Bài thuyết trình Vật lý ứng dụng: Nghiên cứu tính chất quang điện của màng TiN

Bài thuyết trình Vật lý ứng dụng: Nghiên cứu tính chất quang điện của màng TiN sau đây bao gồm những nội dung về giới thiệu màng TiN; các phương pháp xác định tính chất của màng; ứng dụng từ một số tính chất của màng TiN.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG MÔN : CÁC PP THỰC NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TiN GVHD : TS Lê Trấn HVTH : Phạm Văn Thịnh NỘI DUNG I GIỚI THIỆU MÀNG TiN II CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA MÀNG III.ỨNG DỤNG TỪ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG TiN Màng phản xạ hệ màng đa lớp Màng TiN dụng cụ cắt gọt I GIỚI THIỆU MÀNG TiN Một số tính chất màng TiN : • Màng TiN vật liệu có màu kim lọai vàng, độ cứng cao (21 - 24 GPa) • Chịu nhiệt cao (nhiệt nóng chảy 29500C) • Chống ăn mòn cao, oxy hóa chậm (bắt đầu oxy hóa 8000C) có điện trở suất nhỏ (20 30à.cm) phn x cao vựng hng ngoi, chiết suất thấp hệ số tắt cao Cấu trúc tinh thể TiN: Có cấu trúc muối ăn (NaCl) : • Ti lấp đầy vị trí mạng lập phương tâm mặt (fcc) • N lấp đầy vị trí bát diện II CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA MÀNG Xác định thơng số quang học • 1.1 Phương pháp phổ truyền qua - Xác định thông số quang học màng mỏng (độ dày, chiết suất, hệ số hấp thụ, hệ số tắt…) tiến hành xác định phổ truyền qua màng Từ thông số phổ truyền qua thu pp tính tốn ta xác định thông số quang học màng - Sử dụng máy quang phổ truyền qua Hewlett Packard 1.2 Phương pháp Ellipsometry rp rs  tan ei Chiết suất n, hệ số tắt k TiN thay đổi theo bước sóng Phương pháp xác định cấu trúc màng • 2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X Công thức Sherrer: 0.9 b (2 ) cos  2.2 Phương pháp Stylus 2.3 Phép đo hiệu ứng Hall    FL  q.(VD  B ) Ở trạng thái cân bằng: q E y  q  E x Bz  E y   E x Bz Ta có : RHall  Ey Bz jx  RHall .Ex Bz        Ex Bz  q.n. q.n Vùng phản xạ    p     '    1   p     n     0   1/ p   "    2  2p  1 p 1/  p  k    1      bề dày màng lớn bề dày lớp  da hệ số phản xạ R  1 : p 1/ Hệ số phản xạ R lớn, độc lập với bước sóng Vùng truyền qua   p   p    p  '   1      "             p      1/   1/  n 1/  k  p 2  0 Trường hợp vật liệu gần suốt Màng TiN dụng cụ cắt gọt • 2.1 Giới thiệu • 2.2 Thực nghiệm kết • 2.3 Kết luận 2.1 Giới thiệu • Nghiên cứu để tạo loại màng phức hợp (composite) có độ cứng, độ chống mài mòn…cao để phủ lên vật liệu khối giòn, dễ gãy… rẻ tiền để tăng hiệu sản phẩm • TiN độ cứng cỡ 2300 HV (so với Kim cương 10.000 HV) →phủ màng TiN lên vật liệu thép thường, thép vận tốc cao (HSS) tungsten carbide (WC) phương pháp phún xạ mạ ion (SIP-Sputter Ion Plating) 2.1 Giới thiệu • Một số loại mũi khoan phủ màng TiN: • Vật liệu thép thường, thép vận tốc cao (HSS) tungsten carbide (WC) Phương pháp phún xạ mạ ion (SIPSputter Ion Plating) • Cơ chế tương tự phún xạ Magnetron phẳng Tuy nhiên kết hợp thêm hiệu dịch âm đặt lên đế phủ màng • Tác dụng: - Thế âm áp vào để thay đổi dòng lượng hạt phún xạ (thế âm cỡ -5→-300V) làm giảm bắn phá đế ion →tăng mật độ màng,màng phẳng hơn, tăng độ bám dính - Thế âm áp lên đế đủ để giải hấp loại khí hấp phụ đế, đồng thời làm tăng lượng bề mặt đế, giúp tăng cường khuyếch tán bề mặt nguyên tử bia 2.2 Thực nghiệm kết • Hệ sử dụng hệ magnetron phẳng: Đế (Anod) N (Kathod) S N N N Phún xạ mạ ion (Ion Plating) Ti N2 TiN Ưu điểm: không đốt nóng trực tiếp vật liệu, khơng gây phản ứng chất bay với thuyền nung kỹ thuật nhiệt bốc bay nên tạo màng hợp kim dễ dàng, phản ứng kích hoạt plasma nên nhiệt độ đế thấp so với phương pháp CVD phải kích hoạt phản ứng nhiệt độ Các thơng số tối ưu cho q trình tạo màng: • • • • • • • • • Dòng phóng điện Ia: 0,8 → 1,2A Áp suất khí lại: 10-5 torr Áp suất khí làm việc: 10-3 → 5.10-3torr Khoảng bia đế h: → 5cm Thời gian phủ màng: 60 phút Thế dịch đế Vd: -100V Thế bia: -480 → -540V Tỷ lệ hỗn hợp khí Nitơ Argon ban đầu: 1/8 Vật liệu đế: Thép thường, WC (tungsten carbide), HSS (high speed steel) Yêu cầu màng TiN: Ứng suất • Ứng suất lực tác dụng lên đơn vị diện tích mặt cắt dọc có thứ ngun lực (N/m2 hay Pa) Ứng suất phụ thuộc vào đại lượng (∆x/x) Do dựa vào dạng ứng suất ta thấy: Ứng suất nén âm, ứng suất căng dương • Ứng suất cần thiết cho màng mỏng phủ lên dụng cụ cắt gọt ứng suất nén Yêu cầu màng TiN: Độ cứng  Độ cứng thước đo sức bền vật liệu bị va chạm hay bị trầy xước  Độ cứng chất màng TiN phụ thuộc vào áp suất riêng phần Nitơ trình tạo màng, hợp thức tạo nitơ titan TiN hợp thức có độ cứng cao Độ cứng màng thay đổi theo nhiệt độ: Yêu cầu màng TiN: Độ bám dính Là đại lượng đặc trưng cho khả liên kết hạt vật chất màng đế Để độ bám dính cao cần thõa mãn hai yếu tố: • Ứng suất nén vừa đủ • Có lớp tiếp giáp hai mơi trường màng đế Để đạt điều trước tiên bề mặt đế cần xử lý 2.3 Kết luận Thí nghiệm đạt kết tốt với vật liệu sau: • Mạ TiN đế thép thường (của Đức Liên Xơ) • Mạ TiN đế WC • Mạ TiN đế HSS Khả sử dụng tăng lên gấp 10 lần CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN !! ... THIỆU MÀNG TiN II CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA MÀNG III .ỨNG DỤNG TỪ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG TiN Màng phản xạ hệ màng đa lớp Màng TiN dụng cụ cắt gọt I GIỚI THIỆU MÀNG TiN Một số tính chất. .. oxit kim loại Màng phản xạ hệ màng đa lớp 1.1 Giới thiệu 1.2 Thực nghiệm kết • 1.2.1 .Tính chất điện • 1.2.2 .Tính chất quang 1.3 Kết luận 1.1 Giới thiệu Màng gương nóng truyền qua: • Màng có độ truyền... hình dạng kích thước mẫu) III ỨNG DỤNG • TiN ứng dụng lĩnh vực sau: • Màng phản xạ hồng ngoại hệ màng đa lớp • Màng cứng phủ dụng cụ cắt gọt, khoan, cưa, nghiền… • Màng chống ăn mòn • Hàng rào