Структура и свойства нанокомпозитных комбинированных покрытий с высокой твердостью, которые используются в электронной технике

В последние годы, плазменные технологии осаждения все шире применяются, такие как высокомощные импульсы магнетрона распыления (HIPIMS), и поэтому еще раз появилась необходимость изменять существующие ДЗС путем включения плазмы связанных параметров осаждения.

В этом вложении, кратко рассматриваются существующие ДЗС перед тем, как будет предложен расширенный ДЗС.

Он охватывает использование высокоэнергетичных ионов, как они получаются, например, путем смещения подложки высоким отрицательным потенциалом, а также ионным травлением.

Краткий обзор диаграммы структурной зоны

Идея ДЗС была введена Мовчаном и Демчишиным в 1969 году для очень толстых пленок сделанных методом испарения [70]. В этом случае, снижаемым параметром была только гомологическая температура, и определялась как температура роста пленки, нормированная температура плавления осажденной пленки материала (в градусах Кельвина). Температура пленки, как правило, не известна и часто используются температура подложки, пункт, который гарантирует более близкую экспертизу, и который будет приводить к более общему температурному понятию развивался в следующей секции.

Рисунок 14. Структура зоны схема применима к энергическим осаждениям. Номера осей ориентировочны и зависят от материала и его характеристик

Барна и Адамик установили границы слегка по-иному и ввели зону перемещения T между зонами 1 и 2 [71]. В этой поверхности переход зоны диффузии "замечательный", но зернограничная диффузия сильно ограничена, что ведет к повышению конкурентоспособности роста зерна и в результате в V-формы зерна с зернистой структурой, которые не однородны по толщине пленки. Они подчеркнули, что более реалистичная ДЗС должна включать процесс индуцированной сегрегации совместного хранения примесей или добавок видов. Это определение говорит, что упрощенное представление ДЗС не включает в себя все параметры, и что ДЗС не может быть непосредственно применима к материалу. Также сделано ударение на то, что ДЗС предназначены для иллюстрации микроструктуры относительно толстых пленок, т. е. тех, которые выросли далеко за пределы зарождения их фазы.

С появлением широкого использования магнетронного распыления, ДЗС нужно было приспособить новый параметр: давление процесса.

Торнтон опубликовал ДЗС показывающую структуру пленки, руководствуясь двумя важными параметрами: гомологическая температура и давление. Эта ДЗС стала классической и воспроизводится во многих книгах о физическом осаждении паров.

Так как использование ионного пучка добавлено в некоторые процессы осаждения, Мессье [72] предлагает изменение ДЗС, с зоны 1, Т, 2, 3, где давление оси заменяется осями энергии ионов, и "Т" относится к переходной зоне, что является уникальным, при помощи ионов.

Энергетические бомбардировке частиц способствует возникновению конкурирующих процессов генерации дефектов и релаксации. Хотя кинетическая энергия вызывает смещение дефектов с последующим повторным зарождения, освобождение потенциальной энергии есть тепловой причиной уничтожения дефектов. Таким образом, отношение потенциальной энергии к кинетической энергии частицы, а также абсолютное значение кинетической энергии будет сдвигом баланса и влияют на формирование преимущественной ориентации и внутреннего напряжения. Максимум внутреннего напряжения существует для кинетической энергией около 100 эВ, фактическое значение зависит от материала и других факторов.

Существование такого максимума может быть объяснено посредством введения атомов под поверхностью при очень малом отжиге.

При более высокой температуре, либо через более высокие гомологические температуры или в результате повышения температуры из-за самого процесса, зерна увеличен, поскольку увеличение подвижности адатомов доминирует над увеличением ионной бомбардировки дефектов.

Поскольку кинетическая энергия ионов увеличивается, например, от смещения, распыление увеличивается и чистая скорость осаждения уменьшается. Рост пленки прекращается, когда как средняя «урожайность» приближается к единице, которая для большинства элементов в диапазоне от 400 эВ и 1400 эВ, и поверхность травления, как энергия еще больше увеличивается.

