ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УРАЛЬСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. А.М.Горького
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра общей и молекулярной физики
МЕТОД МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ С ИОННЫМ АССИСТИРОВАНИЕМ
Допустить к защите: Курсоваяработа:
Научный руководитель:
/>
/>/>/>/>Екатеринбург
2009
/>/>/>/>Оглавление
Введение
1. Физические основы метода
1.1. Метод магнетронного напыления покрытий с ионнымассистированием
1.2.Ионная очистка
2. Расчет распределения толщины покрытия по поверхностиобразцов
3. Методика эксперимента
3.1. Описание установки
3.2. Технологический цикл нанесения покрытий
3.3. Результаты и их обсуждение
Заключение
Список используемой литературы
/>/>/>/>Введение
Технологии,связанные с нанесением тонкопленочных покрытий, являются одними из наиболее актуальныхнаправлений получения новых материалов, в том числе наноструктурных. Хорошимпримером важности применения тонкопленочных покрытий являютсяполупроводниковая, оптическая промышленности и водородные технологии вэнергетике. Высокие темпы развития этих наукоемких отраслей требуютнепрерывного повышения качества и эксплуатационных свойств покрытий. Реализацияэтих требований напрямую зависит от достижений в разработке и конструировании оборудованияи совершенствования технологий получения тонких пленок.
В настоящеевремя наиболее перспективными методами нанесения покрытий являютсявакуумно-плазменные методы. Это обусловлено их экологической безопасностью,высокой чистотой технологических процессов и качеством продукции. Такжеизвестно, что в ионизованном или возбужденном состоянии атомы и молекулы легчевзаимодействуют друг с другом, делая процесс нанесения покрытий болееэффективным.
Проблемойсуществующих методов нанесения покрытий является либо высокая стоимостьоборудования и небольшие скорости осаждения покрытий, как в случае СВЧразрядов, плохая однородность наносимых покрытий, как при использованиидугового распыления, либо небольшие площади обрабатываемых поверхностей как прилазерной абляции, либо низкая адгезия, как при термическом испарении. Магнетронныераспылительные системы (МРС) в какой-то степени лишены этих недостатков. Использующийсяв МРС дрейфовый ток электронов в скрещенных электрическом и магнитном поляхдает возможность получать протяженные потоки достаточно плотной плазмы сконтролируемыми в широком диапазоне характеристиками. МРС были изобретены еще в70-х годах прошлого столетия, однако их конструкции совершенствуются до сихпор.
Расширитьвозможности метода позволило совместное использование МРС и источников ионов, которыегенерируютнаправленные потоки ионов рабочих (как инертных, так и химически активных)газов, ускоренных до определенной энергии. Что в свою очередь позволяетприменять их для чистки поверхности подложек и воздействия ионным потоком напокрытие в процессе его роста для изменения его структуры.
Цель работы:
Провести теоретические иэкспериментальные исследования работы магнетронной распылительной системы сионным ассистированием. Для достижения данной цели в работе поставленыследующие задачи:
1. Изучитьтеоретические основы магнетронного распыления и ионного ассистирования.
2. Ознакомиться сустройством и принципами работы установки для нанесения покрытий магнетроннымметодом с ионным ассистированием.
3. Рассчитатьраспределения толщины покрытия, полученного методом магнетронного распыления,по поверхности протяжённых образцов.
4. Нанести покрытиена протяжённый образец и определить степень его однородности по длине.
/>/>/>/>1. Физические основы метода/>/>/>покрытие тонкопленочный магнетронный ионный1.1 Метод магнетронного напыления покрытийс ионным ассистированием
На сегодняшний деньмагнетронные распылительные системы широко используются в технологиях нанесенияпокрытий вакуумно-плазменными методами. Действие МРС основано на распыленииповерхности катода-мишени ускоренными ионами, образующимися в плазме тлеющегоразряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, и формировании потоковатомов материала мишени в направлении поверхности, на которую осаждаетсяпокрытие.
