تاثیر ولتاژ بایاس بر ساختار، مورفولوژی و سختی پوشش نیترید زیرکونیوم ایجاد شده به روش کندوپاش مغناطیسی واکنشی

Abstract

در این پژوهش لایه های نیترید زیرکونیوم روی سیلیکون و فولاد زنگ نزن ۳۰۴ با روش کندوپاش مغناطیسی واکنشی پوشش داده شدند. تاثیر ولتاژ بایاس زیرلایه روی ساختار لایه ها، مورفولوژی و سختی مورد بررسی قرار گرفت. لایه ها بوسیله ی پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسختی سنجی و میکروسکوپ نیروی اتمی آنالیز شدند. بر اساس الگوهای پراش اشعه ایکس، تنها پیک های پراش ZrN مربوط به صفحات (۱۱۱) و (۲۰۰) مشاهده شدند که با افزایش ولتاژ بایاس از ۰ تا ۱۵۰ ولت اندازه دانه ها از ۱۹ نانومتر به ۱۳ نانومتر کاهش یافتند. علاوه براین، مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح مقطع همه ی لایه های نیترید زیرکونیوم، ساختار ستونی را نشان دادند. همچنین تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی از سطح پوشش ها افزایش زبری سطح پوشش ها با افزایش ولتاژ بایاس را نمایش دادند. افزایش ولتاژ بایاس تاثیر مستقیم روی اندازه سختی پوشش ها داشت که برای نمونه با بایاس ۱۰۰ ولت به اندازه بیشینه حدود ۱۷۲۰ ویکرز رسید. در ضمن اعمال ولتاژ بایاس تا یک حد بحرانی باعث افزایش تراکم لایه همراه با حذف تخلخل ها و افزایش تنش فشاری می شود و در صورتیکه مقدار ولتاژ بایاس بیشتر از ۱۰۰ ولت اعمال شود، به دلیل افزایش احتمال پدیده کندوپاش مجدد، خواص مکانیکی پوشش افت می کند.