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
1. 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
2. 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
3. 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
4. K. Han, X. Shi, Y. Su, and Y. Chen, J. Vinyl Addit. Technol. 29, 100 (2023).https://doi.org/10.1002/vnl.21946
5. 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
6. 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
7. 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
8. 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.
9. 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
10. 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
11. X. Feng, Q. Wang, J. Xie, and W. Kuang, Corros. Sci. 218, 111162 (2023).https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111162
12. A. Ostadi, S. H. Hosseini, and M. E. Fordoei, Ceram. Int. 46, 2287 (2020).https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.09.217
13. M. Mellali, P. Fauchais, and A. Grimaud, Surf. Coat. Technol. 81, 275 (1996).https://doi.org/10.1016/0257-8972(95)02540-5
14. K. Yang, M. Liu, and C. Deng, Surf. Eng. 30, 814 (2014).https://doi.org/10.1179/1743294414Y.0000000320
15. 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
16. S. K. Mishra and A. S. Bhattacharyya, Mater. Lett. 62, 398 (2008).https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.05.043
17. 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
18. 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
19. 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
20. 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
21. 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
22. 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
23. 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
24. F. Wang, H. Lou, S. Zhu, and W. Wu, Oxid. Met. 45, 39 (1996).https://doi.org/10.1007/BF01046819
25. S. Faghihi, H. Vali, and M. Tabrizian, Int. J. Mod. Phys. B 22, 3069 (2008).https://doi.org/10.1142/S0217979208047936
26. 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
27. 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
28. 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
29. 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
30. 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
31. S. Kuiry, Advanced Scratch Testing for Evaluation of Coatings, Bruker Nano Surfaces Division: Tribology and Mechanical Testing (2012). p. 1717.
32. 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.
33. O. Fedchenko, S. Protsenko, P. Zukowski, and M. Marszalek, Vacuum 86, 1934 (2012).https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2012.03.022
34. 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.
35. M. Demydenko, S. Protsenko, and P. Siffalovic, Thin Solid Films 520, 5722 (2012).https://doi.org/10.1016/j.tsf.2012.04.018
36. S. Petrushenko, S. Dukarov, M. Fijalkowski, and V. Sukhov, Vacuum 226, 113349 (2024).https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113349
37. M. Verma and R. Mukherjee, J. Appl. Phys. 130, 025305 (2021).https://doi.org/10.1063/5.0049027
38. E. Rabkin and D. J. Srolovitz, Scr. Mater. 180, 83 (2020).https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.01.019
39. V. N. Volodin, Y. Z. Tuleushev, B. K. Karakozov ., J. Surf. Investig. 17, S 371 (2023).https://doi.org/10.1134/S1027451023070558
40. 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
41. 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
42. N. J. Petch, J. Iron Steel Inst. 174, 25 (1953).
43. E. O. Hall, Proc. Phys. Soc. B 64, 747 (1951).https://doi.org/10.1088/0370-1301/64/9/303
44. C. Hu, R. Dingreville, and B. L. Boyce, Comp. Mater. Sci. 232, 112596 (2024).https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2023.112596
45. 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
46. 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
47. 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
