìåòèëäèñèëàçàíà. Óñòàíîâëåíî, ÷òî àìîðôíîñòü ïëåíîê êàðáîíèò- ðèäà êðåìíèÿ ñîõðàíÿåòñÿ äî 1000 °Ñ. Èçó÷åíèå íàíîòâåðäîñòè ïëåíîê, îñàæ- äåííûõ íà ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé, ïîêàçàëî, ÷òî ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðà- òóðû îòæèãà èìååò ìåñòî íåçíà÷èòåëüíîå ïîíèæåíèå íàíîòâåðäîñòè (íà 10%) è ìîäóëÿ óïðóãîñòè (íà 5%). Èññëåäîâàíèå õàðàêòåðà ìåæàòîìíîãî âçàèìîäåé- ñòâèÿ ìåòîäîì èíôðàêðàñíîé ñïåêòðîñêîïèè ñâèäåòåëüñòâóåò îá ýôôóçèè âî- äîðîäà ïðè òåìïåðàòóðå îòæèãà âûøå 600 °Ñ. Ñ âîçðàñòàíèåì òåìïåðàòóðû îòæèãà äî 1000 °Ñ îêèñëåíèå ïëåíîê óñèëèâàåòñÿ. Òðèáîëîãè÷åñêèå èñïûòàíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïèðàìèäêè Âèêêåðñà ïîêàçàëè ñíèæåíèå êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû îòæèãà. Ââåäåíèå Àìîðôíûå ïëåíêè íà îñíîâå ñèñòåìû Si–C–N (α-SiCN) èñïîëü- çóþòñÿ â ìèêðîýëåêòðîíèêå â êà÷åñòâå ïàññèâèðóþùåãî ñëîÿ â ñîë- íå÷íûõ ýëåìåíòàõ [1]. Îãðîìíûé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò ïëåíêè SiCN â êà÷åñòâå èçíîñîñòîéêèõ ïîêðûòèé, òàê êàê îíè îáëàäàþò óíèêàëü- íûìè ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè [2–7]. Êàê ïðàâèëî, òàêèå ïëåíêè ïîëó÷àþò ìåòîäîì ïëàçìåííî-õèìè÷åñêîãî îñàæäåíèÿ èç ãàçîâîé ôàçû (PECVD) èç ñìåñè CH4, SiH4 è N2. Äîñòàòî÷íî ðåäêîå èñ- ïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå èñõîäíîãî ìàòåðèàëà òàêèõ æèäêèõ ïðå- êóðñîðîâ, êàê ìåòèëòðèõëîðîñèëàí, ãåêñàìåòèëäèñèëàí è ãåêñàìå- òèëäèñèëàçàí, ïðèâåëî ê òîìó, ÷òî ïîëó÷åííûå èç íèõ ïëåíêè SiCN À.Ê. ÏÎÐÀÄÀ, Â.È. ÈÂÀÙÅÍÊÎ, Ë.À. ÈÂÀÙÅÍÊÎ, Ñ.Í. ÄÓÁ, Â.Î. ÌÎÐÎÆÅÍÊÎ, È.È. ÒÈÌÎÔÅÅÂÀ, È.À. ÊÎÑÑÊÎ, 2010 © Êëþ÷åâûå ñëîâà: PECVD-ìåòîä îñàæäåíèÿ, ãåêñàìåòèëäèñèëà- çàí, ïëåíêè α-SiCN èíôðàêðàñíûå ñïåêòðû ïîãëîùåíèÿ, êîýôôèöè- åíò òðåíèÿ ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 33 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Âðåìÿ òðàâëåíèÿ, ìèí Êîíöåíòðàöèÿ, % Si C N O ïðàêòè÷åñêè íå èçó÷åíû. Â ïðåäûäóùèõ ðàáî- òàõ ìû ðàññìîòðåëè ñâîéñòâà SiCN-ïëåíîê, ïîëó÷åííûõ èç õëîðñîäåðæàùåãî ìåòèëòðèõëî- ðîñèëàíà (ÌÒÕÑ, CH3SiCl3) [6] è áåñõëîðèñòî- ãî ãåêñàìåòèëäèñèëàíà (ÃÌÄÑ, [CH3]6Si2) [7]. Ïîñêîëüêó áåñõëîðèñòûé è àçîòñîäåðæàùèé ãåêñàìåòèëäèñèëàçàí (ÃÌÄÑÇ, Ñ6H19NSi2) ÿâ- ëÿåòñÿ âïîëíå òåõíîëîãè÷íûì è ïåðñïåêòèâíûì