The relationship between adhesion and microstructure of copper films obtained in different plasma deposition modes
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0043159Ключові слова:
magnetron deposition, границі зерен, твердість, адгезія, магнетронне осадженняАнотація
Встановлено, що використання плазмового опромінення з різною енергією, яке проводиться одночасно з осадженням міді, викликає значну зміну мікроструктури конденсованих плівок. З використанням склерометричних досліджень отримано взаємозв’язок між мікроструктурою плівок та кінетикою їх механічного руйнування. Показано, що використання ВЧ плазми, яка діє на зразок у процесі його осадження, викликає зміну механізму руйнування зразків. Якщо для плівок, осаджених без плазмової обробки типовим є їх безбар’єрне руйнування, то за умови наявності плазмової обробки, яка здійснюється одночасно з осадженням плівки, процес руйнування стає бар’єрним, тобто для свого початку вимагає подолання деякої критичної сили. Показано, що вплив ВЧ плазми деякою мірою є аналогічним до впливу температури підкладки при конденсаційно-стимульованій дифузії. Зважаючи на це поліпшення адгезійних властивостей плівок, що зростають зі збільшенням енергії ВЧ обробки, пояснено конденсаційно-стимульованою рекристалізацією їх структури і утворенням демпфуючих шарів за рахунок впровадження іонів робочого газу.
Посилання
C. Ren, M. Li, W. Huang, Y. Zhang, and J. Huang, J. Mater. Sci. 57, 18356 (2022).https://doi.org/10.1007/s10853-022-07787-4
N. Yoshimoto, I. W. Fathona, and A. Yabuki, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 662, 130970 (2023).https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.130970
M. Feng, Q. Fu, J. Li, J. Li, Q. Wang, X. Liu, W. Jin, W. Li, P. K. Chu, and Z. Yu, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 642, 128647 (2022).https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128647
K. Han, X. Shi, Y. Su, and Y. Chen, J. Vinyl Addit. Technol. 29, 100 (2023).https://doi.org/10.1002/vnl.21946
M. F. Othman, A. R. Bushroa, and W. N. R. Abdullah, J. Adhes. Sci. Technol. 29, 569 (2015).https://doi.org/10.1080/01694243.2014.997379
P. Sivakumar, S. M. Du, M. Selter, J. Daye, and J. Cho, Int. J. Adhes. Adhes. 110, 102948 (2021).https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2021.102948
M. J. Zamharir, H. Aghajani, and A. T. Tabrizi, J. Aust. Ceram. Soc. 57, 1219 (2021).https://doi.org/10.1007/s41779-021-00621-1
T. V. S. M. R. Bhushan, A. Chandrashekhar, S. V. Prasat, and I. R. Reddy, in IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. (IOP Publishing, 2020), Vol. 981, No. 4, p. 042022.
J. Wang, C. J. Li, G. J. Yang, and C. X. Li, J. Therm. Spray Technol. 26, 47 (2017).https://doi.org/10.1007/s11666-016-0488-3
J. Ju, Z. Shen, M. Kang, J. Zhang, and J. Wang, Corros. Sci. 199, 110203 (2022).https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110203
X. Feng, Q. Wang, J. Xie, and W. Kuang, Corros. Sci. 218, 111162 (2023).https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111162
A. Ostadi, S. H. Hosseini, and M. E. Fordoei, Ceram. Int. 46, 2287 (2020).https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.09.217
M. Mellali, P. Fauchais, and A. Grimaud, Surf. Coat. Technol. 81, 275 (1996).https://doi.org/10.1016/0257-8972(95)02540-5
K. Yang, M. Liu, and C. Deng, Surf. Eng. 30, 814 (2014).https://doi.org/10.1179/1743294414Y.0000000320
E. Martinez, M. C. Polo, E. Pascual, and J. Esteve, Diam. Relat. Mater. 8, 563 (1999).https://doi.org/10.1016/S0925-9635(98)00351-3
S. K. Mishra and A. S. Bhattacharyya, Mater. Lett. 62, 398 (2008).https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.05.043
P. Moazzen, M. R. Toroghinejad, T. Zargar, and P. Cavaliere, J. Alloys Compd. 892, 161924 (2022).https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161924
M. A. Ali, I. López-Galilea, S. Gao, B. Ruttert, W. Amin, O. Shchyglo, A. Hartmaier, W. Theisen, and I. Steinbach, Materialia 12, 100692 (2020).https://doi.org/10.1016/j.mtla.2020.100692
P. S. Ocaño, A. Manzoni, I. Lopez-Galilea, B. Ruttert, G. Laplanche, and L. A. Jácome, J. Alloys Compd. 949, 169871 (2023).https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169871