Основными элементами МРС(рис.1) являются катод-мишень 1, анод 2 и магнитная система 3. При подачепостоянного напряжения между электродами МРС инициируется аномальный тлеющийразряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности позволяетлокализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Электроны, образующиеся врезультате вторичной ионно-электронной эмиссии, захватываются магнитным полем идвижутся по замкнутым траекториям у поверхности мишени. Они оказываются вловушке, создаваемой с одной стороны магнитным полем, удерживающим электроны уповерхности катода, а с другой стороны – тормозящим электрическим полем,отталкивающим их. В результате эффективного удержания электронов и ихинтенсивной энергетической релаксации, значительно возрастает концентрацияположительных ионов у поверхности катода. Что в свою очередь обусловливаетувеличение интенсивности ионной бомбардировки поверхности мишени и плотностипотока распылённых атомов. Наиболее интенсивно распыляется поверхность мишени вобласти сильного магнитного поля. Эта часть поверхности имеет вид замкнутойдорожки, геометрия которой определяется формой полюсов магнитной системы [1].
/>
Рис. 1. – Схема магнетронной распылительной системы сплоской мишенью: 1 – катод-мишень; 2 – анод; 3 – магнитная система; 4 – силоваялиния магнитного поля; 5 – траектория движения электронов; 6 — зона наибольшейэрозии поверхности катода.
Основные рабочиехарактеристики магнетронных распылительных систем – напряжение горения разряда,ток разряда, плотность тока на мишени, удельная мощность, величина индукциимагнитного поля и рабочее давление. От величины и стабильности перечисленныхпараметров, которые взаимно связаны между собой, зависят стабильность разряда ивоспроизводимость характеристик формируемых на образцах тонких пленок [2].
Существенное влияние накачество формируемых покрытий, их адгезию к основе оказывает состояниеповерхности образцов. Как правило, на поверхности образцов существует оксидныйслой, который ухудшает адгезию покрытия. Технологический цикл нанесенияпокрытий включает в себя этап чистки поверхности образцов. С этой цельюиспользуют направленные потоки ионов инертных газов, генерируемых источникамиионов. Кроме того, ускоренными ионами можно воздействовать на обрабатываемуюповерхность в процессе роста плёнки (ионное ассистирование), что позволяет изменятьструктуру, а, следовательно, и свойства покрытия. Улучшается микроструктура, вчастности увеличивается плотность и однородность, размельчается столбчатаяструктура, исчезает сквозная пористость, что приводит к улучшению износо-,усталостной и коррозионной стойкости изделий с покрытиями [3].
Метод магнетронногораспыления с ионным ассистированием позволяет:
· Получать покрытияпрактически из любых металлов, сплавов, полупроводников и диэлектриков безнарушения исходного соотношения компонентов распыляемой мишени;
· Наносить покрытияс широким интервалом скоростей напыления: 0,1-100 мкм/ч;
· Получатьмногокомпонентные и многослойные покрытия, отличающиеся высоким качеством иоднородностью;
· Наносить покрытияв среде химически активных газов (N2, O2, CH4, СО, SO2 идр.) и получать соединения на основе оксидов, нитридов, карбидов, сульфидовметаллов и др. соединений, в т.ч. и тех, которые невозможно получить методамиобычного термического испарения;
· Производитьобработку изделий с целью их ионной очистки и активации перед нанесениемпокрытий в одном техническом цикле с нанесением покрытий.
· Наноситьтонкопленочные проводящие, изолирующие покрытия на электронные компоненты;просветляющие, отражающие, защитные покрытия на детали оптических систем иприборов; упрочняющие, стойкие к коррозии и защитно-декоративные покрытия наметаллы, диэлектрические материалы, стекло, пластмассы в производстве изделийразличного назначения, включая товары народного потребления.