äëÿ ïðîìûøëåííîãî ïðèìåíåíèÿ ðåàêòèâîì, íå òðåáóþùèì îòäåëüíîé òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè ïîñòàâêè àçîòà, ìû îòêîððåêòèðîâàëè ïëàçìî- õèìè÷åñêèé ïðîöåññ ïîä íîâûé ïðåêóðñîð è èñ- ñëåäîâàëè ïîëó÷åííûå ïëåíêè ïîñëå îòæèãà ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ. Ïîñêîëüêó ìû íå íà- øëè â ëèòåðàòóðå äàííûõ î âëèÿíèè îòæèãà íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà SiCN-ïëåíîê, ïðîâåäå- íèå òàêîãî ýêñïåðèìåíòà ïðåäñòàâëÿåòñÿ öåëå- ñîîáðàçíûì. Â ðàáîòå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâà- íèÿ ñòðóêòóðíûõ è ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ àìîðô- íûõ SiCN-ïëåíîê, îñàæäåííûõ èç ÃÌÄÑÇ è îòî- ææåííûõ ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ (Òà). Ïëåí- êè îõàðàêòåðèçîâàíû ñ ïîìîùüþ ðåíòãåíîâñêîé äèôðàêòîìåòðèè, îæå-ñïåêòðîñêîïèè, èíôðà- êðàñíîé ñïåêòðîñêîïèè, íàíîèíäåíòèðîâàíèÿ, òåñòîâ íà öàðàïàíèå è îïòè÷åñêîãî ìèêðîïðî- ôèëîìåòðà. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ÷àñòü Ïëåíêè α-S³CN îñàæäàëè ìåòîäîì PECVD íà ïîäëîæêè èç ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ èç ÃÌÄÑÇ ïðè ñëåäóþùèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðàõ: òåìïåðàòóðà ïîäëîæêè Ts = 350 °Ñ, îòðèöàòåëüíûé ïîòåíöèàë ñìåùåíèÿ íà ïîä- ëîæêå Ud = –200 Â, ìîùíîñòü Â×-ãåíåðàòîðà Pw = 30 Âò, ðàñõîä ðàáî÷èõ ãàçîâ (ñìåñè âîäî- ðîäà è ïàðà ÃÌÄÑÇ) FH+ÃÌÄÑÇ = 20 ñì3/ìèí, ÷àñ- òîòà Â×-ãåíåðàòîðà 40,68 ÌÃö, äàâëåíèå ðàáî- ÷åãî ãàçà â ðåàêòîðå ðñ = 0,2 Òîð. Íàäî îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ÃÌÄÑÇ óïðîùàåò ïðîöåññ ïëàçìîõèìè÷åñêîãî îñàæäå- íèÿ ïëåíîê SiCN: óêàçàííûé ïðåêóðñîð óæå ñî- äåðæèò àçîò, ïîýòîìó îòïàäàåò íåîáõîäèìîñòü â åãî ïîäâåäåíèè â ðåàêöèîííóþ êàìåðó è äî- çèðîâàíèè. Ðèñ. 1. Îæå-ñîñòàâ ïëåíîê ïî òîëùèíå Òîëùèíó è øåðîõîâàòîñòü ïîâåðõíîñòè ïëå- íîê îöåíèâàëè ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêîãî ìèêðî- ïðîôèëîìåòðà «Ìèêðîí-àëüôà» (Óêðàèíà). Òîë- ùèíà ïëåíîê ñîñòàâèëà ~0,8 ìêì ïîñëå îäíîãî ÷àñà îñàæäåíèÿ. Ñòðóêòóðó îòîææåííûõ α-SiCN-ïëåíîê èñ- ñëåäîâàëè íà ðåíòãåíîâñêîì äèôðàêòîìåòðå ÄÐÎÍ-3Ì. Ñîñòàâ ïëåíîê îöåíèâàëè ñ èñïîëü- çîâàíèåì îæå-ñïåêòðîñêîïèè (JUMP-10S). Èíô- ðàêðàñíûå ñïåêòðû ïîëó÷åíû íà ñïåêòðîãðà- ôå «Infralum FT-801» (ðàçðåøåíèå 2 