Chromium Filmlar va Chromium Nitride Filmlari
Jan 05, 2018| Chromium filmlari
Qattiq krom qoplamalari uzoq vaqt davomida atrofida bo'lgan va asboblar va mashina qismlarining aşınma va korozyon qarshiliklarini arttırmak uchun foydalanish mumkin, masalan, piston halqalari, Shlangi shiling va kalıplar. Juda nozik kromsimon filmlar avtoulov yoki mebel sanoati uchun dekorativ maqsadlarda ishlatiladi. Kromdan foydalanishning yana bir turi - mikroelektronika sanoatida fotolitografiya uchun krom-shisha maskalari. Cr uchun an'anaviy cho'kindi usuli xrom plastinka, nam elektrolitik usul. Shu bilan birga, bu usul kanserojenik bo'lgan hexavalent krom foydalanadi va shuning uchun sog'liqni saqlash va atrof-muhit uchun do'stona çökelme usullari, masalan, PVD usuli bilan o'zgartirish kerak. Spiral yoki katodik yoysimon Cr, CrN va CrC bug'lanadi, shuningdek olmosga o'xshash uglerod (DLC) kabi kromsiz qoplamalar ham katta miqyosdagi sanoat dasturlarda elektrokullanilgan qattiq krom qoplamalari uchun mumkin bo'lgan zaxiralar sifatida qaraladi.
Kromning porlashi juda sekin. Magnetronli Cr / CrN va Cr / Cr 2 N ko'p qatlamli qoplamalarda krom qatlamlari 201 mm / h (≈170 nm / min) dan 150 V bo'lgan magnetron bilan -20V tomonlama po'latdan pastki qatlamlarga, 4 A (≈ 23 mA / sm 2).
RFda tarqalgan "Cr" filmlaridagi to'qimalarning rivojlanishi Feng va boshq. bu erda sirt va interfeys energiyasini minimallashtirishga asoslangan model taklif qilingan. Ushbu model, turli xil sharoitlarda, shisha substratlarda Cr cho'kindilarida sinovdan o'tkazildi. Filmlar, har doim, xona haroratida shisha substratlarda cho'ktirilganda Cr (110) to'qimalariga ega bo'lgan, ammo 250 ° S ga oldindan qizdirilganda (110) yoki (002) to'qimalarining Ar ionlari yoki Cr atomlaridan biriktirilgan energiya miqdori aniqlandi. Cr (110) holat qilingan tomoni shisha substratning bombardimon qilinishi bilan afzal qilingan. Afzal yo'nalishni nazorat qilish muhimdir, masalan, Cr-filmlar kobalt-asosidagi magnit-plyonkalar uchun pastki qavat sifatida foydalanilganda, Cr (200) to'qimalarining kerakli joyi.
Xrom nitridli plyonkalar
Krom nitrid plyonkalarida mukammal korroziya va aşınma xususiyatlari va yuqori termal stabillik mavjud. Nozik taneli va past stres tuzilishi tufayli qalin (bir nechta 10 mm) CrN kinolarni saqlash mumkin. Ushbu haqiqat CrN bilan birga TiN dan kamroq mo'rt bo'lib, lekin juda qiyin, CrN'yi alyuminiy qotishmalari va zanglamaydigan po'latlar kabi nisbatan yumshoq substratlarda sirt muhofazasi uchun ko'proq mos keladi. Po'latga yopishish odatda yaxshi bo'ladi, lekin u bir oraliq Cr-qatlami tomonidan kuchaytirilishi mumkin. Stokiyometrik yoki yaqin stoikiometrik CrN qoplamalar kubik NaCl-tuzilishiga ega. Kam azotli tarkibga ega bo'lgan olti burchakli Cr 2 N fazalari paydo bo'lishi mumkin. Chromium titaniumga qaraganda kamroq reaktiv metall bo'lib, bu reaktiv PVD uchun natijadir. Stokiyometrik CrN plyonkalari hosil qilish uchun zarur bo'lgan azot qisman bosimi stokiyometrik TiN dan yuqoridir. Tijorat qoplamaning odatda xususiyatlari 1750 HV qattiqlik va 700 ° S gacha bo'lgan termal stabillikdir .
Yuqori termal stabillik CrN-qoplamalarni yuqori haroratda ish jarayonlarida aşınma va korozyon muhofazasi uchun juda mos keladi, masalan, bosim ostida qoldiq to'qimalarda. CrN bilan qoplangan komponentlarning namunalari plastik kalıplar, ekstrüzyon kalıpları va Cu va Ti kabi metall ishlash va sovuq shakllantirish uchun asboblar.
CrN filmlari uchun umumiy birikma usullari reaktiv magnetronli pırıltılı va arkın buharlaşmasıdır. DC magnetron porlashi afzal qilingan yo'nalishni CrN qoplamalarining mexanik xususiyatlariga ta'sirini o'rganish uchun ishlatilgan. Oqim tomonidan boshqariladigan N 2 oqimining maqsad oqimi va har xil shahar bios voltajlarida a) 70 V va b) 120 V bo'lgan 0,27 Pa (2 mTorr) umumiy bosimda ikki qoplama ishlab chiqarildi. Mos ravishda 18 va 28 nm / min. Olingan filmlar quyidagilardir: a) CrN (200), ustunli struktura va 2300 HV qattiqlik va b) Cr2N (111), yupqa strukturasi va biroz kattaroq qattiqligi (2400 HV) ammo po'latdan (SKD11) pastki qatlamlari uchun zaif bir amal.
