Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr

Изучен эффект тензочувствительности, диффузионные процессы и фазовый состав двухслойных пленок на основе Ni и Mo или Ni и Cr. На основе исследований методом ВИМС произведен расчет эффективных коэффициентов взаимной диффузии атомов. Методом электронной микроскопии изучен фазовый состав двухслойных пл...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2009
Main Authors:	Бурык, И.П., Воробьев, С.И., Однодворец, Л.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2009
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7962
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:	Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr / И.П. Бурык, С.И. Воробьев, Л.В. Однодворец // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 115-118. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7962
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79622025-02-09T15:36:02Z Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr Тензорезистивні властивості плівкових матеріалів на основі Ni і Mo або Cr Tensoresistivity properties of film materials base on Ni and Mo or Cr Бурык, И.П. Воробьев, С.И. Однодворец, Л.В. Изучен эффект тензочувствительности, диффузионные процессы и фазовый состав двухслойных пленок на основе Ni и Mo или Ni и Cr. На основе исследований методом ВИМС произведен расчет эффективных коэффициентов взаимной диффузии атомов. Методом электронной микроскопии изучен фазовый состав двухслойных пленок Ni/Mo и Ni/Cr и сделан вывод о неполном сохранении индивидуальности отдельных слоев непосредственно после конденсации образцов. Получено, что величина коэффициента тензочувствительности двухслойных пленок лежит в пределах от 3 до 8 единиц, причем при увеличении общей толщины пленки монотонно уменьшается. Вивчений ефект тензочутливості, дифузійні процеси і фазовий склад двошарових плівок на основі Ni і Mo або Ni і Cr. На основі досліджень методом ВІМС проведений розрахунок ефективних коефіцієнтів взаємної дифузії атомів. Методом електронної мікроскопії вивчений фазовий склад двошарових плівок Ni/Mo і Ni/Cr і зроблений висновок про неповне збереження індивідуальності окремих шарів безпосередньо після конденсації зразків. Одержано, що величина коефіцієнта тензочутливості двошарових плівок лежить в межах від 3 до 8 одиниць, причому при збільшенні загальної товщини плівки монотонно зменшується. The effect of strain deformation, diffusion processes and phase composition of double-layer films base on Ni and Mo or Ni and Cr is studied. On the basis of researches by SIMS method the calculation of effective coefficients mutual diffusion of atoms is produced. The method of electronic microscopy studies phase composition of the double-layer films Ni/Mo and Ni/Cr and conclusion about partially saving of individuality separate layers directly after condensation of standards is done. It is got, that the size of coefficient strain deformation of double-layer in limits from 3 to 8 units, thus at the increase of general thickness of film monotonous decrease. 2009 Article Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr / И.П. Бурык, С.И. Воробьев, Л.В. Однодворец // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 115-118. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7962 621.316.8 ru application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Изучен эффект тензочувствительности, диффузионные процессы и фазовый состав двухслойных пленок на основе Ni и Mo или Ni и Cr. На основе исследований методом ВИМС произведен расчет эффективных коэффициентов взаимной диффузии атомов. Методом электронной микроскопии изучен фазовый состав двухслойных пленок Ni/Mo и Ni/Cr и сделан вывод о неполном сохранении индивидуальности отдельных слоев непосредственно после конденсации образцов. Получено, что величина коэффициента тензочувствительности двухслойных пленок лежит в пределах от 3 до 8 единиц, причем при увеличении общей толщины пленки монотонно уменьшается.
format	Article
author	Бурык, И.П. Воробьев, С.И. Однодворец, Л.В.
spellingShingle	Бурык, И.П. Воробьев, С.И. Однодворец, Л.В. Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr
author_facet	Бурык, И.П. Воробьев, С.И. Однодворец, Л.В.
author_sort	Бурык, И.П.