Многие аспекты этой дискуссии еще не рассмотрены, такие как различия между чистой элементарной пленкой и пленкой соединения, разделения фаз и наноструктурированной пленкой, существование аморфных пленок при низкой температуре и т.д. Цель этого вклада было расширить понятие ДЗС. Много уточнений и другие презентации мыслимо.

В любом случае, представление об эволюции микроструктуры пленок ДЗС обречено быть качественным, из-за необходимости упрощения реальных процессов.

ВЫВОДЫ

Используя метод ТФП «ab initio» мы вычислили силы декогезии и смещения нескольких ГЦК-TiN/1 ML-SiN/TiN поверхностей. Укрепление фактором 4-10 описанное в более ранней статье [32] происходит из-за передачи валентного заряда поверхности 1ML- SiN, который усиливает связи Si-N. Колебания Фриделя, которые происходят как следствие электронного волнения системы, приводят к ослаблению связей TiN в пределах плоскостей TiN, прилегающих к поверхности 1 ML-SiN. Это - самые слабые связи, где декогезия и смещение, происходят под приложенной нормальной нагрузкой или нагрузкой смещения.

Несмотря на это ослабление, полное укрепление поверхности обеспечивает ГЦК-TiN/1 ML-SiN/TiN гетероструктура с повышением прочности приблизительно до 35 GPa. В nc-TiN/a-Si₃N₄ нанокомпозитах с беспорядочно ориентированными нанокристаллами TiN, усреднением Sachs's, вместе с повышением давления потока нагрузки и отношений Тамбурина (чья законность для этих материалов была проверена) просто объясняют, что прочность сверх 100 GPa может быть достигнута в таком нанокомпозите.

А что касается зонной диаграммы зонной структуры, то даже предложенные обобщения, которые считаются менее непосредственно связанными с простыми параметрами, как температура и давление:

Во-первых, простота подхода к большой картины процессов в микроструктурах, которые могут быть чрезвычайно сложным, может помочь понять, всеобъемлющие тенденции и обеспечение общей идеи для процесса изменений.

Во-вторых, предлагаемое расширение подчеркивает обобщение энергии осей и объектов с использованием первичной плазмы связанных параметрами осаждения.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

поверхность нанокомпозит гетероструктурный

1 S. Veprek and S. Reiprich, Thin Solid Films 268, 64 (1995).

2 S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. A 17, 2401 (1999).

3 S. Veprek, M. G. J. Veprek-Heijman, P. Karvankova, and J. Proc-hazka, Thin Solid Films 476, 1 (2005).

4 S. Veprek and M. G. J. Veprek-Heijman, Surf. Coat. Technol. 202, 5063 (2008).

5 “nc” stands for nanocrystalline, “a” for x-ray amorphous, and the stoichiometry Si3N4 is used to emphasize that the binding energy of the Si 2p electrons of the interfacial monolayer is the same as in stoichiometric, bulk silicon nitride.

6 S. Veprek, H. D. Mдnnling, P. Karvankova, and J. Prochazka, Surf. Coat. Technol. 200, 3876 (2006).

7 S. Veprek, P. Karvankova, and M. G. J. Veprek-Heijman, J. Vac. Sci. Technol. B 23, L17 (2005).

8 A. S. Argon and S. Veprek, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 697, 3 (2002).

9 S. Veprek and A. S. Argon, J. Vac. Sci. Technol. B 20, 650(2002).

10 S. Veprek, S. Mukherjee, P. Karvankova, H.-D. Mдnnling, J. L. He, K. Moto, J. Prochazka, and A. S. Argon, J. Vac. Sci. Technol. A 21, 532 (2003).

