WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

углеродные пленки толщиной более 1 мкм на проводящих подложках большой В первой главе приведен обзор литературы по темам, связанным с площади (до нескольких м2). Адгезия пленок может улучшаться чередованием проблемами, решаемыми в данной работе. Проанализированы основные слоев разной твердости толщиной 30-40 нм, формируемых посредством существующие на сегодняшний день методы вакуумно-плазменного нанесения изменения амплитуды импульсов напряжения смещения подложки. покрытий, преимущества и недостатки этих способов с точки зрения 4. Предварительная модификация поверхности подложки посредством производительности. На основе этого анализа сделан вывод о перспективности высокоэнергетичной ионной имплантации ионами титана с дозой порядка 1014 использования таких методов нанесения покрытий как магнетронное ион/см2 и использование магнетронного распыления на импульсном токе для распыление и осаждение их из плазмы органических газов, генерируемой с нанесения ультратонких пленок серебра позволяют повысить на порядок помощью автономного ионного источника.

величины плотность центров нуклеации, вдвое снизить толщину образования Далее рассмотрены конструкции наиболее перспективных сплошной пленки, на порядок уменьшить шероховатость ее поверхности, а технологических устройств, применяемых в указанных методах. Сделаны также увеличить долговременную стойкость пленок к воздействию влаги. выводы, что наиболее привлекательными для нанесения покрытий на подложки 5. На основе проведенных исследований разработана не имеющая большой площади являются такие устройства со скрещенными электрическим и аналогов вакуумная напылительная установка, позволяющая наносить магнитным полями, как цилиндрические магнетронные распылительные углеродные и углеводородные покрытия с твердостью до 26 ГПа на подложки системы с вращающимся катодом и ионные источники с анодным слоем.

большой площади (до 1 м2). Затем приведен обзор литературных источников, посвященных свойствам твердых аморфных углеродных покрытий и ультратонких пленок серебра, Апробация результатов работы: наносимых различными методами и с использованием вышеуказанных Материалы работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: устройств, в частности. Сделаны выводы о перспективности использования 1. 11-й международный конгресс по физике плазмы, Сидней, Австралия, ионного источника с анодным слоем для нанесения твердых углеводородных 2002 г. покрытий, импульсного несбалансированного магнетронного распыления для 2. 6-я международная конференция по модификации материалов пучками нанесения твердых углеродных покрытий, а также о необходимости заряженных частиц, Томск, 2002 г. исследования механизма роста и свойств ультратонких пленок серебра, 3. XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, наносимых магнетронным распылением.

Звенигород, 2003 г. В завершении рассмотрены основные типы вакуумных технологических 4. 7-й Корейско-Российский симпозиум по науке и технологии, Ульсан, установок для ионно-плазменного нанесения покрытий в промышленных Корея, 2003 г. масштабах. Довольно большой объем литературного обзора вызван 5. 7-я международная конференция по модификации материалов пучками необходимостью освещения проблем в нескольких неразрывно связанных заряженных частиц, Томск, 2004 г. областях, касающихся нанесения покрытий.

6. 8-я международная конференция по модификации материалов пучками В качестве итога Главы 1 выделяются основные направления заряженных частиц, Томск, 2006 г. исследований и конкретизируются поставленные задачи.

Структура и краткое содержание работы Во второй главе описаны экспериментальное оборудование и методики Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. В работе 212 экспериментов. Представлена конструкция созданной лабораторной установки страниц, включая 107 рисунков, 23 таблицы, 2 приложения и список для нанесения покрытий и разработанных источников плазмы, характеристики и литературы (202 наименования). электрические схемы источников питания, генераторов напряжения смещения, подаваемого на подложку.

Экспериментальная установка для вакуумного ионно-плазменного избежание значительного 1,нанесения покрытий включает в себя: увеличения скорости эрозии на 0,- протяженный цилиндрический магнетрон с вращающимся катодом и ограниченной части катода, 0,длиной рабочей зоны 500 мм; предложено использовать 0,- источник ионов с анодным слоем и длиной рабочей зоны 300 мм; сравнительно небольшое 0,- источник питания магнетрона на постоянном токе мощностью 5 кВт; увеличение магнитного поля (на 50,- импульсный источник питания магнетрона мощностью 25 кВт; 15 %), но на протяженных по длине - источник питания ионного источника с выходным напряжением до 1100 0,88 участках магнитной системы, В; реализуемое посредством более 0,0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 - генератор низковольтных импульсов напряжения смещения (амплитуда сильных магнитов.

Расстояние, см до 1 кВ, длительность 10-150 мкс, частота повторения до 20 кГц); Экспериментально получено, что Рис. 1. Распределение толщины - генератор высоковольтных импульсов напряжения смещения наибольший эффект наблюдается пленки по длине подложки.

