Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК621.746.073:669.2/8'782'295 ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗИСТИВНОГО СПЛАВА Si-20%Ti-5%Ce ДЛЯ РАСПЫЛЯЕМЫХ МИШЕНЕЙ И.Г. Колесникова, В.Г. Коротков Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного Центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация Исследовано влияние скорости охлаждения сплава на микроструктуру, микромеханические характеристики и остаточные термические напряжения в мишенях из сплава Si-20%Ti-5%Ce. Показано, что требуемое качество мишеней из этого сплава можно получать при скорости его охлаждения в интервале 20-700С/сек. При этом сплав обладает однородной структурой, высокими прочностными характеристиками, уровень остаточных напряжений в мишени минимален, а их распределение наиболее равномерно. Ключевые слова: резистивный сплав, остаточные напряжения, микроструктура, микромеханические характеристики. COOLING RATE AND PERFORMANCE OF Si-20%Ti-5%Ce RESISTIVE ALLOY FOR SPUTTERING TARGETS I.G. Kolesnikova, V.G. Korotkov I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract The effect of cooling rate on the microstructure, micromechanical characteristics and residual thermal stresses in Si-20%Ti- 5%Ce alloy of sputtering targets has been investigated. It has been shown that the desired quality of targets can be achieved by cooling the alloy at a rate of about 20-700C/sec. The alloy has a homogeneous structure, high strength, and a minimal level of residual stresses most homogeneously distributed in the target. Keywords: resistive alloy, residual stresses, microstructure, micromechanical characteristics. В настоящее время для получения резистивных слоев тонкопленочных изделий электронной техники общего назначения часто используют мишени из сплава Si-20%Ti-5%Ce (РС2005). Такие мишени вызывают большую трудность в изготовлении, так как они содержат такие хрупкие компоненты, как кремний и силициды титана и церия. Оценка качества материала мишеней осуществляется по следующим критериям: чистота материала мишени (не ниже 99.8%); однородная структура сплава; пористость (менее 20%); максимальный размер пор не выше 100 мкм; отсутствие трещин и посторонних включений. Мишени указанного состава, полученные методами порошковой металлургии, часто не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Мы полагали, что разработанный нами ранее способ изготовления мишеней методом литья [1] может быть пригоден для изготовления мишеней из сплава Si-20%Ti-5%Ce. Данных по изготовлению литых мишеней из сплава Si-20%Ti-5%Ce в литературных источниках нами не найдено. Целью данной работы являлось исследование влияния скорости охлаждения на микроструктуру, микромеханические характеристики и остаточные термические напряжения в мишенях из сплава Si-20%Ti-5%Ce, получаемых методом литья. Плавку проводили в индукционной печи марки ИСТ-0.06. Мишени изготавливали и механически обрабатывали по разработанной нами методике [1]. Для осуществления процесса литья сплава была использована литейная форма, состоящая из двух графитовых пластин с боковыми вкладышами, расположенная вертикально. Расплав заливался в форму сначала через узкие боковые каналы по направлению сверху вниз, затем происходило равномерное заполнение формы расплавом снизу вверх. Использование такого способа заливки позволило предотвратить захват воздуха расплавом при его заливке в форму и значительно снизить газовую пористость. Анализ диаграмм состояния системы Si-Ti-Ce [2, 3], рентгенофазовый анализ (рис.1), металлографические исследования и термодинамические расчеты показали, что сплав содержит кремний и силициды TiSi 2 и CeSi 2 . При охлаждении расплава со скоростью около 6 0 С/сек, микроструктура отливки (рис.2б, г) включает столбчатые первичные кристаллы кремния (КК), поперечный размер которых составляет от 60 до 80 мкм и эвтектику, присутствующую, главным образом, в виде отдельных включений. Сплав, полученный при скорости охлаждения около 55оС/сек (рис.2а, в), содержит КК, средний размер которых составляет около 30 мкм, и эвтектику, более равномерно, чем в предыдущем случае распределенную вокруг них. 144