Synkrotron-nano-diffraktion för avancerade CVD skikt

Syfte och mål

Syftet med samarbetsprojektet mellan Sandvik Coromant och Chalmers var att demonstrera att nano-diffraktion med synkrotronljus kan ge kritisk information om restspänningarnas fördelning genom tjockleken i tunna skikt på skärverktyg. Gemensamt utförda experiment visar att spänningsprofiler kan mätas med en rumsupplösning på 100-300 nm, vilket är mer än tillräckligt för att kunna följa spänningsförändringar genom tjockleken. Genom projektet har Sandvik Coromant tränats i experimentens genomförande, och erhållit nödvändiga verktyg och kunskap för utvärdering av datan.

Resultat och förväntade effekter

Projektet har visat att tekniken är mycket användbar för att mäta restspänningsprofiler i tunna skikt, och utgör ett bra komplement till de metoder som används för restspänningsmetoder ”in-house” på Sandvik Coromant. Ett flertal skikt tillverkade på olika sätt har testats, vilket gör det möjligt att korrelera restspänningsbild och prestanda. Den uppmäta datan går in i företagets R&D process och förväntas därigenom bidra till en ökad kunskap och i förlängningen mer hållbara skikt. Om möjligt kommer det även i framtiden att vara av intresse att utföra likartade mätningar på MAX IV.

Upplägg och genomförande

Prover förbereddes från skikt med olika tillverkningsparametrar genom en kombination av mekanisk kapning och fokuserad jonstråleteknik. Nanodiffraktion genomfördes NanoMAX (MAX IV) med en strålstorlek på 60 nm och steglängd på 100 nm. Diffraktionsmönster samlades in som funktion av position i skiktet med hjälp av en nedströms areadetektor i transmissionsgeometri. Öppen programvara (pyFAI) användes för att reducera datan, och dedikerade Matlab-skript utvecklades för att korrigera datan, anpassa diffrationstoppar och utvärdera spänning med hjälp av sin2psi-metodiken.