T. Van Hau, P. Van Trinh, N. P. H. Nam, N. Van Tu, V. D. Lam, D. D. Phuong, Ph. N. Minh, and B. H. Thang, RSC Adv. 10, 22080 (2020).https://doi.org/10.1039/D0RA03776A
D. Q. Doan, T. H. Fang, and T. H. Chen, Intern. J. Mech. Sci. 185, 105865 (2020).https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105865
M. A. Darwish, T. I. Zubar, O. D. Kanafyev, D. Zhou, E. L. Trukhanova, S. V. Trukhanov, A. V. Trukhanov, and A. M. Henaish, Nanomaterials 12, 1998 (2022).https://doi.org/10.3390/nano12121998
M. Kheur, N. Kantharia, T. Iakha, S. Kheur, N. A. H. Husain, and M. Özcan, Odontology 108, 66 (2020).https://doi.org/10.1007/s10266-019-00427-5
F. Wang, H. Lou, S. Zhu, and W. Wu, Oxid. Met. 45, 39 (1996).https://doi.org/10.1007/BF01046819
S. Faghihi, H. Vali, and M. Tabrizian, Int. J. Mod. Phys. B 22, 3069 (2008).https://doi.org/10.1142/S0217979208047936
N. Ribeiro, S. R. Sousa, and F. J. Monteiro, J. Colloid Interface Sci. 351, 398 (2010).https://doi.org/10.1016/j.jcis.2010.08.013
M. Sato, A. Aslani, M. A. Sambito, N. M. Kalkhoran, E. B. Slamovich, and T. J. Webster, J. Biomed. Mater. Res. Part A 84, 265 (2008).https://doi.org/10.1002/jbm.a.31469
M. Lorenzetti, I. Dogša, T. Stošicki, D. Stopar, M. Kalin, S. Kobe, and S. Novak, ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 1644 (2015).https://doi.org/10.1021/am507148n
J. Katainen, M. Paajanen, E. Ahtola, V. Pore, and J. Lahtinen, J. Colloid Interface Sci. 304, 524 (2006).https://doi.org/10.1016/j.jcis.2006.09.015
O. O. Nevgasimov, V. V. Bohomaz, S. I. Petrushenko, and S. V. Dukarov, Mater. Today Proc. 62, 5787 (2022).https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.491
S. Kuiry, Advanced Scratch Testing for Evaluation of Coatings, Bruker Nano Surfaces Division: Tribology and Mechanical Testing (2012). p. 1717.
ASTM G 171–09, “Standard Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus,” in Annual Book of ASTM Standards, Section: Water and Environmental Technology (ASTM International, West Conshohocken, PA, 2009), Vol. 3.
O. Fedchenko, S. Protsenko, P. Zukowski, and M. Marszalek, Vacuum 86, 1934 (2012).https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2012.03.022
V. M. Kosevich, M. V. Karpovskii, S. M. Kosmachev, and V. N. Klimenko, “Growth surface as a vacancy generator in Vacuum Condensation,” in Growth of Crystals. Growth of Crystals, edited by E. I. Givargizov and S. A. Grinberg (Springer, Boston, MA, 1993), Vol. 19.
M. Demydenko, S. Protsenko, and P. Siffalovic, Thin Solid Films 520, 5722 (2012).https://doi.org/10.1016/j.tsf.2012.04.018
S. Petrushenko, S. Dukarov, M. Fijalkowski, and V. Sukhov, Vacuum 226, 113349 (2024).https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113349
M. Verma and R. Mukherjee, J. Appl. Phys. 130, 025305 (2021).https://doi.org/10.1063/5.0049027
E. Rabkin and D. J. Srolovitz, Scr. Mater. 180, 83 (2020).https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.01.019
V. N. Volodin, Y. Z. Tuleushev, B. K. Karakozov ., J. Surf. Investig. 17, S 371 (2023).https://doi.org/10.1134/S1027451023070558
S. J. Bull, “Failure modes in scratch adhesion testing,” Surf. Coat. Technol. 50, 25 (1991).https://doi.org/10.1016/0257-8972(91)90188-3
C. Pan, L. Zhang, W. Jiang, W. Setyawan, L. Chen, Z. Li, N. Liu, and T. Wang, J. Eur. Ceram. Soc. 40, 4396 (2020).https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.05.060
N. J. Petch, J. Iron Steel Inst. 174, 25 (1953).
E. O. Hall, Proc. Phys. Soc. B 64, 747 (1951).https://doi.org/10.1088/0370-1301/64/9/303
C. Hu, R. Dingreville, and B. L. Boyce, Comp. Mater. Sci. 232, 112596 (2024).https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2023.112596
Z. Peng, T. Meiners, Y. Lu, C. H. Liebscher, A. Kostka, D. Raabe, and B. Gault, Acta Mater. 225, 117522 (2022).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117522
D. Q. Doan, T. H. Fang, and T. H. Chen, Int. J. Mech. Sci. 185, 105865 (2020).https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105865
A. Medvids, P. Onufrijevs, J. Kaupuzs, L. Grase, O. B. Malyshev, R. Valizadeh, A. Žunda, and J. Padgurskas, Appl. Surf. Sci. 525, 146528 (2020).https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146528
