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各種化肥管基體的磨損特性

各種化肥管基體的磨損特性

  • 所屬:化肥專用管
  • 時間:2021-06-21 21:48:37
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   用離子束輔助沉積技術在9Cr18鋼基體上形成了TiCxNy 膜.TEM觀察膜呈多晶結構,具有(111),(200)和(220)擇優取向.AES和XPS分析進一步證實,TiCxNy膜呈含氧配置.膜的硬度與N 含量有關,化肥管N的含量過高時硬度下降.在本實驗條件下以離子注量為3×1017/cm2時硬度最高,干摩擦表明膜的抗氧化性能優良,它的存在能有效抑制基體 在摩擦過程中氧化皮的形成,顯著改善基體的磨損特性,并能使基體由粘著磨損向磨粒磨損轉化.用離子束輔助沉積(IBAD) 技術在TC4鈦合金和9Cr18,GCr15鋼基體上形成了TiCxNy膜,TEM觀察發現膜均呈多晶結構,都具有(111),(200)和(220)擇 優取向.AES和XPS分析進一步證實,TiCxNy膜呈含氧配置.膜的硬度和摩擦特性與N含量有關,總的趨勢是N的含量過高,其硬度與摩擦性能均下降. 在本試驗條件下,以注入量3×1017ions/cm2的輔助劑量最佳.干摩擦表明膜的抗氧化性能優良,能有效抑制基體在摩擦過程中氧化膜的形成.又由于 膜的硬度高,潤滑性良好,各種基體的磨損特性都得到了顯著改善.集成電路自誕生以來不斷飛速發展,而銅也早已取代了化肥管成為新一代的互連材料.為了阻止銅與硅基體之間的擴散反應引起微電子元器件性能受到影響并且提高銅與硅襯底的粘附性,必須在銅互連線外包裹一層擴散阻擋層


      采用離子束輔助沉積技術制備了Cu(C)合金薄膜自形成擴散阻擋層,并研究了離子束輔助沉積工藝中沉積溫度,輔助離子束能量和離子原子到達比分別對Cu(C)薄膜微觀結構,電學性能以及擴散阻擋性能的影響,得出如下結論:(1)隨著輔助源離子束能量的增加(0,0.1,0.2,0.3,0.4 keV),Cu(C)薄膜的表面粗糙度逐IMG_20191017_114524.jpg步上升,晶粒尺寸和薄膜內部的缺陷密度呈現先減小后增大的趨勢,由此導致在鍍態時,薄膜的電阻率也是先減小后增大,在輔助源離子束能量為0.1 keV時,薄膜擁有最小的電阻率.輔助源離子束能量為0.4 keV的薄膜,由于能量過高,化肥管沉積過程中的熱效應使得薄膜在鍍態時就提前形成了SiC相作為擴散阻擋層,其熱穩定性最好,達到400℃,1 h.(2)控制沉積溫度在100℃及以上的時候,Cu(C)薄膜和Si基體的交界面上自發形成了Si C相和非晶碳層,其有效阻止了薄膜即使處于400℃退火一個小時的條件下Cu與Si之間的互擴散反應,并形成深能級雜質Cu_3Si.但是當沉積溫度到達200到300℃時,薄膜中的Cu原子發生了嚴重的團聚現象,導致薄膜中大量缺陷形成,并在退火后使薄膜極易被氧化,造成電阻率陡然上升.化肥管鑒于沉積溫度為100℃的薄膜在退火后依然保持著最低的電阻率,為4.44μΩ?cm,我們得出結論,當控制沉積溫度為100℃時,最有利于Cu(C)薄膜自形成擴散阻擋層獲得最低的電阻率和最優越的熱穩定性.(3)隨著化肥管離子原子到達比的逐漸增大,初期增加了薄膜沉積原子的遷移率,增加了形核率,使得Cu(C)合金薄膜的致密性提高,薄膜的缺陷密度減小,后期離子原子到達比過高,薄膜內應力急劇增大,導致化肥管內部缺陷密度大幅增加,因此沉積態薄膜電阻率的變化趨勢是先減小后增大,離子原子到達比為0.635的Cu(C)薄膜擁有最低的電阻率,同時又兼具有最佳的熱穩定性和擴散阻擋性能.


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