Thin SixCyNz:H coatings deposited with the RF PECVD method

• Autorzy: Oleśko K. , Szymanowski H. , Gazicki-Lipman M. , Balcerzak J. , Sobczyk-Guzenda A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2018.4.2

Warianty tytułu

PL

Powłoki SixCyNz:H nakładane metodą RF PECVD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Coatings of hydrogenated silicon nitride and silicon carbonitride find numerous applications stemming from their various useful properties which can be easily modified during the deposition process. In this work, the effect of discharge power on the physical properties of the coatings synthesized from organosilicone precursors is presented. Compared to explosively flammable silane, these precursors are safe and do not require costly safety measures installed in the equipment. The coatings investigated were deposited from hexamethyldisilazane (HMDSN) using radiofrequency plasma enhanced chemical vapour deposition in an atmosphere of such working gases as nitrogen, ammonia and hydrogen. HMDSN constitutes a valuable precursor since its saturated vapour pressure is relatively high (1.8 kPa at 25°C) and its molecule contains both silicon and nitrogen atoms. The coatings synthesized were broadly investigated with the help of such analytical techniques as variable angle spectroscopic ellipsometry (VASE), UV-Vis spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The effect of the glow discharge power on the coatings chemical structure and, therefore, on the magnitude of their refractive index was studied. It has been demonstrated that the discharge power strongly affects quantitative proportions between Si–N, Si–NH–Si, Si–O chemical bonds in the resulting films which, in turn, determine their index of refraction.

PL

Celem pracy było wytworzenie uwodornionych powłok węglikoazotku krzemu (SixNyCz:H) i zbadanie ich składu, struktury oraz właściwości optycznych. Materiały te są planowane jako składnik o wysokiej wartości współczynnika załamania światła (n) filtra optycznego z gradientem tego współczynnika. Składnikiem o małym współczynniku n będzie w tym układzie powłoka SiOxCy:H. Przejście od jednego materiału do drugiego będzie można uzyskać przez zmianę składu gazowej mieszaniny reakcyjnej z NH3/N2 na O2, przy zachowaniu stałego przepływu par prekursora krzemorganicznego. W pracy jako związek wyjściowy dla krzemu wykorzystano heksametylodisilazan (HMDSN). Do wytwarzania tego typu powłok metodą RF PECVD (Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapour Desposition) najczęściej jest stosowany silan (SiH4). Ze względu na to, że jest to gaz wybuchowy doskonałą alternatywę dla tego prekursora stanowią związki krzemoorganiczne. We wcześniejszych badaniach autorów nad powłokami SixNyCz otrzymanymi z HMDSN, w optymalnych warunkach nanoszenia warstw uzyskano współczynnik n na poziomie 1,9. Głównym powodem tak małej wartości n była pozostałość ugrupowań węglowych w strukturze powłoki pochodzących od zastosowanego związku wyjściowego. Z punktu widzenia przyszłych zastosowań tych powłok jest to stanowczo za mała wartość. Z tego powodu zostały podjęte próby zwiększenia wartości współczynnika n przez dodawanie do mieszaniny reakcyjnej wodoru.

Słowa kluczowe

EN

SixCyNz:H coatings; RF PECVD method; chemical bonding; optical properties; interference filter

PL

powłoki SixCyNz:H; metoda RF PECVD; struktura chemiczna; właściwości optyczne; filtry interferencyjne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 39, nr 4
• Strony: 140--147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Oleśko K.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, Lodz

autor

Szymanowski H.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, Lodz

autor

Gazicki-Lipman M.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, Lodz

autor

Balcerzak J.