ñì–1). Íà- íîèíäåíòèðîâàíèå ïðîâîäèëè íà íàíîòâåðäîìå- ðå «Nano Indenter G200». Àäãåçèþ ïëåíîê ê îñ- íîâå è òðèáîëîãè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè (êîýô- ôèöèåíò òðåíèÿ) èññëåäîâàëè ïóòåì öàðàïàíèÿ ïëåíîê àëìàçíîé ïèðàìèäêîé Âèêêåðñà ïðè ïî- ñòîÿííîé ñêîðîñòè íàãðóæåíèÿ íà ïðèáîðå «Ìèê- ðî-ãàììà» (Óêðàèíà). Îòæèã ïîëó÷åííûõ ïëåíîê ïðîâîäèëè ïðè 600, 800 è 1000 °Ñ íà óñòàíîâêå âàêóóìíîãî íàïûëå- íèÿ ÂÓÏ-5Ì ïðè äàâëåíèè 10–5 Òîð. Ïðîäîëæè- òåëüíîñòü êàæäîãî îòæèãà – 2 ÷. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé Èçó÷åíèå ñòðóêòóðû íåîòîææåííûõ SiCN-ïëå- íîê íà ðåíòãåíîâñêîì äèôðàêòîìåòðå ÄÐÎÍ-3Ì ïîêàçàëî, ÷òî âñå ïëåíêè èìåëè àìîðôíóþ ñòðóêòóðó. Îòîææåííûå îáðàçöû òàêæå áûëè àìîðôíûìè: ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû îòæèãà âïëîòü äî 1000 °Ñ íå ïðèâîäèëî ê êðèñòàëëèçà- öèè èõ ñòðóêòóðû. 34 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Òàáëèöà. Èäåíòèôèêàöèÿ çîí ïîãëîùåíèÿ (ñì–1) â èíôðàêðàñíûõ ñïåêòðàõ ïîãëîùåíèÿ SiCN-ïëåíîê ïî äàííûì ðàáîò [1, 3, 8, 9] Ñîñòàâ íåîòîææåííîé ïëåíêè ïî ãëóáèíå ïðè- âåäåí íà ðèñ. 1. Îæå-èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî â îáúåìå ïëåíêè ñîäåðæèòñÿ 17% àçîòà, ïðè- ìåðíî ïî 30% êèñëîðîäà è óãëåðîäà è 25% êðåì- íèÿ. Ýòè äàííûå ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî, êðîìå óãëåðîäà, àçîòà è êðåìíèÿ, SiCN-ïëåíêè ñîäåðæàò çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî êèñëîðîäà. Êèñëîðîä ñïåöèàëüíî íå ââîäèëñÿ â ðåàêöèîí- íóþ êàìåðó, è åãî ïðèñóòñòâèå ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî àäñîðáöèåé ñî ñòåíîê êàìåðû âî âðåìÿ îñàæäåíèÿ è îêèñëåíèåì ïëåíîê íà âîç- äóõå. Çäåñü òàêæå íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî îñíîâíîé ïðåêóðñîð – ãåêñàìåòèëäèñèëàçàí – ñîäåðæèò âîäîðîä, ñëåäîâàòåëüíî, ïëåíêè, îñàæäåííûå ïðè 350 °Ñ, òàêæå áóäóò ñîäåðæàòü îïðåäåëåííîå êîëè÷åñòâî âîäîðîäà. Àíàëèç õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé ïðîâîäèëè ïî èí- ôðàêðàñíûì ñïåêòðàì ïîãëîùåíèÿ, ïîëó÷åííûì äëÿ ïëåíîê, îòîææåííûõ ïðè ðàçíûõ ðåæè- ìàõ (ðèñ. 2). Äàííûå ðèñóíêà óêàçûâàþò íà ïðè- ñóòñòâèå äâóõ îñíîâíûõ çîí ïîãëîùåíèÿ – ïðè ~835 ñì–1 è 1010 ñì–1. Áîëåå äåòàëüíàÿ êàðòè- íà èíôðàêðàñíîãî ïîãëîùåíèÿ â ýòèõ îáëàñòÿõ ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3. Â òàáëèöå ñâåäåíû ðåçóëü- òàòû èäåíòèôèêàöèè çîí ïîãëîùåíèÿ â SiCN-ïëåí- êàõ ïî äàííûì ðàçëè÷íûõ àâòîðîâ. Ñðàâíèì äàííûå òàáëèöû è ðåçóëüòàòû, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 2 è 3. Ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ ïðè 835 ñì–1 ìîæåò áûòü ïðèïèñàíà Si–C-êîëåáàíèÿì. Çîíû ïðè 880 ñì–1 è 950 ñì–1 îáóñëîâëåíû Si–N-êîëå- áàíèÿìè. Øèðîêàÿ ïîëîñà ïðè 1010 ñì–1 ôîðìè- ðóåòñÿ íåñêîëüêèìè òèïàìè êîëåáàíèé – Ñ–Ín, Si–O è C–N. Òàêèì îáðàçîì, îñíîâíûìè ñâÿçÿ- ìè â SiCN-ïëåíêàõ ÿâëÿþòñÿ Si–C, Si–N, Si–O, C–N è C–H. Âëèÿíèå îòæèãà íà êîëåáàòåëü- íûå ñïåêòðû ïðîÿâëÿåòñÿ â óñèëåíèè ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ïðè 1010 ñì–1 è â ñìåùåíèè åå â ñòîðîíó á ëüøèõ çíà÷åíèé âîëíîâûõ ÷èñåë. Îäíàêî èçìåíåíèå èíòåíñèâíîñòè ïîãëîùåíèÿ ñ âîçðàñòàíèåì òåìïåðàòóðû îòæèãà íåðàâíî- ìåðíî. Ïðè Òà = 600 °Ñ ïîãëîùåíèå óñèëèâàåò- ñÿ. Ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû îòæèãà ïîãëîùåíèå ïðè 1010 ñì–1 óìåíüøàåò- ñÿ, à çàòåì ïðè Òà = 1000 °Ñ ðåçêî óâåëè÷èâàåò- ñÿ. Òàêîå èçìåíåíèå â èíôðàêðàñíûõ ñïåêòðàõ ïëåíîê, îòîææåííûõ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòó- ðàõ, ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî ñëåäóþùèì îáðà- çîì. Ïðè îòæèãå ïðè 600 °Ñ ïðîèñõîäèò èíòåí- ñèâíîå ðàçðóøåíèå Si–H-ñâÿçåé [10]. Îñâîáî- äèâøèåñÿ àòîìû âîäîðîäà îáðàçóþò íîâûå ñâÿ- çè Ñ–Í [11]. Â ðåçóëüòàòå çîíà ïîãëîùåíèÿ ïðè 1010 ñì–1 ðàñòåò. Ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè Òà äî 800 °Ñ ïðîèñõîäèò èíòåíñèâíàÿ ýôôóçèÿ âî- äîðîäà [11], ÷òî ïðèâîäèò ê îñëàáëåíèþ C–Hn-êî- ëåáàíèé è ê óìåíüøåíèþ ïîëîñû ïðè 1010 ñì–1. Ïðè Òà = 1000 °Ñ ïîãëîùåíèå ñíîâà ðåçêî âîçðàñ- òàåò è ñìåùàåòñÿ â ñòîðîíó á ëüøèõ âîëíî- âûõ ÷èñåë. Â ýòîì ñëó÷àå óñèëåíèå ïîãëîùå- íèÿ ìû ñâÿçûâàåì ñ âîçðàñòàíèåì ÷èñëà Si–O- ñâÿçåé, ïîñêîëüêó èìåííî ïðè ýòîé òåìïåðàòó- ðå îáíàðóæåíî èíòåíñèâíîå îêèñëåíèå ïëåíîê [12]. Ìû òàêæå íå èñêëþ÷àåì óñèëåíèÿ Si–N- è C–N-êîëåáàíèé ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû îò- æèãà. Â ÷àñòíîñòè, êîëåíî ïðè 950 ñì–1, êîòî- ðîå îáóñëîâëåíî Si–N-êîëåáàíèÿìè, ñòàíîâèò- ñÿ áîëåå ÷åòêèì äëÿ ïëåíêè, îòîææåííîé ïðè Òà = 1000 °Ñ (ðèñ. 3). Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèå íàíîòâåðäîñòè (Í) è ìîäóëÿ Þíãà (Å) ïëåíîê, îòîææåííûõ ïðè ðàçíîé òåìïåðàòóðå, êàê ôóíêöèé ãëóáèíû íà- íîèíäåíòèðîâàíèÿ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4. Äëÿ àíà- ëèçà õàðàêòåðà èçìåíåíèÿ Í è Å â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îòæèãà ìû ïðåäñòàâèëè ýòè âåëè÷èíû íà ðèñ. 5 êàê ôóíêöèè Òà ïðè èíäåíòè- ðîâàíèè íà ãëóáèíó 80 è 120 íì, ÷òî ñîñòàâëÿåò 10% è 15% òîëùèíû ïëåíîê ñîîòâåòñòâåííî. Êàê âèäíî, çàâèñèìîñòü íàíîòâåðäîñòè îò ãëó- áèíû èíäåíòèðîâàíèÿ âûõîäèò íà ïëàòî ïðè íà- ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 35 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 800 900 1000 1100 Âîëíîâîå ÷èñëî, ñì-1 1010 880 835 as-dep Ïðîïóñêàíèå, ïð. åä. 950 600 °Ñ 800 °Ñ 1000 °Ñ Ðèñ. 2. Èíôðàêðàñíûå ñïåêòðû ïîãëîùåíèÿ ïëåíîê α-SiCN, îòîææåííûõ ïðè 600, 800 è 1000 °Ñ. Ñïåêòð íåîòîææåííîé ïëåíêè îáîçíà÷åí êàê «as-dep» Ðèñ. 3. Èíôðàêðàñíûå ñïåêòðû ïîãëîùåíèÿ îòîææåí- íûõ ïëåíîê α-SiCN â îáëàñòè 750–1150 ñì–1. Ñïåêòðû ñîâìåùåíû ïî çîíå 835 ñì–1. Öèôðàìè îáîçíà÷åíû ïîëîæåíèÿ çîí ïîãëîùåíèÿ â ñì–1 Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü íàíîòâåðäîñòè (Í) è ìîäóëÿ Þíãà (Å) α-SiCN-ïëåíîê, îòîææåííûõ ïðè 600, 800 è1000 °Ñ, îò ãëóáèíû âíåäðåíèÿ íàíîèíäåíòîðà íîèíäåíòèðîâàíèè íà ãëóáèíû áîëåå 80 íì. Óï- ðóãèé ìîäóëü ïëàâíî ñíèæàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ãëóáèíû íàíîèíäåíòèðîâàíèÿ. Ýòè ôàêòû ïîêà- çûâàþò, ÷òî óïðóãèé ìîäóëü ïëåíîê áîëåå ÷óâ- ñòâèòåëåí ê ïîäëîæêå, ÷åì íàíîòâåðäîñòü. Îò- æèã ïðèâîäèò ê íåçíà÷èòåëüíîìó óìåíüøåíèþ Í (íà 11%) è Å (íà 5%) (ðèñ. 5), ÷òî, ïî-âèäèìî- ìó, ñâÿçàíî ñî ñíÿòèåì âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé ïëåíîê è èõ îêèñëåíèåì ïðè îòæèãå. Î÷åâèäíî, íåçíà÷èòåëüíîå ñíèæåíèå ïðî÷íîñòè ïëåíîê ïðè îêèñëåíèè êîìïåíñèðóåòñÿ óìåíüøåíèåì ñîäåð- æàíèÿ âîäîðîäà â ïëåíêàõ (ïîñêîëüêó ïðèñóò- ñòâèå âîäîðîäà â ïëåíêå ñèëüíî ñíèæàåò åå ïðî÷íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè [13]), óñèëåíèåì Si–N- è C–N-ñâÿçåé. Òàêèì îáðàçîì, íåçíà÷è- òåëüíîå ïîíèæåíèå ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñ- òèê àìîðôíûõ SiCN-ïëåíîê ïðè îòæèãå ñâèäå- òåëüñòâóåò îá èõ äîñòàòî÷íî âûñîêîé òåðìè- ÷åñêîé ñòàáèëüíîñòè. Òåñòèðîâàíèå ïëåíîê äëÿ îïðåäåëåíèÿ èõ àäãåçèè ê êðåìíèåâîé ïîäëîæêå