Uticaj negativnih predrasuda na strukturu i stepen depozicije višekoronskih jonskih ploča TiN filma

Prilikom korišćenja opreme za premazivanje višenamenskog jona za nanošenje tankog filma TiN na površinu poliranog čelika visoke brzine, sa ostalim parametrima nepromenjen, ispitivan je uticaj napona pristrasnosti na stopu depozita tankog filma. Eksperimentalni rezultati pokazuju da se s povećanjem negativne predrasude stopa depozicije kontinuirano povećava, ali nakon negativne predrasuda koja dostiže određenu vrijednost, stopa depozicije se smanjuje s povećanjem napona pristrasnosti.

Zbog svoje visoke tvrdoće, koeficijenta niskog trenja, dobre hemijske inertnosti, jedinstvene boje i dobre biokompatibilnosti, TiN folije se široko koriste u mehaničkoj, plastičnoj, tekstilnoj, medicinskoj industriji, mikroelektronici i drugim industrijama. Postao je jedan od najčešće korištenih tanki filmskih materijala u industrijskim istraživanjima i aplikacijama. Postoji mnogo metoda za pripremu TiN filmova, među kojima je multi-arc ionizacija je jedna od najtraženijih tehnologija u industriji danas. Ova tehnologija je nastala u 60-im godinama i brzo se razvijala od tada. Multi-arc ion-deponovan tanki film ima mnoge prednosti kao što je snažna adhezija filmske baze, visoka gustina sloja filma, širok spektar materijala koji se mogu pokriti, dobro obložiti i niska temperatura otapanja. Međutim, postoji mnogo faktora koji utiču na kvalitet filma tokom procesa prevlake. Domaće i međunarodne studije pokazale su da su glavni parametri procesa koji utiču na multi-arc ionsko obeležavanje struja metoda katode, pritisak reakcionog gasa, negativnu predoziranost supstrata, parcijalni pritisak azota i temperaturu odlaganja supstrata.

U ovom radu uglavnom proučavamo uticaj negativne predrasude na stopu depozita. Kada je supstrat negativno pristrasan, joni u plazmi će se ubrzati negativnim električnim poljem na podlogu. Kada dođu do površine podloge, joni bombardiraju podlogu i prenose energiju dobijenu iz električnog polja na podlogu, što dovodi do porasta temperature podloge. Zbog toga negativni napon podloge podloge ima veliki uticaj na brzinu depozicije, unutrašnji rezidualni napon, sila vezivanja filma i supstrata, frikciona svojstva membrane / osnove u procesu premaza. Promjena negativne podloge podloge može podesiti energiju deponovanih jona i temperaturu površine podloge kako bi kontrolisala kvalitet prevlake. Uticaj negativne predrasuda na strukturu i svojstva multi-arc jonske pločice TiN je proučavan i prijavljen. Međutim, retko se javljaju efekti negativnih predrasuda na stopu depozita tankih filmova. Ovaj članak namjerava proučiti utjecaj negativne predrasude na stopu depozicije filma.

1. Eksperimentalni metod

Polirani brzi čelik se koristi kao osnovni materijal. Uzorak je ultrazvučno ispran apsolutnim etanolom u trajanju od 20 minuta, a zatim je površina supstrata obrisana apsolutnim rastvorom etanola i acetona, zatim osušena i ponovljeno postavljena na osnovni okvir sistema višeslojnog jonskog premaza, rastojanje između meta i podloge je 250 mm. Kada je vakuumska komora napunjena u vakuum u pozadini od 2,6 × 10 -3 Pa, Argon gas je punjen na 5 Pa ~ 10 Pa, a negativan nagib napona od 500 V nanjen je na radni predmet. Posle održavanja od 2 min do 3 min, napon je povećan na 900 V. Argon gas formira sjaj plazme lavande pod niskonaponskim pražnjenjem, a pod dejstvom električnog polja, ioni argona bacaju radni predmet. Posle sjajnog sjaja, gas argona se smanjuje na oko 2 Pa, na radni komad se primjenjuje negativni nagib napona od 900 V, a cilj Ti se zapali, tada je podloga bombardovana visokonergetskim metalnim jonima. Nakon čišćenja, negativni naponi pristranosti su podešeni na 0 V, -50 V, -100 V, -150 V, -200 V i -250 V respektivno. TiNN filmovi su deponovani. Tokom procesa premaza, napon luka U = 20 V, struja luka I = 65 A, a vrijeme odlaganja je 30 min. X-zračna difrakcija je korišćena za analizu fazne strukture filma. Mikrostruktura prevlake analizirana je skeniranjem elektronske mikroskopije. Debljina filma je merena pomoću XP-2 profilera. Stopa taljenja je zatim izračunata na osnovu merene debljine i vremena odlaganja.

2. Rezultati i analiza

2.1. Fazna struktura filma pod različitim predrasudama

Slika 1 prikazuje obrazac difrakcije rendgenskog zraka filma. Analiza pokazuje da je fazni sastav filma TiN faza. Kada se ne primeni nagib, mogu se posmatrati difrakcioni vrhovi koji odgovara TiN (200) i (220) kristalnim ravninama, ali (111) difrakcioni vrh je skoro nula. Najjači vrh u ovoj liniji je iz baze Fe (111), što ukazuje na to da je debljina filma mala, a X-zraci su prodrli u podlogu. Sa povećanjem napona pristrasnosti počinje da se pojavi kristalna orijentacija (111), a relativna oslanjanja (200) je relativno oslabljena. Kada napon pristrasnosti dostigne 200 V, film TiN pokazuje jaku prednost (111). Napominjemo da se vrh Fe (111) postepeno slabi s povećanjem napona pristranosti, što ukazuje na to da debljina filma postepeno postaje veća.

Slika 1: XRD difrakcija šablona TiN filmova dobijenih pod različitim prednaponskim naponom

2.2. Površinska morfologija

Slika 2 Površinska morfologija TiN premaza

Na površinskom premazu sa više lučnih jona na površini su raspršene čestice. Uopšteno se veruje da se meta rastopi u sitne kapljice pod visokom temperaturom lokalnog luka i izbacuje, a zatim se spoji na površinu premaza u obliku čvrstih čestica. Tvrdoća ovih domena je niža od one u filmu TiN. Ove meke tačke su štetne za performanse obloženog alata i takođe smanjuju završni sloj alata. Može se posmatrati skeniranjem elektronske mikroskopije da su čestice površinske površine TiN uglavnom u rasponu od 1 μm do 2 μm, a broj čestica do 5 μm je mali.