การเตรียมชั้นเคลือบแข็งของโครเมียมอะลูมิเนียมไนไตรด์ ด้วยวิธีรีแอคทีฟแมกนีตรอนโคสปัตเตอริง

Abstract

ฟิล์มบางโครเมียมอะลูมิเนียมไนไตรด์ (CrAlN) เคลือบบนกระจกสไลด์และแผ่นซิลิกอนด้วยวิธีดีซีรีแอคทีฟแมกนีตรอนโคสปัตเตอริง โดยใช้โครเมียมและอะลูมิเนียมเป็นเป้าสารเคลือบ เพื่อศึกษาผลของอัตราไหลแก๊สไนโตรเจนและกระแสสปัตเตอริงของเป้าอะลูมิเนียมต่อโครงสร้างของฟิล์ม ทั้งนี้ลักษณะเฉพาะของฟิล์มที่เคลือบได้ศึกษาด้วยเทคนิค XRD, AFM, EDS และ FE-SEM ผลการศึกษาพบว่า ฟิล์มที่เคลือบได้เป็นสารละลายของแข็งของ (Cr,Al)N ระนาบ (111), (200) และ (220) โครงสร้างของฟิล์มแปรตามอัตราไหลแก๊สไนโตรเจนและกระแสสปัตเตอริงของเป้าอะลูมิเนียม (1) สาหรับกรณีแปรค่าอัตราไหลแก๊สไนโตรเจนขนาดผลึกและค่าคงที่แลตทิซมีค่าอยู่ในช่วง 17.7 – 33.5 nm และ 4.139 - 4.162 Å ตามลาดับ ความหนาและความหยาบผิวของฟิล์มมีค่าลดลงจาก 400 nm เป็น 244 nm และ 2.8 nm เป็น 1.4 nm เมื่อเพิ่มอัตราไหลแก๊สไนโตรเจน ผลการวิเคราะห์ภาคตัดขวางแสดงให้เห็นว่าฟิล์มมีโครงสร้างแบบคอลัมนาร์ และฟิล์มที่เคลือบได้มีโครเมียม อะลูมิเนียมและไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบในอัตราส่วนต่าง ๆ แปรตามอัตราไหลแก๊สไนโตรเจน โดยความแข็งของฟิล์มบางที่เคลือบได้มีค่าอยู่ในช่วง 14.1 – 60.3 GPa และ (2) สาหรับกรณีแปรค่ากระแสสปัตเตอริงของเป้าอะลูมิเนียม ขนาดผลึกและค่าคงที่แลตทิซ มีค่าเท่ากับ 39.1 nm และ 3.987 Å ตามลาดับ ความหนาและความหยาบผิวของฟิล์มมีค่าเพิ่มขึ้น จาก 347 nm เป็น 1047 nm และ 2.8 nm เป็น 3.4 nm ตามลาดับเมื่อเพิ่มค่ากระแสสปัตเตอริงของเป้าอะลูมิเนียม ผลการวิเคราะห์ภาคตัดขวางแสดงให้เห็นว่าฟิล์มมีโครงสร้างแบบคอลัมนาร์ และฟิล์มที่เคลือบได้มีโครเมียม อะลูมิเนียมและไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบในอัตราส่วนต่าง ๆ แปรตามค่ากระแสสปัตเตอริงของเป้าอะลูมิเนียม ส่วนความแข็งของฟิล์มบางที่เคลือบได้มีค่าอยู่ในช่วง 45.9 – 70.5 GPa