Вплив потоку азоту на властивості тонких аморфних Si–C–N-плівок, отриманих магнетронним розпиленням

Abstract

Тонкі плівки Si–C–N осаджено на кремнієві підкладки реактивним магнетронним розпиленням кремній-вуглецевої мішені на постійному струмі та при різних співвідношеннях потоків азоту FN2 і аргону FAr. Для дослідження структури, хімічних зв’язків, морфології поверхні та механічних властивостей отриманих Si–C–N-плівок використано рентгенівську дифракцію, інфрачервону спектроскопію, рентгенівську фотоелектронну спектроскопію, атомно-силову мікроскопію та наноіндентування. Встановлено, що всі отримані тонкі плівки Si–C–N є рентгеноаморфними. Шорсткість поверхні плівок слабо залежить від FN2 і складає 0,23–0,28 нм. Збільшення FN2 призводить до появи і посилення Si–N-і C–N-зв’язків та послаблення Si–C-зв’язків. Тонкі плівки містять невелику кількість кисню, який утворює зв’язки Si–O і C–O, причому останні послаблюються з ростом FN2. Нанотвердість аморфних тонких плівок SiC дорівнює 23 ГПа, пружний модуль – 207 ГПа. Нанотвердість та модуль пружності тонких плівок Si–C–N зменшуються зі збільшенням потоку азоту, що пов’язано з ослабленням Si–C-зв’язків.

Тонкие пленки Si–C–N были осаждены на кремниевые подложки реактивным магнетронным распылением кремний-углеродной мишени при постоянном токе и при различных соотношениях потоков азота FN2 и аргона FAr. Для исследования структуры, картины химических связей, морфологии поверхности и механических свойств полученных Si–C–N-пленок применяли рентгеновскую дифракцию, инфракрасную спектроскопию, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, атомно-силовую микроскопию и наноиндентирование. Установлено, что все пленки являются рентгеноаморфными. Шероховатость пленок слабо зависит от FN2 и составляет 0,23–0,28 нм. Увеличение FN2 приводит к появлению и усилению Si–N- и C–N-связей и ослаблению Si–C-связей. Пленки содержат небольшое количество кислорода, который образует связи Si–O и C–O, причем последние ослабляются с ростом FN2. Нанотвердость тонких аморфных SiC-пленок равна 23 ГПа, упругий модуль – 207 ГПа. Нанотвердость и модуль упругости тонких аморфных Si–C–N-пленок уменьшаются с увеличением потока азота, что связано с ослаблением Si–C-связей.

Si–C–N thin films were deposited on silicon substrate by reactive DC magnetron sputtering of silicon-carbon target at different ratios of nitrogen FN2 and argon FAr. Xray diffraction, infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy and nanoindentation were used to study the structure, chemical bonds picture, surface morphology and mechanical properties of obtained Si–C–N thin films. It was found that all films are X-rayamorphous. The roughness of the films is 0,23–0,28 nm and depends weakly on the FN2. Increase FN2 leads to formation and strengthening of Si–N and C–N bonds and to weakening Si–C bonds. Films containing a small amount of oxygen that forms Si–O and C–O bonds, moreover the last ones weakened with increasing FN2. Nanohardness of amorphous SiC thin films is 23 GPa, elastic modulus – 207 GPa. Nanohardness and elastic modulus of amorphous Si–C–N thin films decreases with increasing nitrogen flow, due to weakening of Si–C bonds.