Порівняльні дослідження плазмохемічних плівок SіCN, одержаних із різних прекурсорів

Abstract

Виконано дослідження впливу природи прекурсору на основні фізичні і трибологічні характеристики плівок SiCN, одержаних методою газофазового осадження, активованого високочастотною плазмою (PECVD). Для порівняння обрано такі рідкі вихідні матеріяли, як метилтрихльорсилан (МТХС) і гексаметилдісилан (ГМДС). Вивчено вплив природи прекурсору на фазовий склад, характер міжатомової взаємодії, а також проаналізовано зносостійкість, коефіцієнт тертя при дряпанні діямантовою пірамідкою плівок SіCN, адгезію і шорсткість поверхні плівок. Встановлено, що структура плівок (наноструктура МТХС-плівок і аморфність ГМДС-плівок) суттєво впливає на зносостійкість покриттів SiCN. Аморфні ГМДС-плівки мають у 2 рази нижчу зносостійкість, ніж нанокристалічні МТХС-плівки. Дослідження коливань зв’язків у ГМДС- і МТХС-плівках на основі аналізи інфрачервоних спектрів (FTIR) показало кореляцію між посиленням зв’язків Sі—C в плівках і трибологічними характеристиками. Припускається, що наявність хльору в МТХС-плівках впливає на зниження шорсткости поверхні і пониження коефіцієнту тертя.

Comparative analysis of physical and tribological properties of PECVD SiCN films deposited using different precursors, namely, methyltrichlorosilane (MTCS) and hexamethyldisilane (GMDS) is performed. An influence of precursor nature on phase composition, character of interatomic interaction, and tribological properties are analyzed. The wear resistance, friction coefficient, adhesion, and roughness of SiCN films are investigated using ball-onplane and scratch tests. As shown, the film structure (nanostructure of MTCS films and amorphous structure of GMDS films) essentially influences wear resistance of SiCN coatings. As revealed, the amorphous GMDS films possess twice-lower wear resistance as compared to that of nanocrystalline MTCS films. Investigation of vibrational bonds in the films (that is based on the analysis of infrared absorption spectra–FTIR) shows that strengthening of Si—C bonds in films correlates with their tribological properties. As supposed, the presence of chlorine in MTCS films influences on reduction of surface roughness and friction coefficient.

Проведены исследования влияния природы прекурсора на основные физические и трибологические характеристики пленок SiCN, полученных методом газофазового осаждения, активированного высокочастотной плазмой (PECVD). Для сравнения выбраны такие жидкие исходные материалы, как метилтрихлорсилан (МТХС) и гексаметилдисилан (ГМДС). Изучено влияние природы прекурсора на фазовый состав и характер межатомного взаимодействия, а также проанализированы износоустойчивость, коэффициент трения при царапании бриллиантовой пирамидкой пленок SіCN, адгезия и шершавость поверхности пленок. Установлено, что структура пленок (наноструктура МТХС-пленок и аморфность ГМДС-пленок) существенно влияет на износоустойчивость покрытий SiCN. Аморфные ГМДС-пленки имеют в 2 раза низшую износоустойчивость, чем нанокристаллические МТХС- пленки. Исследование колебаний связей в ГМДС- и МТХС-пленках на основе анализа инфракрасных спектров (FTIR) показало корреляцию между усилением связей Sі—C в пленках и трибологическими характеристиками. Предполагается, что наличие хлора в МТХС-пленках влияет на снижение шершавости поверхности и понижение коэффициента трения.