• Department of Molecular Engineering, Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, Lodz

autor

Sobczyk-Guzenda A.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, Lodz

Bibliografia

• [1] Probst D., Hoche H., Zhou Y., Hauser R., Stelzner T., Scheerer H., Broszeit E., Berger C., Riedel R., Stafast H., Koke E.: Development of PECVD Si/C/N:H films for tribological and corrosive complex-load conditions. Surf. Coat. Technol. 200 (2005) 355÷359.
• [2] Riedel R., Kleebe H., Schoenfelder H., Aldinger F.: A covalent. micro/ nanocomposite resistant to high temperature oxidation. Nature 374 (1995) 526÷528.
• [3] Wrobel A. M., Blaszczyk-Lezak I., Kivitorma M. P. M., Vayrynen I. J.: Silicon carbonitride films produced by remote hydrogen microwave plasma CVD using a (dimethylamino)dimethylsilane precursor. Chem. Vap. Deposition 11 (2005) 44÷52.
• [4] Zhang D. H., Gao Y., Wei J., Mo Z. Q.: Influence of silane partial pressure on the properties of amorphous SiCN films prepared by ECR–CVD. Thin Solid Films 377–378 (2000) 607÷610.
• [5] Huber C., Stein B., Kalt H.: Plasma-enhanced chemical vapor deposition of amorphous silicon carbonitride: Deposition temperature dependence of bonding structure, refractive index, mechanical stress and their aging under ambient air. Thin Solid Films 634 (2017) 66÷72.
• [6] Muhl S., Mendez J. M.: A review of the preparation of carbon nitride films. Diamond Rel. Mater. 8 (1999) 1809÷1830.
• [7] Vetter M., Martin I., Orpella A., Puigdollers J., Voz C., Alcubilla R.: IRstudy of a-SiCx:H and a-SiCxNy:H films for c-Si surface passivation. Thin Solid Films 451–452 (2004) 340÷344.
• [8] Swain B. P., Swain B. S., Hwang N. M.: Investigation of local order of a-SiN:H films deposited by hot wire chemical vapour deposition (HWCVD). Appl. Surf. Sci. 255 (2008) 2557÷2560.
• [9] Barbour J. C., Stein H. J., Popov O. A., Yonder M., Outten C. A.: Silicon nitride formation from a silane nitrogen electron-cyclotron resonance plasma. J. Vac. Sci. Tech. A 9 (1991) 480÷484.
• [10] Kobayashi I., Ogawa T., Hotta S.: Plasma-enhanced chemical vapor deposition of silicon nitride. Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) 336÷342.
• [11] Masuda A., Umemoto H., Matsumura H.: Various applications of silicon nitride by catalytic chemical vapor deposition for coating, passivation and insulating films. Thin Solid Films 501 (2006) 149÷153.
• [12] Matsuki N., Abiko Y., Miyazaki K., Kobayashi M., Fujioka H., Koinum H.: Field-effect a-Si:H solar cells with transparent conductive oxide combshaped. Thin Solid Films 486 (2005) 53÷55.
• [13] Wuu D. S., Lo W. C., Chiang C. C., Lin H. B., Chang L. S., Horng R. H., Huang C. L., Gao Y. J.: Water and oxygen permeation of silicon nitride films prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition. Surf. Coat. Technol. 198 (2005) 114÷117.
• [14] Heya A., Minamikawa T., Niki T., Minami S., Masuda A., Umemoto H., Matsuo N., Matsumura H.: Cat-CVD SiN passivation films for OLEDs and packaging. Thin Solid Films 516 (2008) 553÷557.
• [15] Gustavsson J., Altankov G., Errachid A., Samitier J., Planell J. A., Engel E.: Modulation of biological properties of silicon nitride for biosensor applications by self-assembled monolayers. Adv. Sci. Technol. 53 (2006) 122÷127.
• [16] Sundaram K. B., Alizadeh J.:, Deposition and optical studies of silicon carbide nitride thin films. Thin Solid Films 370 (2000) 151÷154.
• [17] Oleśko K., Szymanowski H., Gazicki-Lipman M., Balcerzak J., Szymański W., Pawlak W., Sobczyk-Guzenda A.: Thin SixNyCz films deposited from hexamethyldisilazane by RF PECVD technique for optical filter applications. Mat. Sci. – Poland (2018) DOI: 10.1515/msp-2017-0109.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).