· Обеспечить полнуюэкологическую безопасность (отсутствие: жидких стоков, газообразных выбросов,транспортировки и хранения ядовитых реагентов)
Но есть ряднедостатков:
· Окисление и загрязнение поверхности мишени при заменерабочего газа или вскрытии вакуумной камеры. Поэтому подготовка магнетрона кработе предполагает предварительную очистку мишени плазмой собственногоразряда.
· Нанесение покрытий не только на образцы, но и на элементывакуумной камеры, экраны и т.д. При осаждении различных типов пленок на однойустановке требуется механическая чистка запыляемых элементов.
· Трудности, связанные с равномерным нанесением покрытий наизделия сложной формы. Для обработки образцов с множеством теневых областейчаще используют другие методы.
· Небольшой коэффициент использования мишени. Распылениюподвергается только узкая кольцеобразная область мишени. Данную проблему решаютпутем модификации магнитных систем, что значительно усложняет конструкциюустановки, или подбора оптимальной формы мишени, что делает процесс еёизготовления более сложным./>/>/>1.2 Ионная очистка
Очистка поверхности отразличного рода загрязнений и окислов имеет важное значение при нанесенииразнообразных покрытий. Существующие классические методы очистки поверхности — химические, гальванические, пескоструйные, которые не в полной мереудовлетворяют современным требованиям по качеству результата. Ионная очисткаповерхности позволяет получать атомночистую поверхность, благодаря чему улучшаетсяадгезия наносимого покрытия с подложкой.
Данный метод очисткиосуществляется следующим образом. Ионный источник формирует направленный потокионов инертного газа, ускоренных до высокой энергии. Они бомбардируют подложку,вызывая её распыление [6].
Распыление наблюдаетсяпри энергии ионов Ei выше энергиясвязи атомов обрабатываемого материала в твердом теле E0 (пороговая энергия).Значения E0 для различных элементов колеблются от единиц до нескольких десятковэВ. При энергиях меньше пороговой распыление отсутствует.
Коэффициент S являетсяколичественной характеристикой распыления и равен числу атомов, выбитых однимионом. Вблизи порога S очень мал (10–5 атомов/ион), а при оптимальных условияхможет достигать нескольких десятков. На величину S влияют как параметрыбомбардирующих ионов — их энергия, масса, угол падения на образец, так исвойства распыляемого вещества — чистота поверхности, температура,кристаллическая структура, масса атомов вещества. Энергии распылённых частицколеблются от нескольких долей эВ до величин порядка энергии первичных ионов.Средние энергии распыляемых частиц составляют обычно десятки эВ и зависят от свойствматериала мишени и характеристик ионного пучка [7].
Согласно теории Зигмунда[4] для аморфных и поликристаллических материалов для энергий ионов до 1 кэВкоэффициент распыления определяется следующим выражением:
/>,
где Mi и Ma- атомные массы ионов и атомов распыляемого материала,г/моль;
Ei — энергия падающих ионов, эВ;
Esub — энергия сублимации атомовподложки, эВ;
α — безразмерныйпараметр, зависящий от Mi/Ma.
/>
Рис.2. Зависимостькоэффициента α от отношения массы атома распыляемого материала Ma к массеиона Mi [4] .
Зависимость параметраα от отношения Mi/Ma при нормальном падении пучка ионовпоказана на рис 2.
Втабл. 1 приведены значения коэффициентов распыления для некоторых металлов.
Табл.1.Значения коэффициента распыления [9].Распыляемое вещество Коэффициент распыления S, атом/ион при Еi=600 эВ при Еi =1 кэВ Аr Кr Аr Кr Сu 2,3 2,8 3,2 3,4 Fe 1,3 1,2 1,4 1,4 Мо 0,9 1,1 1,1 1,2 Ni 1,5 1,5 2,1 1,7
Зависимость коэффициентараспыления от энергий бомбардирующих ионов (рис.3) имеет максимум при значенияхэнергии порядка 101-103эВ.Уменьшение коэффициента распыления при повышенных энергиях ионов связано сбольшой глубиной проникновения частиц в твердое тело и меньшим выделениемэнергии в поверхностном слое.