11 S. Christiansen, M. Albrecht, P. Strunk, and S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. B 16, 19 (1998).

12 H. Sцderberg, M. Odйn, J. M. Molina-Aldareguia, and L. Hultman, J. Appl. Phys. 97, 114327 (2005).

13 H. Sцderberg, J. M. Molina-Aldareguia, T. Larrsson, L. Hultman, and M. Oden, Appl. Phys. Lett. 88, 191902 (2006);

14 H. Soderberg, M. Oden, A. Flink, J. Birch, P. O. A. Persson, M.Beckers, and L. Hultman, J. Mater. Res. 22, 3255 (2007). 15X. Hu, H. Zhang, J. Dai, G. Li, and M. Gu, J. Vac. Sci. Technol.A 23, 114 (2005).

15 L. Hultman, J. Bareno, A. Flink, H. Sцderberg, K. Larsson, V.Petrova, M. Oden, J. E. Greene, and I. Petrov, Phys. Rev. B 75,155437 (2007).

16 M. Kong, W. Zhao, L. Wie, and G. Li, J. Phys. D 40, 2858 (2007).

17 S. Z. Li, Q. F. Fang, Q. Liu, Z. S. Li, J. Gao, P. Nesladek, J.Prochazka, M. G. J. Veprek-Heijman, and S. Veprek, Compos.Sci. Technol. 65, 735 (2005).

18 X. Hu, Z. Han, G. Li, and M. Gu, J. Vac. Sci. Technol. A 20, 1921 (2002).

19 S. Veprek, M. Haussmann, and S. Reiprich, J. Vac. Sci. Technol. A 14, 46 (1996).

20 J. Prochazka, P. Karvankova, M. J. G. Veprek-Heijman, and S. Veprek, Mater. Sci. Eng., A 384, 102 (2004).

21 S. Veprek, H.-D. Mдnnling, P. Holubar, and M. Jilek, Mater. Sci. Eng., A 366, 202 (2004).

22 F Zhang, S. H. Sheng, and S. Veprek, Appl. Phys. Lett. 90, 191903 (2007).

23 B. Alling, E. I. Isaev, A. Flink, L. Hultman, and I. A. Abrikosov, Phys. Rev. B 78, 132103 (2008).

24 R. F. Zhang and S. Veprek, Mater. Sci. Eng., A 424, 128 (2006).

25 R. F. Zhang and S. Veprek, Thin Solid Films 516, 2264 (2008).

26 R. F. Zhang and S. Veprek, Phys. Rev. B 76, 174105 (2007).

27 Even at the conditions of low nitrogen activity, the Gibbs free energy of the reaction 4SiN=Si3N4 + Si is -136 kJ/mol atom.

28 S. Veprek and M. G. J. Veprek-Heijman, Surf. Coat. Technol.201, 6064 (2007).

29 S. Hao, B. Delley, S. Veprek, and C. Stampfl, Phys. Rev. Lett. 97, 086102 (2006).

30 S. Hao, B. Delley, and C. Stampfl, Phys. Rev. B 74, 035402 (2006).

31 S. Veprek, A. S. Argon, and R. F. Zhang, Philos. Mag. Lett. 87, 955 (2007).

32 X. Liu, B. Gottwald, C. Wang, Y. Jia, and E. Westkдmper, in High Performance Computing in Science and Engineering '07, edited by W. E. Nagel (Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2008), pp. 117-136.

