Rivestimenti in aln via ms-pvd su vari substrati : produzione e caratterizzazione

Abstract

Nel presente lavoro si affronta l’argomento delle tecniche di deposizione fisica da fase vapore (PVD) per la realizzazione di film sottili nano strutturati su differenti substrati. L’attività di ricerca condotta ha affrontato l’argomento dei film sottili sia dal punto di vista della loro produzione, mediante l’allestimento e utilizzo di reattori di deposizione, che dal punto di vista della loro caratterizzazione meccanica, morfologica e compositiva. Il lavoro di Tesi può essere raggruppato pertanto in tre macro argomenti: Il primo riguarda lo studio e l’approfondimento delle tecniche di caratterizzazione meccanica e funzionale dei film sottili, con particolare attenzione alle misure di adesione mediante la tecnica dello scratch test. Su tale argomento si è effettuata una campagna sperimentale volta, tra l’altro, a sviluppare dei modelli descrittivi per la corretta interpretazione delle prove di adesione. In questa fase si sono anche apprese le tecniche di microscopia elettronica per la caratterizzazione di film sottili. Il secondo riguarda lo sviluppo l’allestimento di un impianto atto alla produzione di film sottili mediante tecnologia MS‐PVD e dimensionamento delle opportune modifiche impiantistiche. Il terzo riguarda l’analisi dei meccanismi di crescita di film sottili in Nitruro di Alluminio per la corretta comprensione delle correlazioni tra parametri di processo, proprietà meccaniche e prestazioni funzionali di un film sottile. La scelta di sviluppare e implementare le conoscenze riguardo ai film di Nitruro di Alluminio è stata dettata da una relativa “gap of knowledge” sull’ottimizzazione delle proprietà meccaniche di questi film in funzione dei parametri di processo. In particolare i film di nitruro di alluminio presentano alcune peculiarità, come proprietà di semiconduzione elettrica, proprietà di piezoelettricità, isolamento elettrico abbinato a elevata conduzione termica, etc., che hanno fatto si che in passato venissero molto studiate le proprietà funzionali di tali film, trascurando tuttavia quelle che sono propriamente definite come le proprietà meccaniche (durezza, modulo elastico, adesione al substrato, stati di stress residuo, etc.). Nella moderna ottica di sviluppo di nuovi materiali si sta osservando la tendenza a progettare materiali in grado di fornire prestazioni complesse e che presentino contemporaneamente una combinazione di proprietà meccaniche, ottiche , elettriche e generalmente funzionali. Questi materiali sono recentemente definiti come “smart materials”. Alla luce di questa tendenza e con l’impegno di ampliare alcune conoscenze specifiche, il presente lavoro di tesi ha avuto lo scopo di fornire un contributo scientifico per la comprensione dei meccanismi alla base delle correlazioni tra parametri di processo e prestazioni meccaniche e funzionali dei film in AlN, prodotti mediante tecniche MS‐PVD.