(амплитуда до 15 кВ, длительность 40-60 мкс, частота повторения до 1 кГц). при длине области с увеличенным 1- начальная магнитная система; 2- В Главе 2 также кратко описано использовавшееся стандартное магнитным полем равной 10-ти см.

модифицированная магнитная измерительное и аналитическое оборудование. Описаны методики и определены В результате предложенного система.

погрешности измерений параметров разрядов и плазмы, а также свойств изменения конструкции магнитной покрытий. системы достигнуто увеличение на 8.5 см длины области нанесения покрытия с В третьей главе представлены результаты экспериментов, задачей однородностью ± 1 %.

которых было повышение эффективности работы цилиндрической Однородность эрозии цилиндрического катода по его длине в данной магнетронной распылительной системы с вращающимся катодом с точки зрения работе исследована путем измерения поперечных сечений эрозионной канавки, расширения зоны однородного нанесения покрытий, устранения ускоренной получаемой на неподвижном во время распыления катоде. Распределение этих эрозии концевых частей катода, увеличения плотности плазмы в области сечений по длине катода показало, что при использовании начальной подложки и повышения стабильности работы магнетрона в атмосфере конструкции магнитной системы на концах катода имеются области, на которых реактивных газов. Решение этих задач было достигнуто главным образом за счет скорость эрозии превышает среднюю на 20 % (Рис. 2, кривая 1). Обнаружено, модификации магнитной системы магнетрона, поскольку именно ее что эти области с ускоренной эрозией находятся непосредственно над характеристики в значительной мере определяют параметры работы этого поворотными частями магнитной системы, а максимум ускоренной эрозии устройства. располагается не в центре зазора между магнитами, а в 1 мм от края Магнитная система располагалась внутри трубчатого катода (Al, Ti) центрального магнита, что длиной 600 мм с внутренним диаметром 70 мм и толщиной стенки 5-10 мм. обусловлено геометрическим Распыление катода осуществлялось при давлении аргона 0.15 Па и мощности расположением и размерами разряда 2.5 кВт. В качестве начальной версии использовалась магнитная магнитов, формирующих система традиционной конструкции, т.е. состоящая из центрального ряда 32 поворотную часть магнитной постоянных магнитов и двух боковых рядов обратной полярности, замкнутых на системы. Посредством концах концевыми магнитами. моделирования магнитного поля с Экспериментально показано, что в случае магнитной системы длиной 52 использованием компьютерной см, обеспечивающей однородное (± 5 %) по длине катода магнитное поле программы ELCUT была найдена (начальная конструкция), область нанесения покрытия с однородностью ± 1 % 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 оптимальная форма магнитного Расстояние, см составляет только 21.5 см (Рис. 1, кривая 1). Для расширения области поля, которой соответствует Рис. 2. Распределение площади сечения однородного нанесения покрытий без увеличения размеров магнетрона определенная конфигурация эрозионной канавки по длине катода.

выдвинуто предложение увеличить скорость распыления концевых частей магнитов. Это позволило сместить (1- начальная магнитная система; 2- катода для компенсации меньшей скорости напыления на краях подложки. Во максимум магнитного поля в модифицированная магнитная система.

Толщина пленки, о.е.

Площадь сечения эрозионной канавки, Рис. 4. Пространственные центр зазора между магнитами и увеличить радиус кривизны линий магнитного 1,зависимости отношения поля вблизи поверхности катода (Рис. 3), что уменьшило плотность мощности, 0,потока ионов к потоку над поворотной частью магнитной системы. В результате произошло снижение осаждаемых атомов Fi/Fa до 5 % разницы между средней скоростью эрозии катода и скоростью эрозии на 0,для разных конструкций его концах.

0,4 магнетрона.

0,1- сбалансированный 0,2 магнетрон, 2- несбалансированный магнетрон с внутренней 2 разбалансировкой, 3- несбалансированный способом. Если в сбалансированном магнетроне максимальная плотность a) б) плазмы наблюдается вблизи магнитной ловушки у поверхности катода (2.57*1010 см-3), то в несбалансированной конструкции магнетрона с Рис. 3. Картина магнитного поля над а) начальной (Х=16 мм) и б) дополнительными магнитами она доходит до значения 1.3*1011 см-3 на модифицированной поворотными частями магнитной системы.

