WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

менее 0.08 Па (в случае аргона или метана) и в большей степени подходит для 2. Проведено сравнение свойств а-С покрытий, полученных на предварительной очистки подложек или их травления. Второй режим работы кремниевых подложках методом импульсного сбалансированного и ионного источника – низковольтный (с рассеянным ионным пучком) отличается несбалансированного магнетронного распыления графитового катода. В обоих от первого более низким разрядным напряжением (300-400 В) и бльшими случаях параметры разряда (давление аргона 0.2 Па, ток разряда 10-60 А, разрядными токами (100-500 мА). Этот режим характеризуется наличием напряжение 660 В, длительность импульса 400 мкс, частота 1 кГц) были относительно плотной плазмы в камере (~ 1010 см-3) и средней энергией ионов одинаковыми. Зондовыми измерениями параметров плазмы показано, что примерно 100 эВ. Он наблюдается при давлении 0.08 Па и, как показали максимум концентрации ионов в области подложки достигается примерно через эксперименты, наиболее подходит для нанесения а-С:Н покрытий. 200 мкс после подачи напряжения на магнетрон. Поэтому импульс разряда Нанесение покрытий осуществлялось на подложки из стекла и должен быть достаточно длинным (~ 400 мкс), для того чтобы достигалась углепластика в условиях, представленных в Таблице 1. максимальная плотность плазмы вблизи подложки, а значит и наиболее Таблица.1. Параметры процессов предварительной очистки подложек и эффективное ионное воздействие на растущую пленку. При сбалансированном нанесения покрытий. магнетронном распылении наилучшие результаты получены при подаче на Процесс № Р (Па) U0 (В) Ud (В) Id v подложку импульсного высоковольтного напряжения смещения амплитудой образца (мА) (нм/ч) 3.4 кВ, длительностью 40 мкс и частотой 1 кГц, синхронизованного с импульсами магнетронного разряда. Полученные пленки отличаются высокой Предварительная IS1-IS3 0.03 1200 1100 30 адгезией, имеют твердость 13 ГПа и содержат 21-23 % sp3-связанного углерода.

очистка Этого достаточно для их применения в качестве износостойких в условиях Нанесение IS1 0.1 1200 800 800 средних и низких нагрузок.

покрытия IS2 0.08 1200 900 500 При несбалансированном магнетронном распылении вдвое более твердые IS3 0.08 900 700 350 (26 ГПа) покрытия получены при использовании низковольтного напряжения где Р- давление, U0- напряжение холостого хода источника питания, Ud- смещения подложки амплитудой -400 В, длительностью 10 мкс и частотой разрядное напряжение, Id- разрядный ток, v- скорость нанесения пленки.

кГц, не синхронизованного с импульсами магнетронного разряда. Кривая Основные характеристики полученных пленок представлены в Таблице наноиндентации такой пленки представлена на рис. 5. При этом толстые 2.

покрытия (1-2 мкм) с удовлетворительной адгезией получены путем напыления Таблица 2. Основные характеристики полученных а-С:Н пленок.

чередующихся твердых и мягких углеродных нанослоев толщиной 30-40 нм.

№ образца Rrms (нм) H (ГПа) Er (ГПа) w ( мкм3м-1Н-1) µ 3. Исследование свойств ультратонких пленок серебра проведено после IS1 0.35 0.010 0.8.84±0.08 75.7±0.их нанесения в различных технологических режимах, во время которых IS2 0.13 0.001 0.11.19±0.23 87.6±1.поддерживались одинаковыми мощность разряда (0.45 кВт) и давление рабочего IS3 0.16 0.002 0.10.19±0.11 82.5±1.газа (0.09 Па). В качестве подложек пленка использовались стеклянные пластины толщиной 1 мм и шероховатостью поверхности пленка подложка приблизительно 0.5 нм.

Атомно-силовая микроскопия показала, что пленки серебра подложка толщиной 4-8 нм, наносимые с помощью сбалансированного и 0 несбалансированного магнетронного 0 -0 1 2 3 4 распыления на постоянном токе, а 0 1000 2000 3000 4000 0 1000 2000 3000 LOAD(mN) Расстояние, нм также с использованием Нагрузка, мН Расстояние (нм) а) б) Рис. 5. Кривая наноиндентации а-С предварительной ионно-плазменной Рис. 6. Профили пленок серебра толщиной 4 нм нанесенных магнетронным пленки, полученной методом очистки поверхности подложки распылением на постоянном (а) и импульсном (б) токе.

импульсного несбалансированного ионным источником имеют длин волн (0.89), несколько меньшее удельное сопротивление (1.9 10-5 Омсм) магнетронного распыления. одинаковую структуру и чем у пленок, полученных на постоянном токе. Большие изменения произошли морфологию поверхности.

в структуре этих пленок, в которой начали преобладать зерна с ориентацией Также установлено, что они имеют практически одинаковую твердость, (111).

