Влияние толщины и легирования азотом углеродных покрытий на электропроводность и механические свойства системы "кремний - покрытие"

• Автор: Суджанская, Ирина Васильевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 .Модифицирование поверхности кремния
1.1. Применение кремния в нанотехнологии ]
1.2. Модифицирование поверхности кремния
1.2.1. Модифицирование оптических свойств кремния
1.2.2. Модифицирование электрических свойств
1.2.3. Модифицирование рельефа поверхности кремния
1.2.4. Модифицирование механических свойств кремния
1.2.5. Модифицирование поверхности кремния тонкими покрытиями
1.3. Легирование алмазоподобных углеродных покрытий азотом
1.3.1. Структура углеродных покрытий
1.3.2. Аморфный углерод
1.3.3. Структура и теоретически предсказанные свойства нитрида 29 углерода
1.3.4. Методы получения и свойства азотсодержащих углеродных 31 покрытий
1.4. Модели формирования покрытий в условиях ионного облучения
Выводы к главе
Глава 2. Феноменологическая модель формирования углеродных
покрытий при наличии газа азота
Выводы к главе
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований
электропроводности и механических свойств системы «углеродное покрытие, легированное азотом - кремний»
3.1. Оборудование, материалы и методы, используемые для 77 проведения экспериментальных исследований
3.2. Результаты экспериментальных исследований зависимости 84 электропроводности системы «углеродное покрытие, легированное
азотом - кремний» от параметров процесса формирования
3.3. Результаты исследований зависимости микротвердости системы «углеродное покрытие, легированное азотом — кремний» от нагрузки
3.4. Результаты исследований трещиностойкости системы «углеродное покрытие, легированным азотом - кремний»
3.5. Результаты исследований влияния облучения ионами аргона на дефектность поверхности кремния
3.6. Результаты трибологических исследований системы «углеродное покрытие, легированное азотом - кремний» от параметров процесса формирования
Выводы к главе 3 Заключение
Использованная литература Приложение 1 Приложение
Введение
Актуальность темы.
Тонкие покрытия, получаемые конденсацией углеродной плазмы на холодной подложке, обладают свойствами близкими к свойствам алмаза (высокой твердостью, низким коэффициентом трения, химической инертностью и т.д.). Многочисленными исследованиями структуры получаемых конденсатов показано, что в них преобладает тетраэдрический тип связи между атомами углерода на уровне ближнего порядка, характеризуемый. эр3 - гибридизацией атомных электронных орбиталей. Основные свойства данных покрытий (плотность, показатель преломления, электропроводность, прочность) зависят от условий их формирования (содержания азота, толщины покрытий, температуры подложки и т.д.) и определяются процентным соотношением фаз с различной гибридизацией атомных электронных орбиталей (эр3, эр2 и ер). Кроме того, структура покрытия зависит от степени ее дефектности, а именно: наличия точечных дефектов, пор, примесных атомов.
По материалам научных публикаций можно сделать вывод, что одним из наиболее перспективных методов модифицирования поверхности кремния является нанесение тонких покрытий углерода, легированных азотом, что позволяет изменять в широких пределах ширину запрещенной зоны системы «углеродное покрытие, легированное азотом - кремний», а также механические свойства, которые зависят как от способов синтеза, так и от параметров формирования покрытий. Это открывает новые перспективы для использования этих покрытий в датчиках температуры и излучения, а также в некоторых областях нанотехнологии, в частности, в сканирующей зондовой микроскопии.
Однако в приведенных работах практически нет данных о влиянии сверхтонких (толщиной до 100 нм) легированных азотом углеродных покрытий, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом на микротвердость и трещиностойкость системы «кремний - покрытие», а также недостаточно исследований о влиянии этих покрытий на ее износостойкость.

Тетраэдральные аморфные углеродные покрытия (1а-С) и азотсодержащие Ш-С покрытия были получены с использованием метода осаждения с магнитной фильтрацией плазмы в атмосфере чистого Аг и в атмосфере Аг с N2 [91]. Структура и оптические свойства этих покрытий были изучены, используя видимую ультрафиолетовую оптическую абсорбционную спектроскопию, спектроскопию Рамана и измерения электрического сопротивления в температурном интервале от 300 до 500 К.
Величина ширины оптической щели для 1а-С покрытий, осажденных при соответствующих условиях, составила 3 эВ. Для азотсодержащих 1а-С покрытий, осажденных при низком парциальном давлении азота, внедрение малого количества азота приводит к небольшому снижению энергии активации проводимости и уменьшению ширины запрещенной зоны, что указывает явно на существование как легирования азотом, так и графитизации связей. Результаты исследования зависимости электропроводности азотсодержащих углеродных покрытий, полученных при различном давлении азота, от температуры приведены на рис. 1.3.2.
Рис. 1.3.2. Зависимость электропроводности (сг) углеродных покрытий, легированных азотом от температуры (Т).
Исследование морфологии поверхности проводилось с использованием атомной силовой микроскопии (рис. 1.3.3), в результате чего сделан вывод, что