Радиоактивационный контроль плотности износостойких покрытий AlN и CrN на кремнии

Abstract

In this work, the mass and linear thicknesses of AlN and CrN coatings deposited onto silicon substrates by magnetron sputtering were measured, respectively, by a combination of the methods of nondestructive radioactivation analysis on proton beams of the U-120M cyclotron and optical micro-interferometry. It is shown that, at linear thicknesses in the range of 2.2-5.7 μm, the coating density is close to the values for bulk materials AlN (3.26 g / cm3) and CrN (5.9 g / cm3), and the stoichiometry of nitrides is controlled by the parameters of magnetron deposition. The technique can also be used to determine the density of wear-resistant coatings from carbides and metal oxides.

Определение стехиометрии покрытий AlN радиоактивацией сгустками коллективно ускоренных дейтронов

“…Определение стехиометрии покрытий из бинарных соединений легких элементов, таких, например, как AlN, BN и B 4 C, при известной массовой толщине или, наоборот, их массовой толщины при известной стехиометрии является важной задачей материаловедения [1][2][3][4][5][6][7]. Для решения этой задачи можно использовать пучки дейтронов или протонов, ускоренных на циклотроне [8], однако подобные ускорители являются сложными, энергозатратными и требующими больших помещений, что делает их малодоступными для проведения даже малосерийного анализа. Намного более компактные, энергосберегающие, дешевые и доступные мощные импульсные ионные ускорители на основе формирующих линий с напряжением на диоде 200−400 kV, ускоряющие интенсивные короткоимпульсные (30−100 ns) пучки ионов до энергии 200−400 keV, широко применяются для модификации свойств поверхности [9], нанесения покрытий из абляционной плазмы [10], но не могут быть использованы для анализа даже самых легких элементов не только в силу невысокой энергии, но и ввиду большой неопределенности энергетического спектра ускоренных протонов или дейтронов.…”

“…Кроме пластин алюмонитридной керамики исследованы три покрытия AlN на Si из числа образцовсвидетелей, для которых с погрешностью ±0.1 µm оптическим микроинтерферометром МИИ-4 (АО " ЛОМО", Санкт-Петербург) определили линейные толщины: 4.6, 5.7 и 4.2 µm для образцов AlN-1, AlN-2 и AlN-3 соответственно. Ранее на рабочих образцах этих покрытий радиоактивационным методом с использованием пучка протонов, ускоренных на циклотроне У-120 ТПУ, определили их массовые толщины как 1.46, 1.87 и 1.275 mg/cm 2 [8], которые были в согласии с массовыми толщинами этих покрытий, определенными взвешиванием образцов с точностью ±0.1 mg до и после осаждения покрытий на пластины кремния (с площадью 4 cm 2 ), что для образцов AlN-1, AlN-2 и AlN-3 дало привес около 5.9, 7.5 и 5.1 mg и позволило оценить массовые толщины покрытий AlN как 1.475, 1.875 и 1.275 mg/cm 2 соответственно. Расхождение величин массовых толщин покрытий, полученных этими двумя методами, в пределах погрешности взвешивания косвенно указывает на малый вклад адсорбированных покрытиями примесей углерода и кислорода.…”