33 G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 47, 558 (1993); 49, 14251 (1994).

34 G. Kresse and J. Furthmьller, Comput. Mater. Sci. 6, 15 (1996).

35 G. Kresse and J. Furthmьller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996).

36 G. Kresse and D. Joubert, Phys. Rev. B 59, 1758 (1999).

37 J. P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B 45, 13244 (1992).

38 H. J. Monkhorst and J. D. Pack, Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).

39 D. Roundy, C. R. Krenn, M. L. Cohen, and J. W. Morris, Jr., Phys. Rev. Lett. 82, 2713 (1999).

40 D. Roundy, C. R. Krenn, M. L. Cohen, and J. W. Morris, Jr., Philos. Mag. A 81, 1725 (2001).

41 F. D. Murnaghan, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 30, 244 (1944).

42 F. Birch, Phys. Rev. 71, 809 (1947); J. Geophys. Res. 83, 1257 (1978).

43 P. Vinet, J. Ferrante, J. R. Smith, and J. H. Rose, J. Phys. C 19, L467 (1986).

44 J. H. Rose, J. R. Smith, F. Guinea, and J. Ferrante, Phys. Rev. B 29, 2963 (1984).

45 K. Kцllisch and W. Schnick, Angew. Chem. 111, 368 (1999).

46 A. Zerr, R. Riedel, T. Sekine, J. E. Lowther, W.-Y Ching, and I.Tanaka, Adv. Mater. 18, 2933 (2006).

47 E. Horvath-Bordon, R. Riedel, A. Zerr, P. F. McMillan, G. Auffermann, Y. Prots, W. Bronger, R. Kniep, and P. Kroll, Chem. Soc. Rev. 35, 987 (2006).

48 H. Kwart and K. G. King, d-Orbitals in the Chemistry of Silicon, Phosphorus and Sulfur (Springer-Verlag, Berlin, 1977).

49 H. Schmidbaur, in Tailor-made Silicon-Oxygen Compounds, edited by R. Corriu and P. Jutzi (Friedrich Vieweg and Sons, Gцttingen, 1996), p. 13.

50 A. R. West, Solid State Chemistry and its Applications (John Wiley and Sons, Chichester, 1984).

51 J. Friedel, Philos. Mag. 43, 152 (1952); Adv. Phys. 3, 446 (1954).

52 W. A. Harrison, Electronic Structure and Properties of Solids (W. H. Freeman and Co., San Francisco, 1980).

53 E. Roduner, Nanoscopic Materials (RSC Publishing, Royal Soc. of Chem., Cambridge, 2006).

54 N. N. Greenwood and A. Earnshaw, Chemistry of Elements (Per-gamon, Oxford, 1984). [Quoted after the German translation Chemie der Elemente, 2nd ed. (VCH Verlagsgesellschaft, Wein-heim, 1990).]

55 S. Hao, private communication.

56 R. F Zhang, A. S. Argon, and S. Veprek, Phys. Rev. Lett. 102, 015503 (2009).

57 J. Frenkel, Z. Phys. 37, 572 (1926).

58 R. W Hertzberg, Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, 3rd ed. (John Wiley and Sons, New York, 1989).

59 Note that the considerations discussed above in the remark in connection with Fig. 5 also apply here.

60 A. Niederhofer, P. Nesladek, H.-D. Mдnnling, K. Moto, S. Veprek, and M. Jilek, Surf. Coat. Technol. 120-121, 173 (1999).

61 X. Liu, B. E. White, Jr., R. O. Pohl, E. Iwanizcko, K. M. Jones, A. H. Mahan, B. N. Nelson, R. S. Crandall, and S. Veprek, Phys. Rev. Lett. 78, 4418 (1997).

62 J. S. Koehler, Phys. Rev. B 2, 547 (1970).

63 G. Sachs, Z. Ver. Dtsch. Ing. 72, 734 (1928).

64 M. G. J. Veprek-Heijman, R. G. Veprek, A. S. Argon, D. M. Parks, and S. Veprek, Surf. Coat. Technol. 203, 3385 (2009).

65 R. G. Veprek, D. M. Parks, A. S. Argon, and S. Veprek, Mater. Sci. Eng., A 448, 366 (2007).

66 A. S. Argon, Strengthening Mechanisms in Crystal Plasticity (Oxford University Press, Oxford, 2008).

67 V Vitek, Philos. Mag. 18, 773 (1968).

68 B.A. Movchan, A.V. Demchishin, Fiz. Met. Metalloved. (USSR), (Phys. Met.Metallogr.),vol. 28, 1969, p. 653.

72P.B. Barna, M. Adamik, Thin Solid Films 317 (1998) 27.

Размещено на Allbest.ru