Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2023, выпуск 6 » Статья стр. 794
<<<>>>
Исследование микроструктуры и свойств поликристаллических алмазных покрытий, синтезированных методом HFCVD при высоких концентрациях метана
DOI: 10.21883/JTF.2023.06.55604.2-23
Переводная версия: 10.61011/TP.2023.06.56528.2-23
Российский научный фонд, 21-79-10004
Митулинский А.С.1, Гайдайчук А.В.1, Зенкин С.П.1, Булах В.А.1, Линник С.А.1
1Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия
Email: mitulinsky@tpu.ru, gaydaychuk@tpu.ru, zen@tpu.ru, vladabulakh@tpu.ru, linniksa@tpu.ru
Поступила в редакцию: 11 января 2023 г.
В окончательной редакции: 10 апреля 2023 г.
Принята к печати: 12 апреля 2023 г.
Выставление онлайн: 6 июня 2023 г.
PDF версия
Представлены результаты экспериментальных исследований зависимости структуры и механических свойств алмазных пленок, выращенных методом HFCVD в атмосфере H_2/CH4, от варьирования концентрации метана (в пределах от 5.6 до 19.3 vol.%). Для пленок, синтезированных при 5.6 vol.% CH4 в газовой фазе, характерна столбчатая микрокристаллическая структура. В микроструктуре пленок, выращенных при высоких содержаниях метана (12.2-19.3 vol.%), наблюдаются как отдельные алмазные кристаллы, так и дендритные кластеры, при этом рассчитанные значения размеров кристаллов таких пленок составляют ~5 nm. В зависимости от параметров осаждения твердость и модуль упругости изменялись в пределах от 50.4 и 520 GPa до 95.15 и 974.5 GPa соответственно. При увеличении концентрации CH4 происходит увеличение растягивающих остаточных напряжений. Показана зависимость напряжений от изменения толщины пленки. Морфология поверхности микрокристаллических покрытий значительно отличается от ультрананокристаллических и имеет в среднем на порядок более высокие значения шероховатости поверхности, во всех пленках наблюдается рост шероховатости при увеличении их толщины. Ключевые слова: тонкие пленки, химическое осаждение из газовой фазы, ультрананокристаллический алмаз. DOI: 10.21883/JTF.2023.06.55604.2-23
  1. E. Wilks, J. Wilks, Properties and Applications of Diamond (Butterworth-Heinemann, Oxford, 1994)
  2. R.S. Balmer, J.R. Brandon, S.L. Clewes, H.K. Dhillon, J.M. Dodson, I. Friel, P.N. Inglis, T.D. Madgwick, M.L. Markham, T.P. Mollart, N. Perkins, G.A. Scarsbrook, D.J. Twitchen, A.J. Whitehead, J.J. Wilman, S.M. Woollard. J. Phys.: Condensed Matter., 21 (36), 364221 (2009). DOI: 10.1088/0953-8984/21/36/364221
  3. S.E. Coe, R.S. Sussmann. Diamond and Related Mater., 9, 1726 (2000). DOI: 10.1016/S0925-9635(00)00298-3
  4. T.A. Scott. Adv. Appl. Ceramics, 117 (3), 161 (2017). DOI: 10.1080/17436753.2017.1389462
  5. S.E. Grillo, J.E. Field. Wear, 254 (10), 945 (2003). DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00297-7
  6. I.P. Hayward, I.L. Singer, L.E. Seitzman. Wear, 157 (2), 215 (1992). DOI: 10.1016/0043-1648(92)90063-E
  7. H. Sein, W. Ahmed, M. Jackson, R. Woodwards, R. Polini. Thin Solid Films, 447, 455 (2003). DOI: 10.1016/j.tsf.2003.08.044
  8. G. Zhao, Z. Li, M. Hu, L. Li, N. He, M. Jamil. Diamond and Related Mater., 100, 107589 (2019). DOI: 10.1016/j.diamond.2019.107589
  9. F.A. Almeida, J. Sacramento, F.J. Oliveria, R.F. Silva. Surf. Coatings Technol., 203, 271 (2008). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2008.08.075
  10. O. Auciello, A.V. Sumant. Diamond and Related Mater., 19, 699 (2010). DOI: 10.1016/j.diamond.2010.03.015
  11. D. Guo, N. Cai, G. Wu, F. Xie, S. Tan, N. Jiang, H. Li. Appl. Sci., 10 (17), 6090 (2020). DOI: 10.3390/app10176090
