Method of investigation of mechanical/wear properties of ultrathin nitride films deposited on silicon.

• Autorzy: Wrzesińska H. , Rymuza Z. , Małyska K.

Warianty tytułu

PL

Metoda wyznaczania mechanicznych/zużyciowych własności ultracienkich warstw azotkowych osadzonych na krzemie.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nanoindentation and nanoscratch tests were performed for TiN, CrN, NbN ultrathin films deposited on single crystal silicon wafer to estimate their hardness and elasticity modulus. The results of the investigation were compared with the same studies carried out for the microelectronic dielectric films SiO2 (two types - thermally and plasma deposited) and Si3N4. The demonstrated better mechanical properties of the first group of the films predestinate them to be used as protective films in Micro Electro Mechanical System (MEMS) devices.

PL

Metodą wgniecenia przeprowadzono badania bardzo cienkich warstw TiN, CrN i NbN osadzonych na płytce z krzemu krystalicznego celem oceny ich twardości i modułu sprężystości. Do nanoszenia stosowano technikę PVD. Wyniki tych badań zostały porównane z wynikami podobnych prób dla mikroelektronicznych warstw dielektrycznych SiO2 (dwa rodzaje - osadzane termicznie i plazmowo) oraz Si3N4. Obszerne badania ultracienkich warstw azotków TiN, CrN i NbN wykazały, że najlepszymi własnościami mechanicznymi charakteryzuje się warstwa NbN. Spośród warstw mikroelektronicznych warstwy tlenków mają znacznie gorsze własności niż warstwa azotku krzemu. Własności mechaniczne i zużyciowe warstw wszystkich azotków są lepsze od własności mechanicznych podłoża - krzemu krystalicznego oraz badanych warstw dielektrycznych, więc predystynują je do zastosowania jako warstwy ochronne na elementach mikrosystemów elektromechanicznych (MEMS).

Słowa kluczowe

EN

nanoindentation; nanoscratch; ultrathin films; nitride film; microelectronic dielectric films

PL

nanowgniecenie; nanozarysowanie; warstwa ultracienka; warstwa azotkowa; mikroelektroniczne warstwy dielektryczne

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 39, nr 4
• Strony: 35--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Wrzesińska H.

• Institute of Electron Technology, al. Lotników 32/46, 02-668 Warsaw

autor

Rymuza Z.

• Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Św. A. Boboli 8, 02-525 Warsaw, Poland

autor

Małyska K.

• Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Św. A. Boboli 8, 02-525 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Bhushan В.: Introduction to Tribology, J.Wiley, New York 2002.
• [2] Bhushan B. (ed.): Handbook of Micro/Nanotribology, 2nd ed., CRC Press, Boca Raton 1998.
• [3] Bhushan B.: Tribology and Mechanics of Magnetic Storage Devices, 2nd ed., SpringerVerlag, Berlin 1996.
• [4] Bhushan B. (ed): Tribology Issues and Opportunities in MEMS, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1998.
• [5] Ludema K.: Modeling and wear mechanisms, in: Fundamentals of Tribology and Bridging the Gap Between the Macro- and Micro/Nanoscale (B.Bhushan ed.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 2001, 359-376.
• [6] Bhushan B.: Nanoscale tribophysics and tribomechanics, Wear 225-229 (1999) 465-492.
• [7] Rabinowicz E.: Friction and Wear of Materials, 2n ed., J.Wiley, New York 1995.
• [8] Wei G., et al.: Nanotribological studies of chromium thin films, Tribology Letters 13 (2002) 255-261.
• [9] Burakowski T., Wierzchon T.: Surface Engineering of Metals: Principles, Equipment, Technologies, CRC Press, Boca Raton 1998.
• [10] Larsson M., et al.: Mechanical and tribological properties of multilayered PVD TiN/NbN coatings, Surface Coatings Technology 86-87 (1996) 43—49.
• [11] Martinez E., et al: Tribological performance of TiN supported molybdenum and tantalum carbide coatings in abrasion and sliding contact, Wear 253 (2002) 1182-1187.
• [12] Hainsworth S.V., Soh W.C.: The effect of the substrate on the mechanical properties of TiN coatings, Surface and Coatings Technology 163-164 (2003) 515-520.
• [13] Lee J.W. et al.: Mechanical property evaluation of cathodic arc plasma-deposited CrN thin films on Fe-Mn-Al-C alloys, Surface and Coatings Technology 168 (2003) 223-230.
• [14] Tan J.N., Hsieh J.H.: Deposition and characterization of (Nb,Cr)N thin films by unbalanced magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology 167 (2003) 154-160.
• [15] Martinez E., et al.: Wear behavior of nanometric CrN/Cr multilayers, Surface and Coatings Technology 163-164 (2003) 571-577.
• [16] Imbeni V., et al.: Tribological behaviour of multi-layer PVD nitride coatings. Wear 251 (2001) 997-1002.
• [17] Lu X.C. et al.: Nanoindentation and microtribological behavior of Fe-N/Ti-N multilayers with different thickness of TiN layers, Wear 251 (2001) 1144-1149.
• [18] Holmberg К., et al: A model for stresses, crack generation and fracture toughness calculation in scratched TiN-coated steel surfaces, Wear 254 (2003) 278-291.
• [19] Fischer-Cripps A.C.: Nanoindentation, Springer-Verlag, Berlin 2002.
• [20] Oliver W.C., Pharr G.M.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and depth sensing indentation experiments, Journal of Materials Research 7 (1992) 1564-1575.
• [21] Rymuza Z. et al.: Nanomechanical behaviour of silicon, Tribologia 30 (1999) No.3 397-109.
• [22] Sundararajan S., Bhushan B.: Micro/nanoscale tribology of MEMS materials, lubricants and devices, in: Fundamentals of Tribology and Bridging the Gap Between the Macro- and Micro/Nanoscale (B. Bhushan ed.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 2001, 821-850.