نشریه علوم و مهندسی سطح

نشریه علوم و مهندسی سطح

لایه نازک اکسی‌نیترید کربن سیلیکون با خواص ضدبازتابی و پایداری محیطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 مجتمع علم مواد ومواد پیشرفته الکترومغناطیس، دانشگاه مالک اشتر، اصفهان
2 شرکت صنایع الکترواپتیک اصفهان
3 گروه علوم مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
چکیده
در این مطالعه، لایه‌ نازک اکسی‌نیترید کربن سیلیکون به روش کندوپاش مغناطیسی رادیوفرکانسی بر زیرلایه‌ سیلیکونی پوشش‌دهی شد. سپس خواص ضدبازتابی و پایداری محیطی پوشش مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمون تبدیل فوریه مادون‌قرمز و الیپسومتری با هدف تعیین خواص اپتیکی انجام شد. به منظور پیش‌بینی ضخامت بهینه و نیز طراحی میزان بازتاب لایه نازک اعمالی با ضریب شکست مشخص از نرم افزار "Essential Macleod" استفاده شد. از روش پروفیلومتری و رابطه استونی برای اندازه‌گیری تنش پسماند‌ لایه نازک اکسی‌نیترید کربن سیلیکون استفاده شد. آزمون‌های حلالیت در آب و حلالیت در محلول نمک مطابق با استاندارد MIL-C-48947A، چسبندگی مطابق با استاندارد MIL-M-13508C، مه‌نمکی، سایش ملایم و سایش شدید مطابق با استاندارد MIL-C-675C با هدف بررسی پایداری محیطی لایه نازک مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمون تبدیل فوریه مادون‌قرمز نشان داد که لایه‌نشانی لایه نازک اکسی‌نیترید کربن سیلیکون با ضخامت بهینه موجب کاهش1/28 درصدی متوسط میزان بازتاب در محدوده طول‌موجی µm 3-5 خواهد شد. نتایج آزمون الیپسومتری اثبات نمود که ضخامت پوشش برابر با nm 49/601 و نیز ضریب شکست پوشش برابر با 6/1 در طول‌موج µm 4 است. همچنین طراحی‌ها نشان داد که ضخامت بهینه برای دستیابی به حداقل بازتاب برابر با nm 74/619 است. تنش پسماند‌ لایه نازک اکسی‌نیترید کربن سیلیکون برابر با MPa 109 به دست آمد. همچنین لایه نازک اکسی‌نیترید کربن سیلیکون توانست آزمون‌های پایداری محیطی را با موفقیت بگذراند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] D.C. Harris, Materials for infrared windows and domes: properties and performance, SPIE Optical Engineering Press, Washington, 1999.
 [2] T. Hu, B. Dong, X. Luo, T.Y. Liow, J. Song, C. Lee and G.Q. Lo, Silicon photonic platforms for mid-infrared applications. Photonics Research 5 (2017) 417–430.
 [3] L.M. Goldman, S. K. Jha, N. Gunda, R. Cooke, N. Agarwal, S.A. Sastri, A. Harker and J. Kirsch, Durable Coating for IR Windows, Window and Dome Technologies and Materials IV 5786(2005)381-392.
 [4] L. Zhang, Characterization of low-dielectric-constant SiCON films grown by PECVD under different RF power, 9th International Conference on Solid-State and Integrated-Circuit Technology, IEEE, Beijing, China, 20-23 October (2008) 202-208.
 [5] S.C. Hamm, J. Waidmann, J.C. Mathai, K. Gangopadhyay, L. Currano and Sh. Gangopadhyay, Characterization and versatile applications of low hydrogen content SiOCN grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition, Journal of Applied Physics 116 (2014) 104902.
 [6] V.S. Sulyaeva, A.N. Kolodin, M.N. Khomyakov, A.K. Kozhevnikov and M.L. Kosinova, Enhanced Wettability, Hardness, and Tunable Optical Propertiesof SiCxNy Coatings Formed by Reactive Magnetron Sputtering, Materials 16 (2023) 1467.
 [7] Y. Zhu, P. Gu, H. Ye and W. Shen, Optical properties study of silicon oxynitride films deposited by RF magnetron sputtering, MEMS/MOEMS Technologies and Applications II 5641 (2004) 124-129·
 [8] L. Pinard and J.M. Mackowski, Synthesis and physicochemical characterization of silicon oxynitride thin films prepared by rf magnetron sputtering, Applied Optics 36 (1997) 5451-5460.
 [9] C. Corbella Roca, Thin film structures of diamond-like carbon prepared by pulsed plasma techniques, University of Barcelona. Department of Applied Physics and Optics, Doctor’s degree, 2005.
 [10] M.R. Ardigo, M. Ahmed and A. Besnard, Stoney formula: Investigation of curvature measurements by optical Profilometer, Advanced Materials Research 996 (2014) 361-366.
 [11] R. Charavel, B. Olbrechts and J.P. Raskin, Stress release of PECVD oxide by RTA, The International Society for Optical Engineering 5116 (2003) 596-606.
 [12] Marienfeld, Chemical and physical properties, Microscope cover glasses made of borosilicate glass D 263® M, Paul Marienfeld GmbH & Co. KG, www.marienfeld-superior.com, Last modified: September 17 2020.
 [13] A.A. Aghaei, A. Eshaghi, M. Ramazani, H. Zabolian and M. Abbasi-Firouzjah, Investigation of silicon carbon oxynitride thin film deposited by RF magnetron sputtering Applied Surface Science Advances 19 (2024) 100546.
 [14] A.A. Aghaei, A. Eshaghi, M. Ramazani, H. Zabolian and M. Abbasi-Firouzjah, Effect of N2 reactive gas flow rate on the structural, optical and wettability properties of silicon carbon oxynitride thin film Heliyon 10 (2024) e35019.‏
 [15] A.A. Aghaei, A. Eshaghi, M. Ramazani, H. Zabolian and M. Abbasi-Firouzjah, Effect of deposition rate on anti-reflection and wettability properties of RF magnetron sputtering SiCON thin film Optical and Quantum Electronics 56(6) (2024) 924.
 [16] S. Massahi, L.M. Vu, D.D.M. Ferreira, F.E. Christensen, N. Gellert, P.L. Henriksen and M. Bavdaz, Balancing of residual stress in thin film iridium by utilizing chromium as an underlayer. In Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray 11444 (2020) 744-759).
 [17] Y.H. Lee, D. Kwon and J.I. Jang, Evaluation of Thin-Film Residual Stress Using Nano-Indentation Combined with an Atomic Force Microscope. International Journal of Modern Physics B 17 (2003) 1141-1146.
 [18] M. Huff, M. Residual stresses in deposited thin-film material layers for micro-and nano-systems manufacturing. Micromachines, 13(12) (2022) 2084.
 [19] V.S. Sulyaeva, A.N. Kolodin, M.N. Khomyakov, A.K. Kozhevnikov and M.L. Kosinova, Enhanced Wettability, Hardness, and Tunable Optical Properties of SiCxNy Coatings Formed by Reactive Magnetron Sputtering, Materials 16 (2023) 1467.