title	Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr
title_short	Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr
title_full	Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr
title_fullStr	Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr
title_full_unstemmed	Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr
title_sort	тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе ni и mo или cr
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2009
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7962
citation_txt	Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr / И.П. Бурык, С.И. Воробьев, Л.В. Однодворец // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 115-118. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT burykip tenzorezistivnyesvojstvaplenočnyhmaterialovnaosnoveniimoilicr AT vorobʹevsi tenzorezistivnyesvojstvaplenočnyhmaterialovnaosnoveniimoilicr AT odnodvoreclv tenzorezistivnyesvojstvaplenočnyhmaterialovnaosnoveniimoilicr AT burykip tenzorezistivnívlastivostíplívkovihmateríalívnaosnovíniímoabocr AT vorobʹevsi tenzorezistivnívlastivostíplívkovihmateríalívnaosnovíniímoabocr AT odnodvoreclv tenzorezistivnívlastivostíplívkovihmateríalívnaosnovíniímoabocr AT burykip tensoresistivitypropertiesoffilmmaterialsbaseonniandmoorcr AT vorobʹevsi tensoresistivitypropertiesoffilmmaterialsbaseonniandmoorcr AT odnodvoreclv tensoresistivitypropertiesoffilmmaterialsbaseonniandmoorcr
first_indexed	2025-11-27T12:34:21Z
last_indexed	2025-11-27T12:34:21Z
_version_	1849946926654423040
fulltext	ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2 vol. 7, No. 1-2 115 ВВЕДЕНИЕ Тензорезистивный метод является одним из наиболее распространенных способов изме- рения продольной, поперечной и других ви- дов деформации. Электрические сенсоры де- формации (тензорезисторы), разработанные более 50 лет назад, сегодня технически усо- вершенствованы и доступны в различных ва- риантах исполнения [1]. В большинстве сов- ременных тензометрических датчиков, кото- рые выпускаются промышленностью (Vis- hay, HBM, ZEMIC, Kyowa, Uticell и др.), ис- пользуют четыре чувствительных пленочных элемента, образующих схему моста Уитстона. Количественной характеристикой тензо- резистивного эффекта является коэффициент продольной тензочувствительности (КТ) γ1, величина которого зависит от изменения гео- метрических размеров (длины и поперечного сечения) и удельного сопротивления чувстви- тельного элемента тензодатчика в процессе деформации. Вследствие проявления размер- ных эффектов в электрофизических и меха- нических свойствах, нанокристаллические и наноразмерные металлические пленки обла- дают большим значением КТ [2, 3] по срав- нению с массивными материалами (фольги и проволоки). Дополнительное увеличение КТ в многослойных пленочных системах можно получить за счет рассеяния электро- нов на границах раздела слоев (интерфейсах), а увеличение интервала рабочих температур – за счет применения компонент из тугоплав- ких металлов [4]. В промышленном производстве тензодат- чиков на основе массивных и пленочных [5, 6] материалов используют сплавы с высокой температурной стабильностью (нихром, кон- стантан, хастелой и др.), однако значение КТ при этом остается низким (около 2 единиц). Применение Ni, Mo і Cr в качестве компонент многослойных пленочных систем позволяет получить более высокое значение КТ. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Для получения и исследования тензорезис- тивных свойств двухслойных пленок Ni/Мо и Ni/Cr использовалась вакуумная установка типа ВУП-5М с диффузионной откачкой (вакуум в рабочем объеме ∼ 10–4 Па). Получе- ние пленочных образцов производилось ме- тодом электронно-лучевого (Мо) и терморе- зистивного (Ni и Cr) испарения. Температура подложки составляла Тп = 350 ÷ 400 К, ско- рость конденсации ω ≈ 1 ÷ 3 нм/с. Диффузи- онные процессы в двухслойных пленочных системах были изучены методом вторично- ионной масс-спектрометрии (ВИМС) с помо- щью прибора МС-7201М. Исследования структуры и фазового состава свободных пле- нок проведены на просвечивающем элект- ронном микроскопе ПЕМ-125К. Тензорезистивный свойства пленок на те- флоновых положках (П) были исследованы по схеме “нагрузка↔снятие нагрузки” в ин- тервале от 0 до 1% з шагом 0,05%. На основе УДК 621.316.8 ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Ni И Mo ИЛИ Cr И.П. Бурык, С.И. Воробьев, Л.В. Однодворец Сумский государственный университет Украина Поступила в редакцию 29.04.2009 Изучен эффект тензочувствительности, диффузионные процессы и фазовый состав двух- слойных пленок на основе Ni и Mo или Ni и Cr. На основе исследований методом ВИМС про- изведен расчет эффективных коэффициентов взаимной диффузии атомов. Методом электрон- ной микроскопии изучен фазовый состав двухслойных пленок Ni/Mo и Ni/Cr и сделан вывод о неполном сохранении индивидуальности отдельных слоев непосредственно после конденсации образцов. Получено, что величина коэффициента тензочувствительности двухслойных пленок лежит в пределах от 3 до 8 единиц, причем при увеличении общей толщины пленки монотонно уменьшается. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2 vol. 7, No. 1-2116 ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Ni И Mo ИЛИ Cr экспериментальных зависимостей сопротив- ления R от продольной деформации ε R рас- считывался КТ по соотношению � � ε ∆⋅=γ R Rн 1 . Для получения данных об осо- бенностях протекания диффузионных про- цессов и структурно-фазовом составе про- изводился отжиг образцов на ситалловой под- ложке в интервале температур Т = 300 – 700 К. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ Результаты исследований, проведенных ме- тодами вторично-ионной масс-спектромет- рии, показали, что в неотожженном состоя- нии пленочные системы Ni/Mo и Ni/Cr, не- смотря на определенное конденсационно- стимулированное взаимное проникновение атомов, сохраняют индивидуальность отдель- ных слоев (на рис. 1а в качестве примера приведены диффузионные профили для сис- темы Ni/Mo). Низкотемпературный отжиг образцов в вакууме приводит к дальнейшему взаимному проникновению атомов, однако термодиффузия протекает медленнее, чем конденсационно-стимулированная диффузия. После отжига при температуре Т – 700 К в течение 15 минут индивидуальность слоев до значительной степени сохраняется, так что структурное состояние двухслойной пленки можно характеризовать как квазибипластина. Эффективные коэффициенты диффузии (D) были рассчитаны по методике, описан- ной в работах [7 – 9]. Получено, что для плен- ки Ni(30)/Mo(30)/П величины DNi→Mo– 54,3⋅10–19 м2/с, DMo→Ni –14,5⋅10–19 м2/с (при Т – 300 К) и DNi→Mo – 1,34⋅10–19 м2/с, DMo→Ni – 0,5⋅10–19 м2/с (при Т – 500 К). Авторами ра- боты [7] получены аналогичные результаты для пленочной системы Cr(50)/Ni(55)/П: DСr→Ni–15,8⋅10–19 м2/с и DNi→Cr– 9,5⋅10–19 м2/с (при Т – 300 К); DCr→Ni – 3,8⋅10–19 м2/с и DNi→Cr – 0,410–19 м2/с (при Т – 500 К). От- носительно высокое значение эффективных коэффициентов диффузии указывает на зна- чительную роль конденсационно-стимули- рованной диффузии при формировании пле- ночных образцов. Результаты исследований микрострукту- ры проведенных методом просвечивающей электронной микроскопии показали, что в не- отожженных пленках Мо и Cr средний раз- мер зерен L – 10 нм, в то время как в пленках Ni – L – d. При отжиге до температуры Т = 700 К в пленках Мо и Cr практически не изменялся (рис. 1б), в то время, как в плен- ках Ni – увеличивался в 1,5 – 2 раза. Согласно электронографических исследований двух- слойные пленки Ni/Mo и Ni/Cr как в неотож- женном, так и отожженном состоянии имеют двухфазный состав ГЦК-Ni + ОЦК-Mo или ОЦК-Cr, т.