WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Осаждение пленок осуществлялось несбалансированным магнетроном с электромагнитной катушкой. Распыляемый катод представляет собой керамический диск состава ZnO:Ga2O3 (3,5 ат.%) диаметром 95 мм и толщиной 9 мм. Использование керамической мишени позволяет упростить процесс нанесения покрытия за счет распыления в атмосфере чистого аргона без добавления реактивного газа. Покрытия ZnO:Ga наносились с помощью источника питания постоянного тока при мощности магнетронного разряда 130 Вт. В зависимости от тока в электромагнитной катушке разрядное напряжение изменялось от 330 до 395 В. Подложки устанавливались параллельно поверхности мишени на расстоянии 80 мм. Рабочее давление во всех экспериментах составляло 0,25 Па.

Как показали эксперименты, электрофизические свойства пленок ZnO:Ga существенно зависели от положения подложки относительно распыляемого катода. На рис. 8 показано распределение удельного сопротивления пленок оксида цинка на поверхности, измеренное для разных токов электромагнитной катушки магнетрона.

Температура подложек во время напыления составляла 110С.

10-Удельное сопротивление покрытия Ic= ниже 1·10-3 Ом·cм достигалось на Ic=0,5 А расстояниях, превышающих 3 см Ic=1 А от центра. Эти области подложки 10-находятся за проекцией зоны распыления мишени. Положение ±2,5 см соответствует центру эрозионной канавки. С 10-увеличением тока катушки, существенно уменьшается Зона распыления удельное сопротивление покрытия в центре подложки и становится более однородным его 10--6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 распределение. Измерение Положение на подложке, см электрофизических характеристик образцов методом Ван-дер-Пау Рис. 8. Распределение удельного сопротивления пленок показали, что уменьшение ZnO:Ga по поверхности подложки от величины тока Ic в электромагнитной катушке магнетрона.

удельного сопротивления Удельное сопротивление, Ом*см происходит за счет увеличения как концентрации, так и холловской подвижности носителей заряда.

На рис. 9 приведены сравнительные данные оптической прозрачности в видимом диапазоне длин волн пленок ZnO:Ga и ZnO:Al. Край полосы поглощения пленки ZnO:Ga и пленки ZnO:Al, нанесенной с использованием питания магнетрона от импульсного биполярного источника, сдвинут в коротковолновую область вследствие увеличения концентрации носителей заряда в Рис. 9. Спектры пропускания в видимом диапазоне длин волн:

покрытии.

1 – ZnO:Ga покрытие, полученное в режиме постоянного тока;

2 – ZnO:Al покрытие, полученное в биполярном режиме;

На рис. 10 приведена 3 – ZnO:Al покрытие, полученное в режиме постоянного тока.

морфология поверхности пленок ZnO:Ga, полученных при разных токах внешней электромагнитной катушки магнетрона.

Хорошо заметно увеличение шероховатости поверхности пленок с увеличением тока катушки. Увеличение шероховатости связано с увеличением размера зерна в пленке, что подтверждается АСМ изображениями. Увеличение размера зерна в пленке ведет к увеличению холловской подвижности носителей заряда за счет уменьшения их рассеяния на границах зерен. Среднеквадратичная шероховатость покрытий составляла 10,75 нм для пленок, полученных при Iс =0 А. Для покрытий, полученных при токе катушки Iс =1 А, значение шероховатости увеличивалось до 19,15 нм.

В пятой главе описывается, созданная на основе экспериментов, проведенных на модельных установках описанных выше, автоматизированная вакуумная установка для ионно-плазменного нанесения тонкопленочных покрытий. Данная установка предназначена для получения экспериментальных данных, отработки технологий и полупромышленного нанесения пленок с различными функциональными свойствами, таких как защитные и износостойкие, прозрачные проводящие и декоративные покрытия.

Внешний вид установки представлен на рис. 11. В ее состав входит вакуумная камера, внутри которой расположены две стойки с технологическими источниками (планарная несбалансированная магнетронная распылительная система и ионный источник с анодным слоем) и нагревательными элементами. Безмасляная откачка камеры обеспечивается с помощью форвакуумного спирального насоса и высоковакуумного криогенного насоса. На нижней стенке камеры установлен вращающийся манипулятор Ic= Ic= 0,5A Ic= 1A Рис. 10. Изображения поверхности пленок ZnO:Ga, полученные методом атомно-силовой микроскопии при разных токах в катушке.

для крепления обрабатываемых образцов.

Трехканальная система газораспределения обеспечивает напуск рабочего газа в вакуумную камеру во время технологического процесса. Для охлаждения магнетронов, ионных источников и вакуумной камеры используется система замкнутого водоснабжения на основе чиллера и системы распределения воды. Питание технологических источников осуществляется от стойки, в состав которой входят источники питания магнетронных распылительных Рис. 11. Внешний вид автоматизированной вакуумной установки для ионно-плазменного нанесения покрытий.

