Νανοδομικός χαρακτηρισμός πολυστωματικών υμενίων CrN/TiN
Creators: name: Μπρέζα, Αικατερίνη Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Νιτρίδιο του τιτανίου
Νιτρίδιο του χρωμίου
Πολυστρωματικές επικαλύψεις
Ηλεκτρονική Μικροσκοπία διέλευσης
Titanium nitride
Cromium nitride
Multilayer coating
Transmission electron microscopy

description: Λεπτά υμένια νιτριδίου του χρωμίου (CrN) και νιτριδίου του τιτανίου (TiN), αναπτύχθηκαν ως διαδοχικά, εναλλασσόμενα στρώματα με την τεχνική Closed Field Unbalanced Reactive Magnetron Sputtering πάνω σε υπόστρωμα κρυσταλλικού πυριτίου Si(100). Για την ανάπτυξη χρησιμοποιήθηκαν δύο αντιδιαμετρικοί στόχοι Cr και Ti καθαρότητας 99,99%, σε μικτή ατμόσφαιρα N2/Ar, όπου N2 είναι το αντιδρών αέριο και Ar το sputtering. Οι διαφορετικές παράμετροι κατά την εναπόθεση των υμενίων ήταν η τάση πόλωσης του υποστρώματος Vb και ο χρόνος εναπόθεσης t ενώ η ταχύτητα περιστροφής του υποστρώματος ήταν η ίδια. Δείγματα εγκάρσιας διατομής των υμενίων μελετήθηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης, συμβατική και υψηλής διακριτικής ικανότητας. Προέκυψαν συμπεράσματα για την εξάρτηση των δομικών χαρακτηριστικών των υμενίων από τις συνθήκες ανάπτυξης. Ο πολυστρωματικός χαρακτήρας σε τμήματα όλων των εξεταζόμενων υμενίων. Συγκεκριμένα για Vb=Vfloating=+24V και t=10min η εναλλαγή των στρωμάτων των νιτριδίων παρατηρήθηκε μόνο στα πρώτα 50nm ενώ η ανάπτυξη του υπόλοιπου υμενίου γίνεται υπό τη μορφή κολωνοειδών κρυστάλλων, κάθετων στο υπόστρωμα. Για Vb=-50V και t=10min ο πολυστρωματικός χαρακτήρας του υμενίου παρατηρήθηκε για τα πρώτα περίπου 120nm ακόμα και μέσα στους κολωνοειδείς νανοκρυστάλλους που σχηματίζονται από τη βάση ως την επιφάνειά του. Το πάχος του κάθε στρώματος είναι 5,3-5,5nm. Τέλος, για Vb=Vfloating και t=5min διακρίνονται δύο ζώνες στο υμένιο με πάχη 50nm και 120nm αντίστοιχα. Η εναλλαγή των στρωμάτων είναι εμφανής μόνο στη δεύτερη ζώνη. Όσον αφορά τη νανοδομή τους, τα υμένια είναι όλα πολυκρυσταλλικά και επίσης δεν παρατηρείται εκτεταμένα κάποιος προτιμητέος προσανατολισμός των κρυσταλλιτών ως προς το υπόστρωμα. Ωστόσο, σε αρκετές περιπτώσεις, τα νιτρίδια αναπτύσσονται επιταξιακά στο εσωτερικό των κολωνοειδών νανοκρυστάλλων. Σε όλα τα δείγματα παρατηρήθηκε επίσης σε μικρές περιοχές εναλλαγή των νιτριδίων χωρίς μεταβολή στις πλεγματικές τους σταθερές, κάτι που υποδηλώνει ότι οι δομές είναι υπό τάση.
description: Cromium nitride and titanium nitride (CrN–TiN) thin films were deposited as successive, alternating layers on Si(100) substrates using a Closed Field Unbalanced Reactive Magnetron Sputtering method (CF-UBRMS) at various substrate biases (Vb) and deposition times t. Electron microscopic study of cross-sectional samples reveals that the structural properties of the films depend on the growing conditions. The multilayer character was partially observed in all three films. In the case of Vb=Vfloating =+24V and t=10min, multilayers are shown only at the first 50nm while the rest of the film consists of columnar nanocrystals. In the case of Vb=-50V and t=10min the multilayer character was observed at the first 120nm even inside the columnar crystals that are formed from the base up to the surface of the film. For Vb= Vfloating and t=5min, also two zones are observed. Multilayers are present only at the second zone. High resolution electron microscopy (HREM) images show that the films are polysrystalline. Very often, in the nanocrystals, the alternating layers of the two nitrides are grown epitaxially one to the other, but with no preferred orientation regarding to the substrate. Moreover, in certain cases no difference between the lattice parameters of the layers was observed, denoting that the layers are under stress.