е. с точки зрения электронографии сохраняется индивидуальность отдельных слоев, хотя размытие диффузионных про- филей свидетельствует о возможности стаби- а) 175 нм Рис. 1. Диффузионные профили (а) для неотожженной пленочной системы Ni(30)/Mo(30)/П (• – Ni, o – Mo) и микрокристаллическая структура (б) пленки Ni(30)/ Mo(20)/П после отжига до температуры Тотж = 700 К. б) ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2 vol. 7, No. 1-2 117 лизации узкого промежуточного слоя в виде твердого раствора или интерметаллида. В случае пленочной системы Ni/Cr полученные результаты согласуются с данными работы [10], где также отмечается дисперсность кри- сталлической структуры и частичное сохра- нение индивидуальности пленочных слоев в температурном интервале до 700 К (отметим, что авторы [9] получили аналогичные резу- льтаты для пленочной системы Cu/Cr). Ста- билизацию структурного состояния близкого к квазибипластине можно объяснить как низ- кой взаимной растворимостью атомов, так и образованием барьеров вследствие взаимо- действия поверхностных атомов пленок с ос- таточными газами. ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА Типичные примеры деформационных зави- симостей для двухслойных пленок Ni/Mo и Ni/Cr приведены на рис. 2. При первом цик- ле “нагрузка↔снятие нагрузки” наблюдается значительное увеличение сопротивления, обусловленное релаксационными процесса- ми, связанными с поворотом зерен, перегруп- пировкой дефектов и микропластической де- формацией [1]. Cреднее значения коэффи- циента γl определялось по V – VII деформа- ционным циклам по всему интервалу дефор- мации как тангенс угла наклона зависимостей ∆R/Rн от εl. Как и предполагалось ранее, полученные значения КТ (табл. 1) превысили аналогич- ную величину значения для массивных тен- зодатчиков на основе сплавов Ni-Cr и Ni-Mo, в несколько раз. На основе полученных нами результатов можно сделать вывод о том, что фактором, определяющим величину КТ, является общая толщина образцов, т.е. про- является классический размерный эффект в тензочувствительности. Хотя при переходе к многослойным системам (в нашем случае – трехслойные системы) дополнительное уве- личение КТ также обуславливается повыше- нием эффективности интерфейсного рассея- ния электронов. Работа выполнена в рамках госбюджетной тематики № 68.01.05.09 – 11 при финансовой поддержке МОН Украины. а) б) Рис. 2. Деформационные зависимости для двух- слойных пленок Ni(50)/Mo(20)/П – а) и Ni(40)/Сr(20)/П – б). Пленочная система, нм Общая толщина, нм γ R Ni(25)/Mo(15)/П 40 8,1 Ni(50)/Mo(20)/П 70 5,4 Mo(20)/Ni(15)/П 40 7,4 Mo(15)/Ni(25)/П 40 6,8 Ni(20)/Mo(20)/Ni(20)/П 60 9,1 Cr(20)/Ni(20)/П 40 4,3 Cr(20)/Ni(40)/П 60 3,8 Ni(20)/Cr(20)/П 40 3,9 Ni(40)/Cr(20)/П 60 3,6 Ni(40)/Cr(40)/П 80 3,5 Ni(150)/Cr(40)/П 190 2,9 Cr(40)/Ni(20)/П 60 2,9 Cr(40)/Ni(40)/П 80 2,8 Ni(20)/Cr(20)/Ni(20)/П 60 6,6 Таблица 1 Зависимость коэффициентов продольной тензочувствительности для пленочных систем на основе Ni и Mo или Ni и Cr от общей толщины образцов И.П. БУРЫК, С.И. ВОРОБЬЕВ, Л.В. ОДНОДВОРЕЦ ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2 vol. 7, No. 1-2118 БЛАГОДАРНОСТИ Авторы выражают благодарность Проценко И.Е. за проявленный интерес и обсуждение результатов. ЛИТЕРАТУРА 1. Великодний Д.В., Гричановська Т.М., Одно- дворець Л.В., Проценко І.Ю., Проценко С.І. Тензочутливість металевих плівок: теоретич- ні моделі, експериментальні результати, за- стосування (огляд)//Вісник СумДУ. Серія: Фі- зика, математика, механіка. – 2007. – № 1. – С. 5-51. 