систем (2 шт.), ионных источников с анодным слоем (2 шт.) и импульсного отрицательного смещения подложки (1 шт.). В стойке управления размещены распределительные части, контроллеры ввода-вывода, исполнительные механизмы вакуумного оборудования. Управление технологической установкой осуществляется от персонального компьютера в автоматическом или ручном режиме.

На автоматизированной вакуумной установке для ионно-плазменного нанесения тонкопленочных покрытий были проведены эксперименты по осаждению прозрачных проводящих покрытий ZnO:Ga. Основной их целью бала отработка технологии полупромышленного напыления пленок ZnO:Ga на подложки большой площади.

Осаждение пленок осуществлялось одним несбалансированным магнетроном с керамическим катодом состава ZnO:Ga2O3 (3,5 ат.%). В качестве подложек использовались стекло размером 250х300 мм2 и лавсановая пленка размером 1000хмм2, которые вращались относительно магнетрона. Ширина подложек выбиралась таким образом, чтобы гарантированно попадать в зону нанесения покрытий с однородностью ±2%, которая для данного типа магнетронов составляла 450 мм. Расстояние от поверхности катода до подложек составляло 80 мм. Покрытия наносились с помощью источника питания на постоянном токе при мощности разряда 800 Вт, давлении аргона 0,35 Па и температуре подложек 90 0С.

На рис. 12 приведены распределения толщины (а), удельного сопротивления (б) и прозрачности (в) пленок ZnO:Ga вдоль оси магнетрона. Вращение подложек приводило к усреднению характеристик покрытия по поверхности образцов. Пленки ZnO:Ga обладают высокой прозрачностью в видимом диапазоне (95 %), приемлемым удельным сопротивлением (1,15·10-3 Ом·см) и имеют высокую однородность распределения параметров вдоль оси магнетрона, которая составляет ± 1 % (прозрачность) и ± 1,5 % (удельное сопротивление). Скорость роста покрытия составляла 6 нм/мин.

1,1,1,1,1,1,(а) (б) 1,-150 -100 -50 0 50 100 150 -150 -100 -50 0 50 100 Расстояние от центра, мм Расстояние от центра, мм (в) -150 -100 -50 0 50 100 Расстояние от центра, мм Рис. 12. Распределение толщины (а), удельного сопротивления (б) и прозрачности (в) пленок ZnO:Ga вдоль оси магнетрона. 0 – центр катода магнетрона.

Основные результаты и выводы по работе:

1. Предложена модификация магнетронной распылительной системы с комбинированным магнитным полем, создаваемым электромагнитной катушкой и постоянными магнитами, которая может быть использована как для лабораторных исследований, так и для мелкосерийного производства. Данная конструкция позволяет регулировать плотность ионного тока от 0,2 до 2 мА/см2, что в 4-5 больше, чем в обычном сбалансированном магнетроне.

2. Исследованы характеристики предложенной магнетронной распылительной системы, и показано, что в плазме разряда несбалансированной МРС содержится в 10-раз меньше ионов с энергиями более 5 эВ, чем в плазме сбалансированных МРС, что уменьшает высокоэнергетичную ионную бомбардировку растущей пленки.

3. Показано, что использование импульсного биполярного питания магнетрона для реактивного распыления Zn:Al мишени устраняет негативное влияние зоны эрозии мишени на электрические характеристики получаемых пленок легированного алюминием оксида цинка на подложке в области, соответствующей проекции зоны эрозии мишени.

Использование данного режима работы магнетрона позволяет уменьшить удельное сопротивление пленки с 5,7·10–3 Ом·см до 8·10–4 Ом·см при температуре подложки 90-о С, что дает возможность наносить пленки на легкоплавкие полимерные подложки.

4. Исследован процесс нанесения пленок на основе оксида цинка легированного галлием при температуре подложки 110°C с помощью несбалансированной магнетронной распылительной системы (МРС), что позволяет уменьшить удельное сопротивление покрытий в основной зоне напыления с 1·10–2 Ом·см до 2·10–3 Ом·см (по сравнению со сбалансированной МРС), достигая 90% прозрачности пленок в видимом диапазоне.

5. Определены оптимальные режимы работы с точки зрения формирования покрытий на подложках большой площади.

6. На основе проведенных исследований создана напылительная установка периодического действия для нанесения покрытий на основе оксида цинка на подложки -Толщина, нм Уд. сопротивление, 10 Ом см Прозрачность, % большой площади, оснащенная несбалансированными МРС, автоматизированной системой управления, современными системами питания и откачки, что делает её конкурентоспособной на рынке промышленного нанесения покрытий.

Основные публикации по теме диссертации:

1) А.А.Соловьев, А.Н.Захаров, С.В.Работкин, К.В.Оскомов, Н.С.Сочугов Характеристики плазмы несбалансированной магнетронной распылительной системы и их влияние на параметры покрытий ZnO:Ga. // Физика и xимия обработки материалов, 2009, №2, с.58-2) А. А. Соловьев, Н. С. Сочугов, К. В. Оскомов, С. В. Работкин. Исследование характеристик плазмы несбалансированной магнетронной распылительной системы // Физика плазмы, 2009, том 35, № 5, с. 443–3) А.Н.Захаров, К.В.Оскомов, С.В.Работкин, Н.С.Сочугов. Низкотемпературное магнетронное осаждение прозрачных проводящих пленок легированного алюминием оксида цинка.// Физика и xимия обработки материалов 2006, №3, с.35-41.

4) Oskomov K.V., Rabotkin S.V., Sochugov N.S., Zakharov A.N., Kovsharov N.F.

Magnetron Sputtering of Al-doped Zinc Oxide: DC and DC-pulsed Modes.// Изв. Вузов Физика. – 2006. - №8. Приложение. С. 453 – 456.

5) Oskomov K.V., Rabotkin S.V., Sochugov N.S., Zakharov A.N., Kovsharov N.F.

Deposition of Al-doped Zinc Oxide on PET Substrates by Reactive Magnetron Sputtering.// Изв.

Вузов Физика. – 2006. - №8. Приложение. С. 457 – 459.

6) А.В. Ширинкина, С.В. Работкин, А.А. Соловьев, Н.С. Сочугов, К.В. Оскомов.

Формирование бездефектной пленки электролита твердооксидного топливного элемента методом реактивного магнетронного распыления ZrY мишени // Альтернативная энергетика и экология. 2006. - №9, С. 46-53.

7) Shirinkina A.V., Rabotkin S.V., Soloviev A.V., Sochugov N.S., Oskomov K.V., Zaslavsky V.M., Kovsharov N.F. Formation of a Defect – Free Electrolyte film of Solid Oxide Fuel Cell by the Method of Reactive Magnetron Sputtering of ZrY Target.// Изв. Вузов Физика. – 2006. - №8. Приложение. С. 478 – 481.

8) К.В.Оскомов, С.В.Работкин, Н.С.Сочугов. Характеристики пленок ZnO:Al, полученных методом реактивного магнетронного распыления Zn:Al мишени. // Физика и химия обработки материалов, №5, 2004, с. 56 - 9) Rabotkin S.V., Oskomov K.V., Sochugov N.S. Optimization of ZnO:Al Film Deposition Process by Reactive Magnetron Sputtering of Zn:Al Target.// Proc. of 7th Conference on modification of materials with particle beams and plasma flows.- Tomsk, Russia, July 25-29, 2004, p. 473-476.

10) Oskomov K.V., Rabotkin S.V., Sochugov N.S., Soloviev A.A. Properties of Nanolayered Carbon Films Deposited by Unbalanced Magnetron Sputtering Deposition.// Proc. of 7th Conference on modification of materials with particle beams and plasma flows.- Tomsk, Russia, July 25-29, 2004, p. 409-412.

11) Sochugov N.S., Soloviev A.A., Rabotkin S.V., Arslanov I.R., Oskomov K.V., Podkovirov V.G., Kovsharov N.F. Installation for Hard Carbon Films Deposition on Large Area Substrates.// Proc. of 7th Conference on modification of materials with particle beams and plasma flows.- Tomsk, Russia, July 25-29, 2004, p. 85-88.

12) Hui-Gon Chun, Konstantin V. Oskomov, Yong-Zoo You, Nikolay S. Sochugov, and Sergey V. Rabotkin Diamond-Like Carbon Films Deposited by Pulsed Magnetron Sputtering System with Rotating Cathode // Journal of the Korean Institute of Surface Engineering. – 2003.

– Vol. 36, No. 1. – P. 296- 13) A.N Zakharov, S.V.Rabotkin, and N.S. Sochugov. Influence of Magnetic Field Configuration on Sputtering Uniformity in Magnetron with Cylindrical Cathodes.// Proc. of 4th International Conference on Plasma Physics and Plasma Technology.- Minsk, Byelorussia, September 16-19, 2003, p. 495-498.

14) K. Oskomov, H.G. Chun, N. Sochugov, S. Rabotkin. Pulsed Magnetron Sputtering System with Rotating Graphite Cathode for Diamond-Like Carbon Films Deposition.// Proc. of 7th Korea – Russia Int. Symposium on Science and Technology, University of Ulsan, Ulsan, Korea, June 28 – July 6, 2003, p. 76-81.

15) K.V. Oskomov, S.V. Rabotkin, and N.S. Sochugov, Pulsed Magnetron Sputtering System with Rotating Graphite Cathode for Diamond-Like Carbon Films Deposition.// Proc. of 4th International Conference on Plasma Physics and Plasma Technology.- Minsk, Byelorussia, September 16-19, 2003, p.499-502.

16) Способ получения пленок оксида цинка. Патент РФ № 2316613 от 10.02.2008 г.

Pages:     | 1 | 2 ||






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