удельное сопротивление и кристаллическую структуру, в которой преобладают Проведено исследование деградация пленок серебра толщиной до 10 нм, зерна с ориентацией (200). Однако, как показал рентгеноструктурный анализ, находящихся длительное время на открытом воздухе. Обнаружено, что со пленки толщиной 1.6 мкм, полученные несбалансированным магнетронным временем на поверхности пленки образуются пятна желто-коричневого цвета, распылением, имеют существенно меньший размер зерна (67±5 нм), что размер которых увеличивается со временем. Данные пятна состоят из подтверждает тот факт, что текстура пленки сильно зависит от потока ионов на кольцеобразных структур с различной шероховатостью и толщиной, которые подложку. Показано, что пленки серебра толщиной 4 нм, полученные на уменьшаются по мере удаления от центра пятна. В области пятен происходит постоянном токе, являются не сплошными и островковыми по структуре.

собирание серебра в агломераты, высотой до 50-60 нм, что значительно Профиль таких пленок, полученный методом атомно-силовой микроскопии, превышает изначальную толщину пленки.

представлен на Рис. 6,а. Среднеквадратичная шероховатость пленок равняется Для снижения деградации пленок под воздействием влаги, находящейся в 4.1 нм, а составляющие ее островки имеют диаметр от 20 до 40 нм. Пленки, окружающем воздухе, предложено модифицировать поверхность подложки полученные данным методом, становятся сплошными при толщине 8 нм и перед нанесением на нее покрытия посредством высокоэнергетичной ионной характеризуются низкой среднеквадратичной шероховатостью (0.99 нм), бомбардировки. Для этого поверхность подложки была проимплантирована удельным сопротивлением равным 2.410-5 Омсм и коэффициентом отражения ионами титана с энергией 40 кэВ и дозой имплантации 5*1014 ион/см2. На рис. в ИК-диапазоне длин волн, лежащим в диапазоне 0.81-0.85.

представлены изображения поверхности пленок, нанесенных на не С целью повышения сплошности и плотности ультратонких пленок обработанную (а) и предварительно имплантированную ионами титана серебра предложено наносить их магнетронным распылением на импульсном подложку (б), полученные сразу после нанесения. Осажденная на не токе с частотой 100 Гц при максимальной скважности импульсов. Данным обработанную подложку пленка имеет размер зерна 100-200 нм и методом получены и затем исследованы пленки серебра толщиной 4-8 нм. АСМшероховатость около 3 нм, а в случае предварительной ионной имплантации эти изображения этих пленок показали, что все полученные пленки являются параметры значительно меньше, 50 нм и ~ 1 нм, соответственно. Таким образом, сплошными. Покрытие, толщиной 4 нм, профиль которого изображен на Рис.

предварительная модификация подложки позволяет значительно увеличить 6,б, имеет среднеквадратичную шероховатость 0.52 нм, что на порядок меньше количество центров роста наносимой пленки.

чем у пленки, полученной на постоянном токе. Пленки толщиной 8 нм имеют Повторными исследованиями этих пленок через год после нанесения более плотную структуру, больший коэффициент отражения в ИК-диапазоне показано, что в случае предварительно обработанной подложки наблюдается DEPTH(nm) Толщина, нм Толщина, нм Глубина, нм источником (номинальная мощность 2 кВт). Поэтому возможно одновременное включение двух технологических источников из четырех имеющихся. В состав установки также входит импульсный источник питания с номинальной мощностью 8 кВт для подачи отрицательного потенциала смещения на обрабатываемые детали. Отдельным элементом является стойка управления для контроля за вакуумной системой, источниками электропитания и системой газонапуска.

Основные результаты и выводы по работе:

а) б) 1. Экспериментально показана возможность увеличения области Рис. 7. АСМ-изображения пленок серебра, нанесенных на не обработанную нанесения покрытий с однородностью толщины ± 1 % и устранения ускоренной (а) и предварительно имплантированную ионами титана подложку (б), эрозии концевых частей вращающегося катода цилиндрической магнетронной сделанные сразу после нанесения.

распылительной системы за счет увеличения на 5-15 % магнитного поля на концах распыляемого катода и оптимизации формы магнитного поля над уменьшение на порядок количество дефектов, возникающих в пленке серебра поворотной частью магнитной системы. Показано, что в цилиндрических под воздействием влаги, видимое как невооруженным глазом, так и с помощью магнетронах наиболее эффективным способом создания несбалансированной атомно-силовой микроскопии. Это вызвано, по-видимому, снижением миграции конфигурации магнитного поля является использование дополнительных серебра по имплантированной подложке.

разбалансирующих магнитов, расположенных снаружи распыляемого катода.

В пятой главе описана разработанная вакуумная напылительная Данная конструкция позволяет получить плотность ионного тока до 2.5 мА/смустановка периодического действия для реализации в полупромышленном и концентрацию электронов до 1.3*1011 см-3, что в 3-6 раз больше чем в масштабе технологий нанесения твердых аморфных а-С и а-С:Н покрытий, обычном сбалансированном магнетроне. Продемонстрирована возможность описанных в Главе 4, на подложки большой площади.