ïîêàçàëî, ÷òî 1000 2000 3000 4000 Âîëíîâîå ÷èñëî, ñì-1 1000 800 600 as-dep Ïðîïóñêàíèå, ïð. åä. 20 10 0 Í, ÃÏà as-dep 600 800 1000 200 150 100 50 0 0 40 80 120 160 200 Ïåðåìåùåíèå, íì Å, ÃÏà 36 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ îò ñèëû íàãðóæåíèÿ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ îòæèãà. Íàãðóæåíèå äàíî â åäèíèöàõ ñÍ (1 ñÍ = 0,01 Í) îòæèã ìàëî âëèÿåò íà èõ àäãåçèîííûå ñâîéñòâà – âñå ïëåíêè íà÷èíàëè îòñëàèâàòüñÿ ïðè íàãðóç- êàõ áîëåå 0,3 Í. Ðåçóëüòàòû òðèáîëîãè÷åñêèõ èñïûòàíèé, ïðîâåäåííûõ ñ ïîìîùüþ ïðèáîðà «Ìèêðîí-ãàììà» ïðè öàðàïàíèè ïëåíîê àëìàç- íîé ïèðàìèäêîé Âèêêåðñà, ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 6. Âèäíî, ÷òî îòæèã ïëåíîê ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ. Ïî-âèäèìîìó, ïîñëåäíåå ñâÿçàíî ñ óâåëè÷åíèåì êîíöåíòðàöèè C–N-ñâÿ- çåé, êîòîðûå, ïîäîáíî Ñ–Ñ-ñâÿçÿì, ñïîñîáñòâó- þò îáðàçîâàíèþ òâåðäîé ñìàçêè íà òðóùåéñÿ ïîâåðõíîñòè [5], íî ýòî ÿâëÿåòñÿ ïðåäìåòîì äàëüíåéøåãî èçó÷åíèÿ. Çäåñü óìåñòíî îòìå- òèòü, ÷òî êîýôôèöèåíò òðåíèÿ SiCN-ïëåíîê, îï- ðåäåëåííûé àíàëîãè÷íûì îáðàçîì â ðàáîòå [5], ñîñòàâëÿë â ñðåäíåì 0,06, ÷òî áëèçêî ê çíà÷å- íèþ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ íàøèõ ïëåíîê. Âûâîäû 1. Àìîðôíûå SiCN-ïëåíêè îñàæäåíû ìåòî- äîì PECVD èç ãåêñàìåòèëäèñèëàçàíà è îòî- ææåíû ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ. 2. Îòæèã ïëåíîê ïðèâîäèò ê íåçíà÷èòåëüíî- ìó èõ îêèñëåíèþ è ê ýôôóçèè âîäîðîäà. 3. Îòæèã ïëåíîê ïîêàçàë, ÷òî èõ ìåõàíè÷åñ- êèå õàðàêòåðèñòèêè îñòàþòñÿ ïðàêòè÷åñêè ñòà- áèëüíûìè âïëîòü äî 1000 °Ñ. Ýòî ñâèäåòåëü- ñòâóåò î âûñîêîé òåðìè÷åñêîé ñòàáèëüíîñòè îñàæäåííûõ ïëåíîê. 4. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïëåíîê ïîíèæàåòñÿ ïðè óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû îòæèãà. 5. Äàííûå ïëåíêè ìîæíî ðåêîìåíäîâàòü äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå òåðìè÷åñêè ñòîéêèõ èçíîñîñòîéêèõ ïîêðûòèé. Ó ðîáîò³ äîñë³äæåíî âïëèâ â³äïàëó çà òåìïåðàòóð 600, 800 òà 1000 °Ñ íà ñòðóêòóðó é ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ ïë³âîê S³CN, îòðèìàíèõ ìåòîäîì îñàäæåííÿ ç ãåêñàìåò³ëä³ñ³ëàçà- íó. Óñòàíîâëåíî, ùî àìîðôí³ñòü ïë³âîê êàðáîí³òðèäó êðåì- í³þ çáåð³ãàºòüñÿ äî 1000 °Ñ. Âèâ÷åííÿ íàíîòâåðäîñò³ ïë³âîê, îñàäæåíèõ íà ìîíîêðèñòàë³÷íèé