بررسي اثر دماي زير لايه بر روي ساختار لايه نازك نيتريد تانتالوم پوشش داده شده به روش اسپاترينگ بر روي فولاد

Investigation of substrate temperature on TaN thin film structure coated via sputtering method on steel

لايه نازك نيتريد تانتالوم (TaN) به علت خواص ويژه و منحصر به فرد داراي كاربردهاي بسيار زيادي در صنايع الكترونيك و صنايع نظامي مي باشد كه به عنوان يك پوشش بسيار جديد مورد توجه قرار گرفته است. يكي از روش هاي ايجاد لايه هاي نازك نيتريد تانتالوم روش كندوپاش (اسپاترينگ) و رسوب فيزيكي اتم هاي تانتالوم در محفظه حاوي گاز آرگون و نيتروژن است كه به آن كندوپاش فعال (Reactive Sputtering) مي گويند. يكي از عوامل موثر بر ساختار، مورفولوژي و خواص پوشش TaN دماي زيرلايه در حين فرِآيند پوشش دهي است. در اين تحقيق، لايه نازك نيتريد تانتالوم به روش ايجاد پلاسما با جريان مستقيم بر روي فولاد 4340 لايه نشاني شده است و اثر دماي زير لايه هنگام رشد لايه نازك بر روي ساختار لايه نيتريد تانتالوم مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور لايه نازك نيتريد تانتالوم بر روي زيرلايه صفحه اي فولادي با دماهاي 25 و 150 و 200 و 250 درجه با فشار جزئي ثابت نيتروژن 15 درصد همراه گاز آرگون به روش كندوپاش فعال پوشش داده شد. از آزمايشات طرح پراش اشعه XRD) X)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) براي شناسايي و بررسي خواص پوشش استفاده گرديد. نتايج آزمايش XRD نشان داد كه فاز TaN با ساختار هگزاگونال تشكيل گرديد و با افزايش دما، مقدار آن افزايش يافت. از طرف ديگر با افزايش دما، اندازه دانه هاي پوشش افزايش مي يابد. تصاوير ميكروسكوپ نيروي اتمي نيز نشان دهنده تغيير مرفولوژي و ارتفاع و مقدار بر آمدگي هاي سطح لايه نازك TaN با افزايش دما مي باشد.

Because of many special and unique properties, TaN thin film have a lot of applications in electrical and military industry and it is considered as a novel and useful coating. One of methods for producing TaN thin film is magnetron sputtering. In this way via physical vapor deposition in a chamber contained argon and nitrogen gas, TaN thin film can produced. This method is called “Reactive Sputtering”. With changing the parameters of coating, wide range of stoichiometry of the TaN films can be achieved. In this study TaN thin films were coated on steel substrate via magnetron sputtering method and the effect of substrate temperature on TaN film structure and morphology has been investigated. Therefore TaN thin films coated on steel substrate with different temperatures 25 C°, 150 C°, 200 C° and 250 C° with using of a constant nitrogen partial pressure of 15%. For analyzing and investigating produced TaN thin films, XRD, AFM and SEM were used. XRD results showed that peak intensity of hegzagonal TaN increased with increasing of substrate temperature in other hand grain size of TaN thin film increased. AFM and SEM images The X-ray spectrum of deposited tantalum nitride films indicated an increasing in intensity of sharp peak of hexagonal TaN and was evidence of grain growth at higher temperatures. By increasing temperature the surface morphology observed from AFM micrographs, were varied.