การเตรียมและศึกษาลักษณะเฉพาะของฟิล์มบางโครเมียมไนไตรด์ที่เคลือบ ด้วยรีแอคทีฟดีซีอันบาลานซ์แมกนีตรอนสปัตเตอริง Preparation and Characterization of CrN Thin Films Deposited by Reactive DC Unbalanced Magnetron Sputtering
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
บทคัดย่อ
ฟิล์มบางโครเมียมไนไตรด์ (CrN) เคลือบบนซิลิกอนด้วยวิธีรีแอคทีฟดีซีอันบาลานซ์แมกนีตรอนสปัตเตอริง
เพื่อศึกษาผลของอัตราไหลแกส๊ ไนโตรเจนในชว่ ง 2.5 - 10.0 sccm ตอ่ โครงสรา้ งของฟลิ ม์ บางที่เคลือบได้
โดยโครงสร้างผลึก ความหนา ความหยาบผิว ลักษณะพื้นผิวและองค์ประกอบทางเคมีของฟิล์มศึกษา
ด้วยเทคนิค XRD, AFM, FE-SEM และ EDS ตามลำดับ ผลการศึกษาพบว่า โครงสร้างผลึกของฟิล์มบาง
ที่ได้สอดคล้องกับโครเมียมไนไตรด์ระนาบ (111) และ (200) โดยความเป็นผลึกของฟิล์มที่เคลือบได้แปร
ตามอัตราไหลแกส๊ ไนโตรเจน ขนาดผลึกมีคา่ ลดลงจาก 34.2 nm เปน็ 14.3 nm เมื่ออัตราไหลแกส๊ ไนโตรเจน
เพิ่มขึ้น สำหรับลักษณะพื้นผิว ความหนาและความหยาบผิวของฟลิ ม์ ที่เคลือบไดพ้ บวา่ แปรคา่ ตามอัตราไหล
แกส๊ ไนโตรเจน โดยความหนาและความหยาบผิวมีคา่ ในชว่ ง 412 - 515 nm และ 0.8 - 1.2 nm ทั้งนี้ฟลิ ม์ บาง
ที่เคลือบไดท้ ั้งหมดมีโครเมียมและไนโตรเจนเปน็ สว่ นประกอบในอัตราสว่ นตา่ ง ๆ ซึ่งแปรคา่ ตามอัตราไหล
แก๊สไนโตรเจน
Abstract
Chromium nitride (CrN) thin films were deposited on silicon by reactive DC unbalanced
magnetron sputtering method. The effect of N2 gas flow rate, in the range of 2.5 - 10.0 sccm,
on the structure of the as-deposited thin films was investigated. The crystal structure,
thickness, roughness, surface morphology and elemental composition were characterized
by XRD, AFM, FE-SEM and EDS. The results showed that the crystalline structure of the
as-deposited films corresponded to the chromium nitride in (111) and (200) plane.
The crystallinity of the as-deposited films was varied with the N2 gas flow rate.
The crystallite size decreased from 34.2 nm to 14.3 nm with increasing the N2 gas
flow rate. The surface morphology, thickness and roughness were seen to vary with the
N2 gas flow rate. Thickness and roughness were in the range of 412 - 515 nm and
0.8 - 1.2 nm, respectively. The as-deposited films compose of chromium and nitrogen
in different ratios depending on the N2 gas flow rate.
Article Details
References
[2] Musil, J., Baroch, P., Vlcek, J., Nam, K.H. and Han, J.G. (2005). Reactive Magnetron Sputtering of Thin Films: Present Status and Trends. Thin Solid Film. Vol. 475. pp. 208-218
[3] Polcar, T., Martinez, R., Vitu, T., Kopeck , L., Rodriguez, R. and Cavaleiro, A. (2009). High Temperature Tribology of CrN and Multilayered Cr/CrN Coatings. Surface and Coatings Technology. Vol. 203. pp. 3254-3259
[4] Elangovan, T., Kuppusami, P., Thirumurugesan, R., Ganesan, V., Mohandas, E. and Mangalaraj, D. (2010). Nanostructured CrN Thin Films Prepared by Reactive Pulsed DC Magnetron Sputtering. Materials Science and Engineering B. Vol. 167. pp.17-25
[5] Chen, Z., Li, Z. and Meng, X. (2009). Structure, Hardness and Corrosion Behavior of a Gradient CrNx Thick Coating Applied to Turbine Blades. Applied Surface Science. Vol. 255. pp. 7408-7413
[6] Subramanian, B., Prabakaran, K. and Jayachandran, M. (2012). Influence of Nitrogen Flow Rates on Materials Properties of CrNx Films Grown by Reactive Magnetron Sputtering. Bulletin of Materials Science. Vol. 35. No. 4. pp. 505-511
[7] Su, C.Y., Pan, C.T., Liou, T.P., Chen P.T. and Lin C.K. (2008). Investigation of the Microstructure and Characterizations of TiN/CrN Nanomultilayer Deposited by Unbalanced Magnetron Sputter Process. Surface and Coatings Technology. Vol. 203. pp. 657-660
[8] Han, Z., Tian, J., Lai, Q., Yu, X. and Li, G. (2003). Effect of N2 Partial Pressure on the Microstructure and Mechanical Properties of Magnetron Sputtered CrNx Films. Surface and Coatings Technology. Vol. 162. pp. 189-193
[9] Zhao, Z.B., Rek, Z.U., Yalisove, S.M. and Bilello, J.C. (2004). Phase Formation and Structure of Magnetron Sputtered Chromium Nitride Films: in-situ and ex-situ Studies. Surface and Coatings Technology. Vol. 185. pp. 329-339
[10] Lin, J., Wu, A.L., Zhang, X.H., Mishra, B., Moore, J.J. and Sproul W.D. (2009). A Comparative Study of CrNx Coatings Synthesized by dc and Pulsed dc Magnetron Sputtering. Thin Solid Films. Vol. 517. pp. 1887-1894
[11] Zhang, Z.G., Rapaud, O., Bonasso, N., Mercs, D., Dong, C. and Coddet, C. (2008). Control of Microstructures and Properties of dc Magnetron Sputtering Deposited Chromium Nitride Films. Vacuum. Vol. 82. pp. 501-509
[12] Forni s, E., Galindo R. E., S nchez, O. and Albella, J.M. (2006). Growth of CrNx Films by DC Reactive Magnetron Sputtering at Constant N2/Ar Gas Flow. Surface and Coatings Technology. Vol. 200. pp. 6047-6053
[13] Shah, H.N., Jayaganthan, R., Kaur, D. and Chandra, R. (2010). Influence of Sputtering Parameters and Nitrogen on the Microstructure of Chromium Nitride Thin Films Deposited on Steel Substrate by Direct-Current Reactive Magnetron Sputtering. Thin Solid Films. Vol. 518. pp. 5761-5768
[14] Xu J., Umehara, H. and Kojima, I. (2002). Effect of Deposition Parameters on Composition, Structures, Density and Topography of CrN Films Deposited by R. F. Magnetron Sputtering. Applied Surface Science. Vol. 201. pp. 208-218
[15] Nouveau, C., Djouadi, M.A., Banakh, O., Sanijin s, R. and L vy, F. (2001). Stress and Structure Profiles for Chromium Nitride Coatings Deposited by R. F. Magnetron Sputtering. Thin Solid Films. Vol. 398-399. pp. 490-495