  12. R.J. Nemanich, J.A. Carlisle, A. Hirata, K. Haenen. MRS Bulletin, 39 (6), 490 (2014). DOI: 10.1557/mrs.2014.97
  13. A. Gicquel, K. Hassouni, F. Silva, J. Achard. Current Appl. Phys., 1 (6), 479 (2001). DOI: 10.1016/S1567-1739(01)00061-X
  14. C.J. Widmann, W. Muller-Sebert, N. Lang, C.E. Nebel. Diamond and Related Mater., 64, 1 (2016). DOI: 10.1016/j.diamond.2015.12.016
  15. X. Jia, N. Huang, Y. Guo, L. Liu, P. Li, Z. Zhai, B. Yang, Z. Yuan, D. Shi, X. Jiang. J. Mater. Sci. Technol., 34 (12), 2398 (2018). DOI: 10.1016/j.jmst.2018.04.021
  16. O. Auciello. Functional Diamond, 2 (1), 1 (2022). DOI: 10.1080/26941112.2022.2033606
  17. M. Salgado-Meza, G. Marti nez-Rodri guez, P. Tirado-Cantu, E.E. Montijo-Valenzuela, R. Garcia-Gutierrez. Appl. Sci., 11 (18), 8443 (2021). DOI: 10.3390/app11188443
  18. R. Rani, K. Panda, N. Kumar, A.T. Kozakov, V.I. Kolesnikov, A.V. Sidashov, I-N. Lin. Scientific Reports, 8 (1), 283 (2018). DOI: 10.1038/s41598-017-18425-4
  19. G. Yan, Y. Wu, D. Cristea, L. Liu, M. Tierean, Y. Wang, F. Lu, H. Wang, Z. Yuan, D. Munteanu, D. Zhao. Appl. Surf. Sci., 494, 401 (2019). DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.07.110
  20. M. Mohr, A. Caron, P. Herbeck-Engel, R. Bennewitz, P. Gluche, K. Bruhne, H.-J. Fecht. J. Appl. Phys., 116, 124308, (2014). DOI: 10.1063/1.4896729
  21. M. Wiora, K. Bruhne, A. Floter, P. Gluche, T.M. Willey, S.O. Kucheyev, A.W. Van Buuren, A.V. Hamza, J. Biener, H.-J. Fecht. Diamond and Related Mater., 18 (5-8), 927 (2009). DOI: 10.1016/j.diamond.2008.11.026
  22. A.V. Sumant, O. Auciello, A. Krauss, D.M. Gruen, D. Ersoy, J. Tucek, A. Jayatissa, E.A. Stach, N. Moldovan, D.C. Mancini, H.-G. Busmann, E.M. Meyer, Mater. Res. Society Sympos. Proceed. Materi. Res. Society, 657 (2000). DOI: 10.1557/PROC-657-EE5.33
  23. B. Shen, Q. Lin, S. Chen, Z. Ji, Z. Huang, Z. Zhang. Surf. Coatings Technol., 378, 124999 (2019). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.124999
  24. E. Salgueiredo, M. Amaral, F.A. Almeida, A.J.S. Fernandes, F.J. Oliveira, R.F. Silva. Surf. Coatings Technol., 236, 380 (2013). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2013.10.017
  25. E.L.H. Thomas, G.W. Nelson, S. Mandal, J.S. Foord, O.A. Williams. Carbon, 68, 473 (2014). DOI: 10.1016/j.carbon.2013.11.023
  26. H. Wang, C. Wang, X. Wang, F. Sun. Surf. Coatings Technol., 409, 126839 (2021). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.126839
  27. R. Zhang, Y. Zheng, J. Liu, C. Li, C. Chen, X. Hu, J. Li, R. Liu, H. Ye. Functional Diamond, 2 (1), 204 (2022). DOI: 10.1080/26941112.2022.2157225
  28. S. Tipawan Khlayboonme, Warawoot Thowladda. Key Engineer. Mater., 831, 127 (2020). DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.831.127
  29. M. Mertens, I.-N. Lin, D. Manoharan, A. Moeinian, K. Bruhne, H.J. Fecht. AIP Adv., 7, 015312 (2017). DOI: 10.1063/1.4975226
  30. V.S. Sedov, A.K. Martyanov, A.A. Khomich, S.S. Savin, E.V. Zavedeev, V.G. Ralchenko. Diamond and Related Mater., 109, 108072 (2020). DOI: 10.1016/j.diamond.2020.108072
  31. Q. Lin, S. Chen, Z. Ji, Z. Huang, Z. Zhang, B. Shen. Surf. Coatings Technol., 419, 127280 (2021). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127280
  32. O.A. Williams, M. Nesladek, M. Daenen, S. Michaelson, A. Hoffman, E. Osawa, K. Haenen, R.B. Jackman. Diamond and Related Mater., 17 (7-10), 1080 (2008) DOI: 10.1016/j.diamond.2008.01.103
