Звіт про науково-дослідну роботу: „ Дослідити механізми формування наноструктури та її впливу на властивості надтвердих магнетронних покриттів і напівпровідникових плазмохімічних плівок ”

Abstract

ОБ’ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ – надтверді покриття та напівпровідникові плівки на основі NbN, NbC, TiN, SiNx SiC, SiCN, AlN, їх структурні, механічні та оптоелектронні властивості, матеріал покриттів. МЕТА РОБОТИ- вивчення механізмів формування наноструктури і її впливу на структурні, механічні і оптоелектронні властивості плівок на основі зазначених тугоплавких сполук. Методи дослідження: установка для дуального магнетронного розпилення, плазмохімічна установка. Для дослідження зразків використано: рентгеноструктурний аналіз, наноіндентування, трибологічні і адгезійні тести, оптичний профілометр, інфрачервона і рентгенелектронна спектроскопії, установки для дослідження оптоелектронних властивостей, атомний силовий мікроскоп, просвітлювальна електронна мікроскопія. Були синтезовані при різних режимах і всебічно вивчені магнетронні нанокомпозитні: Nb-Si-N (мішені – Nb i Si, змінні параметри – потужність розряду, швидкість потоку азоту, напруга зміщення на підкладці), Nb-Al-N (мішені – Nb i Al, змінний параметр – потужність розряду на мішені із алюмінію), Nb-Si-C (змінний параметр – кількість кремнію на композитній мішені Nb+Si+C) покриття; наношаруваті TiN/SiC (мішені – TiN i SiC, змінний параметр – температура підкладки) і AlN/BNC (мішені – Al і B4C, змінний параметр – потужність розряду на мішені із B4C) покриття; магнетронні Si-C-N плівки (мішень - SiC, змінний параметр – швидкість потоку азоту), плазмохімічні Si-C-N плівки (прекурсори – гексаметилдісилазан, водень, азот, зміні параметри – швидкість потоку азоту, температура підкладки, зміщення на підкладці, потужність розряду). Встановлені оптимальні режими осадження покриттів і плівок. Зокрема, встановлено, що нанотвердість і твердість по Кнупу наноструктурованих покриттів сягають 35-40 ГПа та понад 56 ГПа, відповідно. Нанотвердість Si-C-N плівок складає понад 36 ГПа. Ці плівки є напівпровідними з енергетичною щілиною в межах 2.1-2.4 еВ. На основі першопринципних розрахунків запропоновано матеріали для покриттів систем Al-Mg-B, Ti-Si-C. Запропоновано структурні моделі інтерфейсів у нанокомпозитних і наношаруватих покриттях. Результати досліджень показують, що магнетронні плівки можуть бути використані як зносостійкі і захисні покриття. Зважаючи на оптоелектронні властивості, низьку шорсткість, високу твердість та низький коефіцієнт тертя, аморфні Si-C-N плівки рекомендовано до застосування в напівпровідникових приладах та мікроелектромеханічних системах (МЕМС). КЛЮЧОВІ СЛОВА: НАНОКОМПОЗИТНІ І НАНОШАРУВАТІ ПОКРИТТЯ, АМОРФНІ НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПЛІВКИ, ПЕРШОПРИНЦИПНІ РОЗРАХУНКИ, ГЕТЕРОСТРУКТУРИ, СТАБІЛЬНІСТЬ ФАЗ, СТРУКТУРА, МЕХАНІЧНІ І ОПТОЕЛЕКТРОННІ ВЛАСТИВОСТІ.