Μελέτη χαμηλοδιάστατων συστημάτων βασιζόμενων στο SiC

Abstract

The current PhD thesis refers to SiC based coatings in order to create oxidization and diffusion barriers with foreseen aerospace applications. Τhe SiC coatings were fabricated employing RF magnetron sputtering. Two main categories of SiC films were fabricated on Si substrates: a) Thin fiilms having a thickness of about 120 nm, b) Thick films having a thickness of about 300 nm. The SiC films and independently but simultaneously their Si substrates were oxidized in air in the temperatre range 370 to 1140 ºC and have been characterized with FTIR spectroscopy, neutron reflectivity (NR), X–Ray reflectivity (XRR) and grazing incidence diffraction (GID). The evolution of their structure was investigated as a function of oxidation temperature and time. Existing models in the literature were used for the description of the thermal oxidation kinetics of crystallized Si and amorphous SiC in air. The rate oxidation constants and the activation energies for diffusion and chemical reaction were determined and compared with the corresponding ones found in the literature.

Το θέμα της διδακτορικής διατριβής αναφέρεται σε επιστρώσεις βασιζόμενες στο SiC με στόχο τη δημιουργία φραγμών οξείδωσης και διάχυσης και με προβλεπόμενες εφαρμογές στην Αεροναυπηγική. Για την παρασκευή των επιστρώσεων χρησιμοποιήθηκε η μαγνητικώς υποβοηθούμενη καθοδική ιοντοβολή στις ραδιοσυχνότητες (RF magnetron sputtering). Παρασκεύασθηκαν δύο κατηγορίες υμενίων SiC σε υποστρώματα Si: α) Λεπτά υμένια πάχους περίπου 120 nm και β) παχέα υμένια πάχους περίπου 300 nm. Τα υμένια SiC και ανεξάρτητα αλλά ταυτόχρονα τα υποστρώματά τους από Si οξειδώθηκαν στον αέρα στο θερμοκρασιακό εύρος 370 έως 1140 ºC και χαρακτηρίσθηκαν με φασματοσκοπία FTIR, ανακλαστικότητα νετρονίων (NR), ανακλαστικότητα ακτίνων Χ (XRR) και περίθλαση ακτίνων Χ σε μικρές γωνίες πρόσπτωσης (GID). Μελετήθηκε η εξέλιξη της δομής τους συναρτήσει της θερμοκρασίας και του χρόνου οξείδωσης. Yπάρχοντα μοντέλα στη βιβλιογραφία χρησιμοποιήθηκαν για την περιγραφή της κινητικής της θερμικής οξείδωσης του κρυσταλλικού Si και του άμορφου SiC στον αέρα. Υπολογίσθηκαν οι σταθερές οξείδωσης καθώς και οι ενέργειες ενεργοποίησης για τη διάχυση του οξυγόνου και τη χημική αντίδραση με το SiC και το Si και συγκρίθηκαν οι υπολογισθείσες τιμές με τις αντίστοιχες της βιβλιογραφίας.