расстоянии 5 см от катода. Потенциал плазмы в обоих исследуемых Совместное использование предложенной конструкции поворотной части магнетронах составляет единицы вольт и слабо меняется от расстояния до магнитной системы с увеличением на ее концах магнитного поля, как было магнетрона. Температура электронов в сбалансированном магнетроне лежит в пределах 1-2 эВ. В несбалансированном магнетроне Te имеет большие значения предложено выше, позволило полностью устранить ускоренную эрозию на концах катода, а также увеличить область нанесения покрытий с однородностью на оси системы и находится в диапазоне от 1.6 до 2.6 эВ.

± 1 % на 11.5 см (Рис. 1, кривая 2; Рис. 2, кривая 2). Для увеличения времени стабильной работы магнетрона при реактивном осаждении непроводящих пленок предложено использовать аноды, на которых Для решения проблемы увеличения плотности плазмы в области подложки предложено сформировать несбалансированную конфигурацию затруднено накопление диэлектрического материала. Это могут быть аноды, выполненные из материала, к которому наносимые пленки заведомо имеют магнитного поля за счет замкнутого контура дополнительных постоянных очень плохую адгезию и будут отслаиваться от него в результате внутренних магнитов, расположенных снаружи распыляемого катода в пространстве между магнетроном и подложкой. напряжений, освобождая чистую поверхность анода. Проведено сравнение эффективности двух конструкций анодов. В первом случае анод представлял Проведено сравнение параметров плазмы, генерируемой магнетронами с традиционной сбалансированной и несбалансированной, по предложенной собой стальной стержень, а во втором этот стержень покрывался схеме, магнитными системами. В сбалансированном магнетроне плотность углеграфитовой тканью. Эффективность анода оценивалась временем до полного отравления катода при осаждении оксида алюминия. Показано, что при ионного тока на подложку непрерывно уменьшается при удалении от магнетрона и на большом расстоянии (15 см) от него составляет 0.165 мА/см2. использовании металлического анода время до полного отравления катода Отношение потока ионов к потоку осаждаемых на подложку атомов на таком составляет 150 мин. В случае анода из графитовой ткани это время увеличено почти вдвое и составило 290 минут. отваливаться расстоянии от магнетрона не превышает значений 0.1-0.15 (Рис. 4, кривая 1). В несбалансированном магнетроне с дополнительными магнитами во всех В четвертой главе представлены результаты по усовершенствованию исследуемых точках эти параметры выше в 3-6 раз, и на оси системы на технологий нанесения твердых аморфных углеродных пленок и ультратонких пленок серебра на подложки большой площади с помощью устройств со расстоянии 15 см от магнетрона равняются 1 мА/см2 и 0.8 (Рис. 4, кривая 3), соответственно. Также продемонстрировано, что создание несбалансированной скрещенными электрическим и магнитным полями. Глава 4 делится на три конфигурации магнитного поля только за счет магнитов, расположенных внутри части, в которых описываются и обсуждаются эксперименты по нанесению с помощью ионного источника с анодным слоем аморфных углеводородных катода (Рис. 4, кривая 2), дает меньший эффект по сравнению с предложенным.

е.

о, а F / i F в о к о т о п е и н е ш о н т О Р м а а с г с н т е о т я р н о и н м е с, а R а о н о L р т т е н, г а м с и с о м т о е и н я о т с с а Р пленок в атмосфере метана, показываются преимущества использования где Rrms– среднеквадратичная шероховатость, H– нанотвердость, Er– модуль несбалансированного импульсного магнетронного распыления графита для упругости, w– скорость износа, µ- коэффициент трения.

осаждения аморфных углеродных пленок, а также исследуются свойства Исходя из того, что алмазоподобные пленки, выращенные при ультратонких пленок серебра при различных режимах их нанесения методом оптимальной ионной бомбардировке, являются менее шероховатыми, чем магнетронного распыления.

полимероподобные или графитоподобные пленки, нанесенные при 1. Исследованы два режима работы ионного источника с анодным слоем, недостаточном или избыточном ионном воздействии, соответственно, сделан зависящие от давления рабочего газа. Первый режим – высоковольтный (с вывод, что режим, при котором наносилось покрытие на образец IS2, является коллимированным ионным пучком) характеризуется высоким разрядным оптимальным с точки зрения ионного воздействия, а пленка имеет структуру, напряжением (до 1100 В) и низкими разрядными токами (10-30 мА).

наиболее близкую к алмазоподобной. Это подтверждено тем, что пленка, Концентрация плазмы в этом режиме не велика и равняется примерно 109 см-3.

полученная на образце IS2, обладает наилучшими трибологическими Средняя энергия ионов в пучке составляет примерно половину разрядного свойствами, а именно наибольшей твердостью (11 ГПа) и наименьшими напряжения (~ 450 эВ). Высоковольтный режим наблюдается при давлении скоростью износа (0.001 мкм3м-1Н-1) и коэффициентом трения (0.05).

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»