litceysel.ru
добавить свой файл
1




Гончаров И.Ю.

к.ф.- м. н., доцент кафедры

естественнонаучных дисциплин

Белгородского университета

потребительской кооперации



Влияние степени легирования на электропроводность и морфологию углеродных алмазоподобных покрытий


Бурно развивающаяся область модификации поверхности – это нанокомпозиты на основе сверхтонких слоев покрытий различных материалов получаемые вакуумно-дуговым методом. Покрытия, полученные по такой технологии, отличаются более высокими микротвердостью, модулем упругости, износостойкостью, термостойкостью и т. д.

Сверхтвердые углеродные покрытия, получаемые импульсный вакуумно-дуговой на холодной подложке, характеризуются высоким значением внутренних напряжений сжатия, достигающих 10 ГПа и больше [1], которые в значительной степени ограничивают область их применения в микромеханике и нанотехнологии. Традиционным путем снижения внутренних напряжений в структурах, получаемых в неравновесных условиях, является их отжиг [2]. Однако при этом возможна графитизация покрытия и, как следствие, ухудшение всех свойств этих покрытий.

Импульсный вакуумно-дуговой [3] метод имеет ряд преимуществ перед стационарным методом получения сверхтвердых углеродных покрытий. А именно, он позволяет получать существенно большие плотности плазмы и, кроме того, регулировать величину энергии ионов без приложения ускоряющего потенциала к подложке. Особое значение эти преимущества имеют в случае применения наноразмерных углеродных покрытий на изделиях микромеханики. Ранее установлено, что приложение ускоряющего потенциала к подложке приводит к увеличению величины внутренних напряжений и степени шероховатости получаемых покрытий [4].

Задачей данной работы является определение влияния легирования азотом, вольфрамом и алюминием на свойства углеродных наноразмерных покрытий, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом.


В качестве эксперимента нами были исследованы углеродные покрытия, легированные вольфрамом, алюминием и азотом.

Производительность процесса осаждения чистого углеродного покрытия (С), углеродного покрытия, легированного азотом (C:N), вольфрамом (C:W) и алюминием (C:Al), составляет 0.1, 0.06, 0.02 и 0.04 нм/импульс соответственно.

Частота следования импульсов – 2.5 Гц. Температура подложки при этом не превышала 100 °С. Предварительно вакуумная камера откачивалась до давления ~ 1·10-3 Па.

Анализ морфологии поверхности покрытий, исследование электрических свойств, а также определение толщины проводили на сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ) NTEGRA AURA компании «НТ–МДТ» в полуконтактном режиме и в режиме отображения сопротивления растекания с приложением между микрозондом и поверхностью потенциала 4 В.

Результаты СЗМ исследований поверхности показали, что добавление азота приводит к существенному увеличению шероховатости углеродного покрытия по сравнению с нелегированным покрытием. В случае легирования углеродного покрытия вольфрамом, наоборот, происходит снижение степени шероховатости поверхности в результате уменьшения количества нановыступов и их высоты.

Сравнивая сканы, полученные методом отображения сопротивления растекания, можно сделать вывод, что покрытие C:W обладает наибольшей электропроводностью и более однородно по своим электрическим характеристикам, что позволит применять его в качестве покрытия для кантилеверов сканирующих зондовых микроскопов.


Список литературы


1. Robertson J. // Diamond-like amorphous carbon. Material Science and Engineering R. 2002. V. 37. P. 129–281.

2. Галкина М.Е., Гончаров И.Ю., Колпаков А.Я., Никитин В.М., Харченко В.А. // Отжиг углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом. Алмазные пленки и пленки родственных материалов: сб. докл. XV Международного симпозиума «Тонкие пленки в оптике и электронике». Харьков: ННЦ ХФТИ. 2003. С. 233–235.


3. Маслов А.И., Дмитриев Г.К., Чистяков Ю.Д. // Импульсный источник углеродной плазмы для технологических целей. Приборы и техника эксперимента. 1985. № 3. С. 146–149.

4. Колпаков А.Я., Галкина М.Е., Гончаров И.Ю., Суджанская И.В., Поплавский А.И. // Влияние внутренних напряжений на морфологию поверхности твердых наноразмерных углеродных покрытий. Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. № 9–10. С. 95–99.


АНКЕТА

участника международной научно-практической интернет-конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов высших учебных заведений "Инновационные технологии: приоритетные направления развития"

12-14 апреля 2011 г.


Фамилия

Гончаров

Имя

Игорь

Отчество

Юрьевич

Место работы (учебы)

Белгородский университет потребительской кооперации

Должность

доцент кафедры естественнонаучных дисциплин

Ученое звание, ученая степень

кандидат физико-математических наук, доцент

Название доклада

Влияние степени легирования на электропроводность и морфологию углеродных алмазоподобных покрытий

Номер секции

1

Телефон

8-961-165-95-71

e-mail

Goncharov@bsu.edu.ru