بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق لایه هاي نازك نیترید مولیبدن با استفاده از روش کندوپاش مگنترونی واکنشی DC بر روي زیرلایه هاي کوارتز انباشت شده اند. با استفاده از آنالیزهاي مختلف مانند پراش پرتو ایکس - - XRD، میکروسکوپ نیروي اتمی - - AFM و اسپکتروفتومتري تاثیر توان انباشت بر روي ویژگی هاي ساختاري، مورفولوژي سطح و اپتیکی لایه ها بررسی شده است.
نتایج آنالیز XRD بیانگر آن است که ساختار لایه هاي نیترید مولیبدن به صورت آمورف می باشد. نتایج آنالیز AFM نیز نشان می دهد که مورفولوژي سطح لایه ها تحت تاثیر توان انباشت قرار گرفته است. همچنین نتایج آنالیز اسپکتروفتومتري بیانگر آن است که با افزایش توان انباشت میزان طیف عبوري کاهش و طیف جذب افزایش می یابد.
مقدمه
اصطکاك - COF - شکل دهد، همه ي این کاربردها به دلیل ویژگی لایه هاي نازك مولیبدن و نیترید مولیبدن به طور خیلی وسیعی هاي منحصر به فرد آنها مانند سختی بالا، نقطه جوش بالا، پایداري در زمینه هاي مختلف تکنولوژي، به خصوص به عنوان سد نفوذ شیمیایی خوب، رسانایی بالا، ویژگی هاي مفید و خوب گرمایی در میکروالکترونیک ها، در مواد سخت مقاوم در برابر سایش در آنها می باشد. بنابراین شمار چشمگیري از تحقیقات بر روي مهندسی و اتصال هاي میانی در وسایل نیمه رسانا استفاده می انباشت و مشخصه یابی لایه هاي نازك مولیبدن و نیترید مولیبدن با شوند.
از نیترید مولیبدن می توان به عنوان یک پوشش براي استفاده از روش هاي گوناگونی مانند کندوپاش مگنترونی ابزار تراش استفاده کرد. همچنین پوشش نیترید مولیبدن به DC/RF، انباشت بخار شیمیایی، نیتروژن دار کردن توسط لیزر نیتریدهاي واسطه دیگر اضافه می شود تا پوشش هاي سه گانه وپیشرفته، انباشت به کمک پرتو یونی و کندوپاش مگنترونی واکنشی یا حتی چهار گانه اي به منظور افزایش سختی و کاهش ضریب انجام شده است .
با وجود اینکه این لایه ها به راحتی توسط کندوپاش مگنترونی یا کندوپاش مگنترونی واکنشی از هدف خالص Mo در ترکیبی از گازهاي Ar-N2 یا Ar شکل می گیرند، اما تاثیر شرایط انباشت بر روي تنش مکانیکی و میکرو ساختاري فیلم هاي Mo و MoNx به ندرت شناخته شده است . در این تحقیق لایه هاي نازك نیترید مولیبدن برروي زیرلایه هاي کوارتز توسط روش کندوپاش مغناطیسی واکنشی DC تهیه شده و تاثیر توان انباشت برروي ویژگی هاي ساختاري، مورفولوژیکی و اپتیکی لایه ها توسط آنالیزهاي متفاوتی بررسی شده است.
جزئیات آزمایش
ابتدا تعداد 4 عدد زیرلایه ي کوارتز به ضخامت 2 میلی متر و ابعاد 1cm×1cm را با آب مقطر شستشو دادیم. به منظور برطرف شدن هر گونه آلودگی، چربی و ذرات از روي سطح زیرلایه، زیرلایه ها به مدت 10 دقیقه در محلول پروپانول و 10 دقیقه در محلول استون، در حمام آلتراسونیک قرار گرفتند. بعد از خارج کردن زیرلایه ها از حمام آلتراسونیک سریعا آنها را با گاز آرگون خشک کردیم. هدف فلزي مولیبدن با درجه خلوص99/99 درصد بعنوان هدف کندوپاشی در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفت
فرآیند لایه نشانی به وسیله ي دستگاه سامانه لایه نشانی تبخیر در خلا - - EDS 160 دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج انجام شد. ابتدا هدف مولیبدن و زیرلایه ها در جایگاه خود در فاصله ي 8 سانتی متر از یکدیگر قرار گرفتند. در صد گاز ورودي به داخل محفظه ي خلا به صورت %10 گاز نیتروژن و%90 گاز آرگون در نظر گرفته شد. هنگامی که به فشار پایه ي 6/1 × 10- 5 میلی بار رسیدیم مخلوط گاز نیتروژن و آرگون را وارد محفظه خلا کردیم تا فشار کاري به 4/6 × 10-2 میلی بار رسید.