êðåìí³é, ïîêàçàëî, ùî ç ï³äâèùåííÿì òåìïåðàòóðè â³äïàëó â³äáóâàºòüñÿ íå- çíà÷íå çíèæåííÿ íàíîòâåðäîñò³ (íà 10%) ³ ìîäóëÿ ïðóæ- íîñò³ (íà 5%). Äîñë³äæåííÿ õàðàêòåðó ì³æàòîìíî¿ âçàºìîä³¿ ìåòîäîì ³íôðà÷åðâîíî¿ ñïåêòðîñêîï³¿ ñâ³ä÷èòü ïðî åôó- ç³þ âîäíþ ïðè òåìïåðàòóðàõ â³äïàëó, âèùèõ çà 600 °Ñ. ²ç ï³äâèùåííÿì òåìïåðàòóðè â³äïàëó äî 1000 °Ñ îêèñíåííÿ Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü íàíîòâåðäîñòè (Í) è ìîäóëÿ Þí- ãà (Å), îïðåäåëåííûõ ïðè íàíîèíäåíòèðîâàíèè íà ãëó- áèíó 80 è 120 íì, îò òåìïåðàòóðû îòæèãà 164 160 156 152 148 400 600 800 1000 Ò, °Ñ Å, ÃÏà 23,5 23,0 22,5 22,0 21,5 21,0 Í, ÃÏà 80 íì 120 íì 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 5 10 15 20 25 30 Íàãðóæåíèå, ñÍ Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ äî îòæèãà 600 800 1000 37 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 ïë³âîê ïîñèëþþºòüñÿ. Òðèáîëîã³÷í³ âèïðîáóâàííÿ ç âè- êîðèñòàííÿì ï³ðàì³äêè Â³êêåðñà ïîêàçàëè çíèæåííÿ êîåô³- ö³ºíòà òåðòÿ ïðè ï³äâèùåíí³ òåìïåðàòóðè â³äïàëó. Êëþ÷îâ³ ñëîâà: PECVD-ìåòîä îñàäæåííÿ, ãåêñàìåòèë- äèñèëàçàí, ïë³âêè a-SiCN, ³íôðà÷åðâîí³ ñïåêòðè ïîãëèíàí- íÿ, êîåô³ö³ºíò òåðòÿ The influence of annealing at temperatures 600, 800 and 1000 °C on the structural and mechanicalal properties of PECVD SiCN films obtained from hexamethyldisilazane is investigated. It was established that the amorphous structure of the films was preserved up to 1000 °C. The investigations of the mechanical properties of the annealed films showed that nanohardness and elastic modulus decreased by 10% and 5%, respectively, with increasing annealing temperature. The studies of the bonding picture by infrared absorption spectroscopy indicate efussion of hydrogen at annealing temperatures higher 600 °C. An increase of annealing temperature up to 1000 °C enhances film oxidation. The tribological investigations based on scratch tests showed that the friction coefficient of the films decreased as annealing temperature was raised. Keywords: PECVD, hexamethyldisilazane, α-SiCN films, infrared absorption spectra, friction coefficient 1. Bullot J., Schmidt M.P. Physics of Amorphous Silicon-Carbon Alloys // Phys. Stat. Sol. B. – 1987. – 143. – P. 345–418. 