Modelamiento de los esfuerzos residuales en películas delgadas de multicapas

Abstract

Películas delgadas de cromo (Cr), nitruro de cromo (CrN) y multicapas de Cr/CrN se crecieron, utilizando la técnica de magnetrón sputtering, sobre sustrato de silicio. Las condiciones de crecimiento se mantuvieron constantes, no se aplico calentamiento ni voltaje bias al sustrato. Las películas delgadas fueron caracterizadas desde el punto de vista morfológico, mecánico, tribológico y estructural. Los esfuerzos residuales se midieron por medio de la técnica de difracción de rayos X por incidencia rasante en combinación con el método de múltiples planos, usando radiación sincrotrón. Los resultados muestran que el tamaño de grano y la rugosidad decrecen con la disminución del periodo de la multicapa, cuyos resultados son menores que para los del Cr y CrN. La dureza, H3/E2 y H/E de la multicapa se incrementa con la disminución del periodo. El coeficiente de fricción se incrementa con el aumento de la carga tanto en las monocapas como en las multicapas. Las monocapas Cr y CrN presentan esfuerzos residuales tensiles, y en el caso de las multicapas se presenta una transición de esfuerzos residuales tensiles a esfuerzos residuales compresivos con la disminución del periodo. El gradiente de los esfuerzos residuales de la película delgada de Cr y CrN surge de la competencia que se da entre la formación de huecos y la difusión de adatomos en la frontera del grano. El modelamiento de los esfuerzos residuales se aproxima a los resultados experimentales, mostrando que el modelo de difusión que normalmente es aplicado para describir esfuerzos residuales compresivos es aplicable a esfuerzos residuales tensiles.