  33. K.J. Sankaran, J. Kurian, H.C. Chen, C.L. Dong, C.Y. Lee, N.H. Tai1, I.N. Lin. J. Phys. D: Appl. Phys., 45 (36), 365303 (2012). DOI: 10.1088/0022-3727/45/36/365303
  34. E. Amonoo, V. Jha, T. Thornton, F.A. Koeck, R.J. Nemanich, T.L. Alford, Diamond and Related Mater., 135, 109832 (2023). DOI: 10.1016/j.diamond.2023.109832
  35. R.W. Thoka, S.J. Moloi, S.C. Ray, W.F. Pong, I.-N. Lin. J. Electron Spectr. Related Phenomena, 242, 146968 (2020). DOI: 10.1016/j.elspec.2020.146968
  36. B.-K. Song, H.-Y. Kim, K.-S. Kim, J.-W. Yang, N.-M. Hwang. Materials, 14 (2), 426 (2021). DOI: 10.3390/ma14020426
  37. J.-W. Park, K.-S. Kim, N.-M. Hwang. Carbon, 106, 289 (2016). DOI: 10.1016/j.carbon.2016.05.035
  38. A. Zolotukhin, P.G. Kopylov, R.R. Ismagilov, A.N. Obraztsov. Diamond and Related Mater., 19 (7-9), 1007 (2010). DOI: 10.1016/j.diamond.2010.03.005
  39. A.A. Zolotukhin, M.A. Dolganov, A.N. Obraztsov. Diamond and Related Mater., 37, 64 (2013). DOI: 10.1016/j.diamond.2013.04.003
  40. H. Zeng, N. Moldovan, G. Catausan. Diamond and Related Mater. 91, 165 (2019). DOI: 10.1016/j.diamond.2018.11.016
  41. A. van der Drift. Phillips Research Reports, 21, 267 (1967)
  42. H. Kuzmany, R. Pfeiffer, N. Salk, B. Gunther. Carbon, 42 (5-6), 911 (2004). DOI: 10.1016/j.carbon.2003.12.045
  43. S. Prawer, K.W. Nugent, D.N. Jamieson, J.O. Orwa, L.A. Bursill, J.L. Peng. Chem. Phys. Lett., 332 (1-2), 93 (2000). DOI: 10.1016/S0009-2614(00)01236-7
  44. S. Prawer, R.J. Nemanich. Raman Spectroscopy of Diamond and Doped Diamond, Philosophical Transactions of The Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences, 362 (1824), 2537 (2004). DOI: 10.1098/rsta.2004.1451
  45. A.C. Ferrari, J. Robertson. Phys. Rev. B, 61 (20), 14095 (2000). DOI: 10.1103/PhysRevB.61.14095
  46. D.S. Knight, W.B. White. J. Mater. Res., 4, 385 (1989). DOI: 10.1557/JMR.1989.0385
  47. P.C. Redfern, D.A. Horner, L.A. Curtiss, D.M. Gruen. J. Phys. Chem., 100, 11654 (1996). DOI: 10.1021/jp953165g
  48. J. Birrell, J.E. Gerbi, O. Auciello, J.M. Gibson, J. Johnson, J.A. Carlisle. Diamond and Related Mater., 14 (1), 86 (2005). DOI: 10.1016/j.diamond.2004.07.012
  49. F. Klauser, D. Steinmuller-Nethl, R. Kaindl, E. Bertel, N. Memmel. Chem. Vapor Deposition, 16 (4-6), 127 (2010). DOI: 10.1002/cvde.200906827
  50. A. Heiman, E. Lakin, E. Zolotoyabko, A. Hoffman. Diamond and Related Mater., 11 (3), 601 (2002). DOI: 10.1016/S0925-9635(01)00631-8
  51. J.L. Lyu, S.-L. Wang, W. Bo, K. Nishimura, N. Jiang. Surf. Engineer., 35 (1), 1 (2018). DOI: 10.1080/02670844.2018.1447270
  52. Q.L. Wei, X.B. Yue, X.Y. Li, B. Liu, X.F. Zhang, D.J. Lei, Adv. Mater. Res., 1120-1121, 378 (2015). DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1120-1121.378
  53. J. Blazek, J. Musil, P. Stupka, R. Cerstvy, J. Houska. Appl. Surf. Sci., 258 (5), 1762 (2011). DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.10.039
  54. J. Musil. Surf. Coat. Technol., 207, 50 (2012). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.05.073
  55. B. Bhushan, X. Li. J. Mater. Res., 12 (1), 54 (1997). DOI: 10.1557/JMR.1997.0010
  56. M.A. Hopcroft, W.D. Nix, T.W. Kenny. J. Microelectromechan. Systems, 19 (2), 229 (2010). DOI: 10.1109/JMEMS.2009.2039697
  57. C.A. Klein, G.F. Cardinale. Diamond and Related Mater., 2 (5-7), 918 (1993). DOI: 10.1016/0925-9635(93)90250-6
  58. W. Kulisch, C. Popov, T. Sasaki, L. Sirghi, H. Rauscher, F. Rossi, J.P. Reithmaier. Phys. Status Solidi (A) Applications and Mater., 208 (1), 70 (2011). DOI: 10.1002/pssa.201026066

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme