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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/986| Estudio de las propiedades mecánicas de las películas delgadas de TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> Study of the mechanical properties of TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> thin films | |
| Mónica Vargas Bautista | |
| Wencel José De La Cruz Hernández | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Nitruro de tantalio,Nitrocarburo de tantalio,Pulverización catódica reactiva,Microestructura,Nanoindentación,Películas delgadas | |
| La síntesis y caracterización del nitrocarburo de tantalio (TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub>) se ha investigado, principalmente, por su aplicación en la industria microelectrónica. Sin embargo, existe escasa información acerca de la dureza y el módulo de elasticidad del TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> y su posible aplicación tecnológica en la industria metal-mecánica y biomédica. Por lo tanto, este trabajo se enfoca en la síntesis de películas delgadas de TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> y el estudio de sus propiedades mecánicas; para ello, se utilizó la técnica de pulverización catódica reactiva a magnetrón de corriente directa y la prueba de nanoindentación, respectivamente. Como parte de la metodología, primero se formaron películas de nitruro de tantalio (TaN<sub>y</sub>) con la finalidad de establecer las condiciones experimentales óptimas que permitan obtener TaN<sub>y</sub> con valores de dureza similares a los reportados en la literatura. Posteriormente, las películas de TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> se formaron en función del flujo de nitrógeno y metano para obtener películas con diferente estequiometria (y = [N]/[Ta] y x = [C]/[Ta]). El análisis de la composición y el ambiente químico de las películas se realizaron de manera ex situ, mediante espectroscopía de electrones Auger y espectroscopía de electrones fotoemitidos, respectivamente. Por otro lado, la estructura cristalina se determinó por medio de difracción de rayos-X. La estructura cristalina de las películas de TaN<sub>y</sub> cambió de hexagonal γ-Ta<sub>2</sub>N + cúbica δ-TaN a la fase cúbica δ-TaN con el incremento del flujo de nitrógeno. Asimismo, los cambios estructurales de las películas de TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> se le atribuyen en gran parte al contenido de nitrógeno, ya que el carbono (x = ~10%) se integró en la estructura del TaN<sub>y</sub> sustituyendo al nitrógeno en los intersticios de la red. En el sistema Ta N, la prueba de nanoindentación mostró que las muestras compuestas por mezcla de fases hexagonal γ Ta<sub>2</sub>N + cúbica δ-TaN obtuvieron los valores más altos de dureza, de 26 a 29 GPa. Por otro lado, las películas de TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> con estructura hexagonal presentaron valores de dureza de 21 a 25 GPa, mientras que la dureza de los TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> formados por más de una estructura cristalina es ligeramente mayor a los 30 GPa y con módulo de elasticidad de 300 a 363 Gpa. The synthesis and characterization of tantalum nitrocarbide (TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub>) have beeninvestigated principally because of its application in the microelectronics industry. However,the information about the hardness and the elasticity modulus of TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> and its possible usesin technologies, like in the metal-mechanic and biomedical industries, is limited. Therefore, thiswork is focused on the synthesis of TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> thin films and the study of their mechanicalproperties, by means of DC reactive magnetron sputtering and nanoindentation probe,respectively.As part of the methodology, before growing the TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> films, tantalum nitride (TaN<sub>y</sub>)thin films were synthesized in order to establish the optimal experimental conditions forobtaining TaN<sub>y</sub> films with hardness values similar to those reported in the literature.Subsequently, the TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> films were grown as a function of the nitrogen and methane flow, inorder to obtain films with different stoichiometry (y = [N]/[Ta] and x = [C]/[Ta]).The chemical analysis was performed ex situ using Auger electron (AES) and X-rayphotoelectron (XPS) spectroscopies. On the other hand, the crystalline structure wasdetermined by means of X-ray diffraction (XRD).The crystalline structure of the TaN<sub>y</sub> films changed from hexagonal γ-Ta<sub>2</sub>N + cubic δ-TaN to cubic δ-TaN phase when increasing the nitrogen flow. Likewise, the structural changesof the TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> films were largely attributed to the nitrogen content, because the carbon atoms (x= ~10%) were integrated within the TaN<sub>y</sub> structure, replacing the nitrogen interstitial sites in thelattice.In the Ta-N system, the nanoindentation tests showed that the samples composed ofmixed crystalline phases, hexagonal γ-Ta<sub>2</sub>N + cubic δ-TaN, obtained the highest hardnessvalues, between 26 and 29 GPa. On the other hand, the TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> films with a hexagonal structurepresented hardness values between 21 and 25 GPa, while the hardness for the TaC<sub>x</sub>N<sub>y</sub> formedby more than one crystalline structure is slightly higher than 30 GPa and with an elasticitymodulus between 300 and 363 Gpa. | |
| CICESE | |
| 2013 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Vargas Bautista, M.2013..Estudio de las propiedades mecánicas de las películas delgadas de TaCxNy.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.112 pp. | |
| OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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