2. Hardness and stiffness of amorphous SiCxNy chemical vapor deposited coatings / A. Bendeddouche, R. Berjoan, E. Beche, R. Hillel // Surf. Coat. Technol. – 1999. – 111. – Ð. 184–190. 3. Hydrogenated silicon carbon nitride films obtained by HWCVD, PA-HWCVD and PECVD technique / Ferreira I., Fortunato E., Vilarinho P. et al. // J. Non-Cryst. Solids. – 2006. – 352. – Ð. 1361–1366. 4. Thermal plasma chemical vapor deposition of superhard nanostructured Si–C–N coatings / Wagner N.J., Cordill J., Zajickova L. et al. // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. – 2005. – 880E. – P. BB2. 10. 1/O3. 10. 1–5. 5. Mechanical and optical properties of hard SiCN coatings prepared by PECVD / Jedrzejowski P., Cizek J., Amassian A. et al. // Thin Solid Films. – 2004. – 447–448. – P. 201–207. 6. Òâåðä³ ïëàçìîõ³ì³÷í³ ïîêðèòòÿ íà îñíîâ³ êàðáîí³òðèäó êðåìí³þ / ²âàùåíêî Ë.À., ²âàùåíêî Â.²., Ïîðàäà Î.Ê. òà ³í. // Ïîðîøêîâàÿ ìåòàëóðãèÿ. – 2007. – 11–12. – Ñ. 35–42. 7. Ïîð³âíÿëüí³ äîñë³äæåííÿ ïëàçìîõ³ì³÷íèõ ïë³âîê S³CN, îòðèìàíèõ ³ç ð³çíèõ ïðåêóðñîð³â / ²âàùåíêî Ë.À., ²âà- ùåíêî Â.²., Ïîðàäà Î.Ê. òà ³í. // Íàíîñèñòåìè, íàíîìà- òåð³àëè, íàíîòåõíîëîã³¿. – 2009. – 7, ¹ 3. – Ñ. 867–875. 8. Afanasyev-Charkin I.V., Nastasi M. Hard Si–C–N films with tunable band gap produced by pulsed glow discharge deposition // Surf. Coat. Techno. – 2004. – 186. – P. 108–111. 9. SiCN thin films prepared at room temperature by r.f. reactive sputtering / Wu X.C., Cai R.Q., Yan P.X. et al. // Appl. Surf. Sci. – 2002. – 185. – P. 262–266. 10. Magafas L. The effect of thermal annealing on the optical properties of α-SiC:H films // J. Non-Cryst. Solids. – 1998. – 238. – P. 158–162. 11. Annealing effects on near stoichiometric α-SiC:H films / Neto A.L.B., Camargo Jr.S.S., Carius R. et al. // Surf. Coat. Technol. – 1999. – 120–121. – P. 395– 400. 12. Annealing effects of higly homogeneous α-Si1-xCx:H / Prado R.J., D’Addio T.F. Fantini M.C.A. et al. // J. Non-Cryst. Solids. – 2003. – 330. – P. 196–215. 13. Amorphous and Microcrystalline Silicon Carbide: Materials and Applications, ed. By L. Calcagno, A. Hallen, R. Martins and W. Skorupa (Elsevier, Amsterdam, 2001), 508 p.

Влияние отжига на структуру и механические свойства плазмохимических SiCN-пленок из гексаметилдисилазана

Institution

Similar Items