Titusga Nitridi Filmlari

Sputtered yoki buharlaştığında, titanium, nitrürler, oksitler yoki karbidlarni osongina tashkil juda reaktif bir metall. Titanium nitridi (TiN) tarkibida NaCl tuzilishi mavjud bo'lib, u keng va quyuq va yuqori stoichiometrik fazalarni ta'minlaydigan keng kompozitsion intervalgacha nisbatan barqarordir. Ta'sirli tashuvchida (masalan, argon) azot tarkibida Ti2N bosqichi ham mumkin.

Titanium nitriti yuqori qattiqlik va korroziyaga qarshi yuqori chidamliligi va toza Ti dan ancha past elektr rezistivligiga ega. Bundan tashqari, nozik TiN filmlar, qattiqlik, muvozanat ommaviy qiymatlari ancha past bo'lgan va özdirençten juda ham yuqori bo'lishi mumkin. TiN filmlarining eng keng tarqalgan qo'llanmalaridan biri matkaplar va tegirmonlar va asbob po'latdan yoki yuqori tezlikli po'latdan tayyorlangan asboblar uchun ishlatiladigan asboblarni aşınma muhofaza qilish. TiN-filmlarni torna qilish va frezalash uchun qattiq metall buyumlar ko'pincha ko'p qatlamli qoplamadagi tashqi qatlamdir. Ushbu dastur uchun, CVD bir vaqtning o'zida juda katta paketlarni qoplash imkoniyati tufayli eng ko'p ishlatiladigan qoplama usuli hisoblanadi.

Mikroelektronika sohasida TiN past moslashuvchanligi tufayli MOS tuzilmalarida eshik metall sifatida ishlatiladi, shuningdek diffuzion to'siq sifatida ham qo'llaniladi. Stokiyometrik (Ti / N = 1) TiN juda oltinni ingl. Sifatida o'xshaydi va bu soat va boshqa narsalar uchun dekorativ qoplamalar uchun mashhurdir. Titanium nitriti bio-moslashuvchan materialdir va bu xususiyat tibbiyotda qo'llaniladigan keng maydonlarni, masalan, jarrohlik implantlarini yaratishga olib keldi. Tijorat, tribologik TiN qoplamining (Balinit ® A) tipik xususiyatlari 2300 HV qattiqlik va 600 ° S gacha bo'lgan termal stabillikdir. Katta sanoat manfaati va TiN nozik filmlari uchun qo'llanadigan turli xil ilovalar ko'pincha ko'plab turli PVD usullari sinab ko'rilgan va natijada olingan kino xususiyatlari o'rganilgan mashhur tadqiqot ob'ektlarini yaratdi.

Tez-tez ishlatib turadigan PVD usullarining ba'zi umumiy misollaridan elektron nurlari bug'lanishi, magnetronli pushti va katodik daryo cho'kmasi mavjud. Tayvanlik guruh TiN birikmasini reaktiv bo'shliq katotli deşarj ion qoplama (HCD-IP) usuli yordamida o'rganib chiqdi. Ushbu usulda Ti-xochdagi elektron nurlari bug'lanishini va metall atomlari va gazni (Ar va N ₂ ) molekulalarini bir vaqtning o'zida ionlashtirishi uchun yuqori chastotali past kuchlanishli elektron qurol sifatida RF usulida foydalaniladi . Odatda cho'kma sharoitlari - 6 kVt bo'lgan chastotasi kuchlanishi, 0,29 Pa (2,2 mTorr) ish bosimi va -40V bo'lgan amaliy DC substrat biosidir.

Olingan TiN-plyonkalarning afzal tomoni asosan 1 mm dan ko'p kino tortishish uchun ko'pgina cho'kma sharoitlari uchun edi. Filmlarning qattiqligi TiN to'qimalarining koeffitsienti ortib, 28 GPa da to'yingan, chunki koeffitsient birlikka yaqinlashgan. Guruh shuningdek, bios voltajini, cho'kindi kuchini va azotning qisman bosimini o'zgartirib, kristalli TiN filmlarida afzal tomonga yo'naltirilgan ion bombardimonligi ta'sirini o'rganib chiqdi. Ion bombardimonida shprits birikmasiga yoki kafeda shikastlanishiga olib kelishi aniqlandi va past cho'kindi haroratlarda afzal yo'nalish belgilanadigan bu hodisalarning qaysi biri aniqlanadi. Tercih yo'nalishi shprits to'planishida va kafeda shikastlanishda yo'nalishda rivojlanadi. Termodinamika jihatidan maqbul yo'nalish hech qanday ion bombardimi mavjud bo'lmagan hollarda paydo bo'ladi. Bundan tashqari, guruh, TiN filmlarining gözenekliliğinin çökelme harorati, biriktirme muddati va iyon bombardımanıyla qanday ta'sir qilganini tadqiq qildi. Ular uzoq cho'kish vaqtlari yoki yuqori harorat va yuqori darajadagi ion bombardimonligi poroziteyi kamaytiradi va ion bombardimonligi don hajmiga va afzal yo'nalishga ham ta'sir qiladi degan xulosaga kelishadi. Yuqori filmlar katta to'qimalar yoki yuqori to'qimalarga koeffitsientlari bilan kichik donalar mavjud.