تخلیه مگنترونی در مد ولتاژ ثابت و در توان هاي متفاوت مطابق جدول 1 به مدت 5 دقیقه انجام شد. ضخامت لایه ها به وسیله ي ضخامت سنج کریستالی دیجیتالی نصب شده بر روي دستگاه اندازه گیري شد. جهت بررسی ویژگی هاي ساختاري لایه هاي تهیه شده، آنالیز XRD با استفاده از دستگاه - Philips 3710 pw - با چشمه ي کاتدي کبالت - kα - و با طول موج 1/78 آنگستروم انجام شد. مورفولوژي سطح لایه هاي تهیه شده به وسیله ي میکروسکوپ نیروي اتمی - Park Scientific Instruments Auto probe CP - مورد بررسی قرار گرفت.
ویژگی هاي اپتیکی لایه نازك نیترید مولیبدن به وسیله ي دستگاه طیف سنج نوري مدل Perkin Elmer’s LAMBDA 25 بررسی شدند.
جدول.1 نامگذاري نمونه
بحث و نتایج
طرح پراش پرتو ایکس لایه هاي انباشتی برروي زیرلایه کوارتز در شکل 1 آورده شده است.
شکل :1 طرح پراش پرتو ایکس لایه هاي نیترید مولیبدن انباشت شده بر روي کوارتز در توان هاي انباشت متفاوت.
همانطور که مشاهده می شود به جز پیک پهنی که در زاویه 2θ=25/32 درجه مشاهده می شود و مربوط به زیرلایه کوارتز است پیک دیگري که مربوط به ساختار کریستالی نیترید مولیبدن باشد مشاهده نمی شود و این بیانگر آن است که لایه هاي نیترید مولیبدن تهیه شده در این تحقیق به صورت آمورف می باشد و این در توافق با نتایج Y. Wang و همکارش می باشد که لایه هاي نازك نیترید مولیبدن آمورف را با روش کندوپاش مگنترونی واکنشی تهیه کردند
تصاویر سه بعدي تهیه شده توسط آنالیز AFM در مقیاس 2μm×2μm در شکل 2 آورده شده است. با توجه به این تصاویر می توان روند شکل گیري دانه ها بر روي سطح زیرلایه را بررسی کرد. در شکل - 2 لف - رشد لایه، کپه اي و داراي ماکزیمم زبري می باشد، در شکل2 - ب - نیز رشد لایه کپه اي می باشد اما زبري آن نسبت به زبري لایه ي قبلی خیلی کمتر است، با افزایش توان انباشت به 60 و 98 وات مورفولوژي سطح لایه ها به حالت هرمی شکل تغییر می نماید شکل2
سایز دانه ها که با استفاده از تصاویر دو بعدي AFM و با نرم افزار WSxM 5.0 Develop 7.0 بدست آمده است با افزایش توان از 137تا 124نانومترکاهش میابد. که این می تواند به دلیل آن باشد که باتوجه به ثابت بودن غلظت گاز نیتروژن در مخلوط گاز نیتروژن – آرگون، با افزایش توان، تعداد اتم هاي مولیبدن کنده شده از سطح هدف بیشتر شده واین اتمها میتوانند اطراف مولکول نیترید مولیبدن را گرفته و مانع از رشد دانه ها شده و سایزدانه ها کوچکتر شده است.
شکل :2 تصاویر سه بعدي AFM لایه هاي نازك
نیترید مولیبدن انباشتی بر روي زیرلایه کوارتز در توان هاي انباشت متفاوت - الف - 20 وات، - ب - 26 وات، - ج - 60 وات، - د - 98 وات.
مقادیر زبري سطح لایه ها در شکل 3 آورده شده است. همانطور که مشاهده می شود، در نمونه هاي تهیه شده در توان هاي متفاوت شاهد روند کاهشی در مقدار زبري هستیم که می توانیم به این صورت بیان کنیم که با افزایش توان انباشت تحرك اتم ها بیشتر شده در نتیجه جاهاي خالی توسط اتم ها پر می شود.
شکل :3 نمودار تغییرات جذر میانگین مربعی زبري و زبري متوسط سطح لایه هاي نازك نیترید مولیبدن انباشتی در توان هاي انباشت متفاوت.
