Osadzanie i właściwości materiałów cienkowarstwowych otrzymywanych w procesie RP-CVD z różnych prekursorów krzemoorganicznych

• Autorzy: Walkiewicz-Pietrzykowska A. , Wróbel A. M.

Warianty tytułu

EN

Deposition and properties of thin films materials produced in RP-CVD process from different organosilanes precursors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Amorficzne, uwodornione, cienkie, warstwy węglika krzemu (a-SiC:H) i węgloazotku krzemu (a-SiCN:H) były wytwarzane z różnych jednoźródłowych prekursorów krzemoorganicznych w selektywnym procesie plazmowym CVD (RP-CVD, remote plasma chemical vapor deposition), stosując wodór do generowania plazmy mikrofalowej (2,45 GHz). Warstwy były nanoszone dla różnej temperatury podłoża (TS = 30÷400°C) na polerowane płytki z krystalicznego krzemu jako podłoża modelowe. Wykonano badania składu elementarnego, struktury chemicznej i właściwości, takich jak: gęstość, współczynnik załamania światła, twardość, moduł sprężystości oraz adhezje do podłoża otrzymanych warstw. Rezultaty badań składu chemicznego warstw a-SiC:H wykonane metodami spektroskopii fotoelektronowej (XPS) i spektroskopii rozpraszania wstecznego Rutherforda (RBS) wykazały, że wzrost temperatury podłoża (TS) powoduje spadek udziału węgla oraz wzost udziału krzemu. Na podstawie wyników badań struktury chemicznej warstw wykonanych za pomocą spektroskopii absorbcyjnej w podczerwieni (FTIR) stwierdzono, że ze wzrostem TS następuje sieciowanie warstwy powodujące zanik grup organicznych oraz drastyczny wzrost udziału wiązań węglikowych Si-C dla warstw (a-SiC:H) oraz wiązać węgloazotku krzemu dla warstw (a-SiCN:H). Warstwy otrzymane dla wyższej temperatury podłoża charakteryzują się dużą gęstością, dużymi współczynnikami załamania światła oraz dużą twardością i modułem sprężystości. Stwierdzono, że temperatura jest czynnikiem decydującym o strukturze, budowie chemicznej i właściwościach otrzymywanych podłoży. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że najlepszymi właściwościami oraz budową chemiczną charakteryzują się warstwy otrzymywane dla temperatury podłoża TS = 150÷300°C. Materiały te mogą być stosowane jako powłoki ochronne i utwardzające dla różnych elementów i ze względu na ich nietoksyczność mogą być stosowane w medycynie.

EN

Amorphous hydrogenated silicon carbonitride (a-Si:N:C:H) and amorphous hydrogenated silicon-carbon (a-Si:C:H) thin-film materials were produced by remote hydrogen plasma CVD (RP-CVD) from a structurally different and commercially available organosilicon precursors in remote plasma chemical vapour deposition process using hydrogen for microwave plasma generation (2.45 GHz). The a-Si:C:H films were deposited at different substrate temperature (TS = 30÷400°C), which appears to be the key parameter precisely controlling the structure and properties of resulting film. Chemical structure was examined by Fourier Transform Infrared (FTIR), X-ray photoemission spectroscopy (XPS) and Rutherford backscattering spectrometry (RBS).The increase the TS leads to the elimination of organic moieties from the film structure, and involved structural changes in the materials. The film undergoes a thermally induced transformation into highly crosslinked material mostly consisted of the Si-C and/or Si-N inorganic bonds. The thin films were characterized in terms of their density, surface free energy, corrosion resistance, mechanical properties (adhesion, hardness, elastic modulus), and optical properties (refractive index). Density, adhesion, hardness, and refractive index of the film are strongly influenced by the substrate temperature (TS) and increase markedly with rising value of this parameter. In view of the presented properties, the a-Si:C:H and a-Si:N:C:H) films produced by RP-CVD seem to be very promising coating materials for many technical and medical applications.

Słowa kluczowe

PL

selektywny proces plazmowy CVD; cienkie warstwy węglika krzemu

EN

remote hydrogen plasma CVD; silicon carbide thin films

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 565--568
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Walkiewicz-Pietrzykowska A.

• Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych Polska Akademia, Łódź

autor

Wróbel A. M.

• Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych Polska Akademia, Łódź

Bibliografia

• [1] Besling W. F. A., Goossens A., Meester B., Schoonman J.: Laser-induced chemical vapor deposition of nanostructured silicon carbonitride thin films. J. Appl. Phys. 83 (1998) 544.
• [2] Bea Y. B., Du H., Gallois B., Gonsalves K. E., Wilkens B. J.: Chem. Mat 4 (1992) 478.
• [3] Kuo D. H., Yang D. G.: Plasma-enhanced chemical vapour deposition of silicon carbonitride using hexamethyldisilazane and nitrogen. Thin Solid Films 374 (2000) 92.
• [4] Wrobel A. M., Walkiewicz-Pietrzykowska A., Blaszczyk-Lezak I.: Reactivity of organosilicon precursors in remote hydrogen microwave plasma chemical vapor deposition of silicon carbide and silicon carbonitride thin-film coatings. Appl. Organometal. Chem. 24 (2010) 201÷207.
• [5] Walkiewicz-Pietrzykowska A., Wróbel A. M,. Kryszewski M.: Alkylsilanes and alkylcarbosilanes as single-source precursors for the formation of a Si:C:H thin-film materials by atomic hydrogen-induced chemical vapor deposition. Polish J. Chem. 71 (1997) 1831÷1840.
• [6] Wróbel A. M., Walkiewicz-Pietrzykowska A., Aoki T., Hatanaka Y., Szumilewicz J.: Reactivity of alkylsilanes and alkylcarbosilanes in atomic hydrogen-induced chemical Vapor deposition. J. Electrochem. Soc. 145 (1998) 1060÷1065.
• [7] Wróbel A. M., Błaszczyk I., Walkiewicz-Pietrzykowska A., Tracz A., Klemberg-Sapieha J. E., Aoki T., Hatanaka Y.: Remote hydrogen-nitrogen plasma chemical Vapor deposition from a tetramethyldisilazane source. Part 1. Mechanism of the process, structure and surface morphology of deposited amorphous hydrogenated silicon carbonitride films. J. Mater. Chem. 13 (2003) 731÷737.
• [8] Wróbel A. M., Błaszczyk-Łęzak I., Uznanski P., Głębocki B.: Silicon carboniotride (SiCN) films by remote hydrogen microwave plasma CVD from tris(dimethylamino)silane as novel single-source precursor. Chem. Vap. Deposition 16 (2010) 211÷215.
• [9] Wróbel A. M., Walkiewicz-Pietrzykowska A., Ahola M., Vayrynen I. J., Ferrer-Femandez F. J., Gonzalez-Elipe A. R.: Growth mechanism and chemical structure of amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC:H) films formed by remote hydrogen microwave plasma CVD from a triethylsilane precursor. Part 1. Chem. Vap. Deposition 15 (2009) 39÷46.
• [10] Wróbel A. M., Walkiewicz-Pietrzykowska A., Głębocki B.: Properties of amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC:H) films formed by remote hydrogen microwave plasma CVD from a triethylsilane precursor. Part 2. Chem. Vap. Deposition, 15 (2009) 47÷52.
• [11] Wróbel A. M., Walkiewicz-Pietrzykowska A., Bielinski D. M., Klemberg- Sapieha J. E., Nakanishi Y., Aoki T., Hatanaka Y.: Remote hydrogen plasma chemical Vapor deposition from (dimethylsilyl)(trimethylsilyl)methane. 1. Kinetics of the process; chemical structure of deposited silicon- carbon films. Chem. Mater. 15 (2003) 1757.
• [12] Oliver W. C., Pharr G. M. J.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and diplacement sensing indentaion experiments. Mater. Res. 7 (1992) 1564.
• [13] Anderson D. R.: Analysis of silicones. red. A. L. Smith, Wiley-Inter- science, New York (1974) rozdz. 10.
• [14] Delplancke M. P., Powers J. M., Vandentop G. J,. Salmeron M,. Somorjai G. A, J.: Preparation and characterization of amorphous SiC:H thin films. Vac. Sci. Technol. A 9 (1990) 450.
• [15] Tsai H. K., Lin W. L., Sah W. J., Lee S. C.: J. Appl. Phys. 64 (1988) 1910.
• [16] Riedel R.: Novel Ultrahard Materials. Adv. Mater. 6 (1994) 549.

Uwagi

PL

Prezentowane wyniki badań uzyskano w ramach projektu badawczego MNiSzW nr NN209117137.