Reaktiv magnitronli pushtirish uchun tijorat usullari ko'pincha TiN kinolarini biriktirish uchun qo'llaniladi. Guruvenket va boshq. ion bombardimonligi va substrat yo'nalishini DC substratlariga joylashtirilgan TiN filmlarning xususiyatlariga DC tekis magnitron tizimida ta'sirini o'rgangan. Si substratlarda salbiy tomonga qarab 0,1 Pa miqdordagi bosim ostida saqlangan filmlar Si ning substratlarida saqlangan filmlar uchun TiN bo'lganida TiNning afzal tomoni bor edi. Tananing hajmi +20 V dan salbiy qadriyatlargacha pasayganda, keyin esa -60 V ga to'g'ri keladi, deyarli o'zgarmasligi uchun don miqdori pasayadi. Salbiy biasada donalar Si ga nisbatan ancha kichik. Azotning qisman bosimining reaktiv DC magnetronli pushti TiN-plyonkalarining xususiyatlariga ta'siri Meng va boshq. Tanlangan yo'nalishdagi filmlar azot qisman bosimi 0,08dan 0,3 Pa gacha o'zgarib turganda, issiatsiz shisha substratlarga 0,8 Pa miqdorda cho'kindi, natijada tana hajmi kattalashib borayotganida TiN to'qimalarining koeffitsienti ortib borayotgan azot qisman bosimi bilan kamaydi. Titanyum nitrürlü nozik filmlarning çökeltilmesinin boshqa keng tarqalgan usullari katodik ark birikmasini asoslangan. Martin va boshq. : Filtrlangan yomg'ir cho'kmasi (FAD) va ionli yordam dog'i birikmasi (IAAD). FAD azotli muhitda qizdirilgan va yonma-yon Si va po'latdan pastki qatlamlarda (350 ° C) TiN biriktirilishi uchun ishlatilgan. Ushbu tizimda stressni va qattiqlikni tanqisligini o'zgartirib, nazorat qilish mumkin.

IAADda azotli ionning manbai, FAD tizimiga qattiq 500 EV energiya bilan N ₂ + ionlarini etkazib beradi. Ushbu qurilma ion nurlari oqimi orqali stoikiometriyani nazorat qilish bilan isitilmaydigan Si va uglerod substratlariga biriktirishga imkon beradi. Har ikki qurilma uchun cho'kindi stavkalari 100 nm / min (6 mm / s). Kristalli va mikroyapıda çökelme sharoitlarining ta'siri juda keng qamrovli tarzda incelenmiş va bir qancha model taqdim etildi. Ushbu modellardan biri Zhao va boshqalar tomonidan taqdim etildi. va "Umumiy energiya modeli" deb nomlangan. Ushbu model, TiN filmlarida afzal tomonga yo'naltirilgan rivojlanishning evolyutsiyasini biosfera filtrli chuqur biriktiruvchi usul bilan biriktirilishini tushuntirishga qaratilgan bo'lib, u filmning ion bombardimasi bilan bog'liq. U seysmik energiya yig'indisi, kuchlanish energiyasi va ma'lum bir kristalli yo'nalishdagi ionlarning energiyasini zichligi deb ta'riflangan "to'xtatish energiyasi" jami energiyani minimallashtirishga asoslanadi. Kichkina kino qalinligida sirt energiyasi kuchlanish energiyasidan ustun turadi va afzal TiN yo'nalishi bo'lishi kerak. Borayotgan kino kalınlığında yoki ortib borayotgan yanlılıklarda chidamlilik energiyasi hukmron bo'lib keladi, bu esa TiN'nin afzal tomonlarini beradi. Juda yuqori taraflama qarama-qarshilikda rutverish yuz beradi va to'xtash energiyasi hukm suradi va TiN yo'nalishi afzal ko'riladi. Boshqa tadqiqotchilar, TiN kino qatlam uchun ham, sof metal plyonkalarni puflash uchun ishlab chiqilgan Thornton konstruktsion zonasi modelini qo'lladilar. Ushbu topilmalar va yondashuvlar hozirgi doktorlik ishlarida qo'llaniladigan an'anaviy bo'lmagan tizimlarga joylashtirilgan filmlarning xususiyatlarini tushunishda juda muhimdir.