2. Protsenko I., Odnodvoretz L., Chornous A. Elec- troconductivity and tensosensibility of multilayer films//Металлофиз. новейшие технол. – 1998. – Т 20, № 1. – С. 36-44. 3. Lasyuchenko O.B., Protsenko I.Yu., Chor- nous A.M. Contribution of the grain-boundary and surface scattering electrons in the size effect of tensosensibility//Functional Materials. – 1999. – Vol. 6, № 5. – P. 880-883. 4. Ayerdi I., Castano E., Garcia-Alonso A. Сharac- terization of tantalum oxynitride thin films as high-temperature strain gauge//Sens. Actuat.A. – 1995. – Vol. 46-47. – P. 218-221. 5. Kazi I.H., Wild P.M., Moore T.N. The electrome- chanical behavior of nichrome (80/20 wt.%) film //Thin Sol. Films.– 2003.–Vol. 433. – P. 337-343. ТЕНЗОРЕЗИСТИВНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВКОВИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ Ni І Mo АБО Cr І.П. Бурик, С.І. Воробйов, Л.В. Однодворець Вивчений ефект тензочутливості, дифузійні про- цеси і фазовий склад двошарових плівок на осно- ві Ni і Mo або Ni і Cr. На основі досліджень мето- дом ВІМС проведений розрахунок ефективних коефіцієнтів взаємної дифузії атомів. Методом електронної мікроскопії вивчений фазовий склад двошарових плівок Ni/Mo і Ni/Cr і зроблений ви- сновок про неповне збереження індивідуальності окремих шарів безпосередньо після конденсації зразків. Одержано, що величина коефіцієнта тен- зочутливості двошарових плівок лежить в межах від 3 до 8 одиниць, причому при збільшенні загальної товщини плівки монотонно зменшує- ться. TENSORESISTIVITY PROPERTIES OF FILM MATERIALS BASE ON Ni AND Mo OR Cr I.P. Buryk, S.I. Vorob’jov, L.V. Odnodvorets The effect of strain deformation, diffusion processes and phase composition of double-layer films base on Ni and Mo or Ni and Cr is studied. On the basis of researches by SIMS method the calculation of effective coefficients mutual diffusion of atoms is produced. The method of electronic microscopy studies phase composition of the double-layer films Ni/Mo and Ni/Cr and conclusion about partially sa- ving of individuality separate layers directly after condensation of standards is done. It is got, that the size of coefficient strain deformation of double-layer in limits from 3 to 8 units, thus at the increase of ge- neral thickness of film monotonous decrease. 6. Kazi I.H., Wild P.M., Moore T.N. Characteric- terization of sputtered nichrome (80/20 wt.%) films for strain guage applications//Thin Sol. Films. – 2006. – Vol. 515. – P. 2602-2606. 7. Пазуха І.М., Проценко С.І., Проценко І.Ю. Дифузійні процеси та інтерфейсне розсію- вання електронів в багатошарових металевих плівках (огляд)//Вісник СумДУ. Серія: Фізи- ка, математика, механіка. – 2006. – № 9(93). – С. 7-37. 8. Бурик І.П., Шпетний І.О., Однодворець Л.В. Кристалічна структура, фазовий склад та ди- фузійні процеси в двошарових плівкових ма- теріалах на основі Ni і Mo//Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. – 2008. – № 2. – С. 118-123. 9. Бібик В.В., Гричановська Т.М., Маршалек М., Проценко О.Б., Проценко С.І. Дифузійні про- цеси в нанокристалічних двошарових плівко- вих системах на основі металів//Металлофиз. новейшие технолог. – 2006. – Т. 28, № 6. – С. 707-715. 10.Проценко І.Ю., Токмань В.В., Чорноус А.М., Шпетний І.О. Фазоутворення та структурні зміни в двошарових плівкових системах Ti/ Co і Ni/(Ti, V, Co, Cr) у процесі ізохронного відпалу//Металлофиз. новейшие технол. – 2003. – Т. 25, № 3. – С. 319-331. ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Ni И Mo ИЛИ Cr

Тензорезистивные свойства пленочных материалов на основе Ni и Mo или Cr

Institution

Similar Items