увеличения в 2 раза времени стабильной работы магнетрона при реактивном В состав установки, изображенной на рис. 8, входит вакуумная камера нанесении покрытий за счет использования графитовых анодов взамен широко объемом 111 м3, имеющая водоохлаждаемые стенки из нержавеющей стали.

использующихся металлических анодов.

Процесс вакуумирования камеры полностью автоматизирован и осуществляется 2. Исследован процесс нанесения износостойких аморфных а-С:Н пленок с помощью вакуумной системы на базе диффузионного насоса АВДМ-400 с с помощью протяженного ионного источника с анодным слоем на предельным остаточным диэлектрические и легкоплавкие подложки большой площади. Для подложек из давлением ~ 10-3 Па. Внутри стекла и углепластика определены наиболее подходящие условия для камеры по углам расположены два предварительной очистки (PAr=0.03 Па, U=1000 В, I=30 мА) и нанесения цилиндрических магнетрона с покрытий (PCH4=0.08 Па, U=900 В, I=500 мА). Показано, что полученные пленки вращающимися катодами и два обладают значительно лучшими трибологическими свойствами (твердостью ~ ионных источника с анодным 11 ГПа, низкой шероховатостью ~ 0.13 нм, коэффициентом трения (0.05) и слоем длиной около 1 м. На скоростью износа (0.001 мкм3м-1Н-1)), чем диэлектрические подложки, на верхней стенке камеры установлен которые они наносились.

вращающийся манипулятор для 3. Впервые экспериментально показана возможность нанесения а-С крепления и вращения пленок методом импульсного несбалансированного магнетронного распыления.

обрабатываемых деталей. Имеется Проведено сравнение пленок, полученных данным методом, с пленками, два источника питания с функцией осаждаемыми магнетронами со сбалансированной конструкцией магнитной дугогашения, каждый из которых системы. В случае сбалансированного импульсного магнетронного распыления Рис. 8. Внешний вид вакуумной способен работать как с наиболее твердые (13 ГПа) пленки формируются при подаче на подложку установки для ионно-плазменного магнетроном (номинальная импульсного высоковольтного напряжения смещения амплитудой -3.4 кВ, нанесения а-С и а-С:Н покрытий.

мощность 8 кВт), так и с ионным частотой 1 кГц и длительностью 40 мкс, синхронизованного с импульсами 2. Rotating cylindrical magnetrons and accelerators with anode layer for large-area магнетронного разряда. Полученные пленки отличаются высокой адгезией, film deposition technologies / S.P. Bugaev, A.N. Zakharov, K.V. Oskomov, N.S.

обладают нанокристаллической структурой и содержат 21-23 % sp3-связанного Sochugov, A.A. Solovjev / in proceedings of the 11th International Congress on углерода. Показано, что использование несбалансированного импульсного Plasma Physics, Sydney, Australia, 2002.

магнетронного распыления позволяет в 2 раза увеличить твердость покрытий 3. Цилиндрическая магнетронная распылительная система с вращающимся (до 26 ГПа). Наибольший эффект производит использование низковольтного катодом / А.А. Соловьев, А.Н. Захаров, Н.С. Сочугов // Тез. докл. 6-й напряжения смещения подложки амплитудой -400 В, длительностью 10 мкс и международной конференции по модификации материалов пучками заряженных частотой 20 кГц. частиц, Томск, 23-28 сентября, 2002, с. 625-628.

4. Экспериментально показана возможность управления механизмом 4. Improvement of coating deposition and target erosion uniformity in rotating роста ультратонких пленок серебра. Показано, что использование импульсного cylindrical magnetrons / S.P. Bugaev, N.S. Sochugov, K.V. Oskomov, A.A. Solovjev, магнетронного распыления позволяет значительно улучшить свойства этих A.N. Zakharov // Laser and particle beams, Vol. 21 (2), 2003, p. 279-283.

пленок. Пленки, наносимые на импульсном токе, имеют лучшую текстуру, 5. Extended unbalanced magnetron sputtering system with a cylindrical cathode / бльшие коэффициент отражения в ИК-диапазоне длин волн и плотность, N.S. Sochugov, Hui-Gon Chun, A.A.Soloviev, A.N. Zakharov // in proceedings of 7th меньшие удельное сопротивление и шероховатость поверхности, чем пленки, Korea-Russia international symposium on science and technology, Ulsan, Korea, june получаемые в DC режиме. Импульсным магнетронным распылением получены 28-july 6, 2003, p. 30-35.

сплошные пленки серебра толщиной 4 нм со среднеквадратичной 6. Повышение эффективности цилиндрических магнетронных распылительных шероховатостью поверхности 0.52 нм. Исследование деградация пленок серебра систем с вращающимся катодом / А.Н. Захаров, А.А. Соловьев, Н.С. Сочугов // толщиной до 10 нм под действием влаги показало, что со временем на их Прикладная физика, № 5, 2003, с. 41-45.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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