DC va magnetronlarning pulsatsiyalanuvchi DC bias bilan titrashi natijasida CrN x ning yuqori tezlikda birikishi Nam va boshq. Filmlar 0,4 Pa (1,8 mTorr) doimiy argon bosimi ostida 13 W / sm 2 maqsadli kuch zichligi bilan ajralib turdi va azot oqimi 0 dan 45 siqishgacha va turli xil chidamlilik voltajiga o'zgargan. Bu esa CrN x filmlarning mikroyapılarını va o'zgarishlar tarkibi nazorat qilish imkonini berdi. Cr2N uchun maksimal tortish tezligi maksimal qattiqlik koeffitsienti CrN + Cr uchun 2250 kg / mm 2 (Knoop) uchun Cr 2 N (koeffitsientning 89%) uchun edi. Xuddi shu guruh shuningdek, turli xil cho'kma stavkalari bo'yicha saqlanadigan CrN x- filmlarning xususiyatlarini o'rganishdi. Ushbu tadqiqotda -100V va doimiy 0,2 Pa (1,5 mTorr) argon bosimi sobit yonma-yon zo'riqishida ishlatildi va maqsad energiya zichligi 5, 10 va 13.2 W / cm2 ishlatildi va azot oqimi 0 dan 160 sccm. CrNning cho'kish tezligi maqsadli quvvat zichligi (13,2 Vt / sm 2da maksimal 430 nm / min) bilan chiziqli ravishda ko'payganligi va kino stresining tortishishdan tortib, bosimning o'zgaruvchan cho'kish tezligi bilan o'zgarganligi xulosasiga kelishdi. Keyinchalik yuqori qattiqlik va yuqori adatom harakatchanligi tufayli yuqori maqsadli energiya zichligiga ega bo'lgan kino uchun eng yuqori qat'iylik va eng yaxshi adezyon aniqlandi.
Yog'ochni qayta ishlaydigan chastotalar magnitroni bilan xromosomalar bilan qoplangan karbidli asboblar sinovdan o'tkazildi. Strukturaviy va kimyoviy tahlil uchun filmlar Si substratlariga joylashtirildi. Taxminan 450 Vt va 650 Vt chastotada kuchlanish va 0,1 dan 1 Pa gacha bo'lgan umumiy bosim kuchaytirilgandan so'ng 15 va 80 minut orasida jami 4,4 mm / s (73 nm / min) 2 N. Cr 2 N filmlarida ustun struktura mavjud bo'lib, CrN filmlar 2100 HV maksimal qattiqligi bilan ajralib turganday tuyuldi. Cr 2 N filmlari CrN filmlariga qaraganda ancha murakkab, ammo kamroq yopishqoqroq bo'lgan.
Bir chastotali magnetron pasayishi shuningdek, kimyoviy va mexanik xususiyatlar tahlil qilingan, keng tarqalgan azotli qisman bosim oralig'ida 0.005 - 30 Pa oralig'ida saqlangan CrN x filmlarini o'rganish uchun ham ishlatilgan. Maqsad quvvati 300 Vt (maqsad quvvat zichligi 6,8 Vt / sm 2 ) va 0,3 Pa miqdoridagi Ar qisman bosim sobit bo'lib, stoikiometrik Cr 2 N 0,02 va 0,04 Pa orasidagi azot qisman bosimlari va stoikiometrik CrN 0.3 Pa uchun olingan, boshqa bosim uchun esa CrN va Cr 2 N fazalari aralashtirildi. Natijada, CrN x- filmlarida azot miqdori azotning qisman bosimini o'zgartirish orqali boshqarilishi mumkin, ammo bu birikma darajasi va mikroyapıdan mustaqil ravishda emas. Cr 2 N filmlari juda qattiq (27.1 GPa) va qattiq (E = 348 GPa), bir martalik CrN deyarli Cr 2 N, lekin undan elastik (E = 300 GPa) kabi qiyin bo'lgan va cho'kish tezligi past edi.
Yuqori tezlikli po'latdan yasalgan substratlarga reaktiv bug 'bug'lanishi orqali biriktirilgan krom nitrit filmlarining mikroyapı va mexanik xususiyatlari, Oden va boshq. 10 mm qalinli plyonkalar 220 Pa uchun azotning qisman bosimi va 20 dan 400 V gacha bo'lgan har qanday salbiy substrat tsiklida saqlanadi. Filmlarning mikroyapısı zich va ustundir, afzal qilingan yo'nalish CrN (220) va CrN (220) to'qimalarining koeffitsienti 200V ga qadar ortib borayotgan salbiy tendentsiya bilan ortdi. -100 V gacha bo'lgan substrat biosfera uchun 29 GPa dan oshiq maksimal nanogarstiyaga erishildi.
Maxsus ishlov berish uchun, misni ishlov berish uchun kesuvchi asboblar uchun CrN qoplamalar katodik arka ion qoplamasi bilan ishlab chiqarilgan. Ushbu filmlar 4 Pa azot qisman bosimida va turli xil salbiy substrat qorishmasidan 0 dan 200 Vga o'tkazildi. Afzal yo'nalish CrN (111) va mikro struktura zich va ustun edi. Taxminan vaznning kamayishi bilan don miqdori kamaydi va Vickers mikro qattiqligi 100 V ga teng, maksimal bosimli qoldiq stressga erishildi. Chiqib ketish ishlash testlari, filmning qattiqligi va qoldiq stressning misni frezeleyken ishlash ko'rsatkichi sifatida qabul qilinishi mumkin emasligini ko'rsatdi.