/>
Рис. 2. Зависимостькоэффициента распыления Си от энергии бомбардирующих ионов Кr+ [8].
/>/>/>/>2. Расчет распределения толщины покрытия по поверхностиобразцов
При расчёте распределениятолщины плёнки, формируемой методом осаждения распыленного материала изкольцевого испарителя, сделаем следующие допущения:
· распыленные атомыраспределяются в пространстве по закону косинуса;
· распыленные атомыне сталкиваются друг с другом и с атомами рабочего газа;
· распыленные атомыосаждаются в точке соударения с подложкой.
В общем случае толщинапленки на единицу площади в произвольной точке подложки описывается выражением[5]:
h=Vtcosφcosψ/πr2, (1)
где V — скорость распыления мишени;
φ — угол между нормалью к поверхностираспыления и направлением распыления;
ψ- угол между нормалью к поверхностиподложки и направлением осаждения;
r — расстояние от элемента распылениядо точки осаждения;
t — время распыления.
Модель процесса напыленияплёнки будем строить для случая, показанного на рис. 4, когда мишень 1 иподложка 2 параллельны и соосны. В этом случае угол распыления равен углуконденсации, т.е. φ = ψ.
/>.
Рис.4. 1-мишень; 2-подложка;
Распределениераспыленного материала по подложке является центрально-симметричным, иописываться одной переменной — расстоянием от центра l. Угол φ= ψ можно выразить через расстояние отмишени до подложки H и расстояние отточки распыления атома до точки осаждения r: cosφ=H/r. Подставляя в исходное уравнение (1), получим:
h=Vt H2/πr4, (2)
Выразим расстояние rчерез элементы l, R, d, H:
l=R+d;
d=l-R;
r2=H2+d2;
r2=H2+l2+R2-2lR;
подставим в уравнение (2)и получим конечное выражение для толщины покрытия:
h=VtH2/π(H2+l2+R2-2lR)2.
Выразим h в относительных единицах:
h/h0=(VtH2/πh0(H2+l2+R2-2lR)2,
где h0 – толщина покрытия в центреподложки (l=0), при H=20мм.
/>
Рис.5. Распределениетолщины покрытия, при H=20мм;R=10мм; V=1мм/ч; t=1ч.
Примем за максимальнодопустимую степень неравномерности толщины покрытия на подложке Dmax=20%. Как видно из рис.5, областьравномерного распределения составляет L=14мм. Таким образом, для нанесения покрытия с равномерным распределениемпо толщине на изделия протяжённостью более 14 мм необходимо использовать несколько распылителей. Из соображений, что на установке будутобрабатываться образцы длиной не более Lобр=120мм, рассчитаем такое положение двух магнетроновотносительно образцов и друг друга, при котором обеспечивается приемлемаястепень однородности распределения толщины покрытия. Т.к. радиус распыляемыхмишеней составляет R=20мм, следовательно,минимальное расстояние, на которое можно поместить магнетроны, Δlmin=40мм, а максимальное Δlmax =120мм.
Результаты расчётовпредставлены на рис. 6, 7, 8.
/>
Рис.6. Распределениятолщины покрытия при Δl=40мм(DH=20=96%, DH=40=76%, DH=60=62%).
/>
Рис.7. Распределениятолщины покрытия при Δl=80мм(DH=20=92%, DH=40=52%, DH=60=23%).
/>
Рис.8. Распределениятолщины покрытия при Δl=120мм(DH=20=98%, DH=40=81%, DH=60=52%).
/>
Рис.9. Оптимальноераспределение, Н=60мм, Δ l=83мм.
При Н=60мм, Δl=83мм получим D=20%, L=120мм, следовательно, распределение с данным наборомпараметров Н и Δl (рис.9)является оптимальным, т.к. результаты удовлетворяют условиям задачи (D≤Dmax; L≥Lобр; Δlmin≤ Δl≤ Δlmax).
/>/>/>/>3. Методика эксперимента/>/>/> 3.1 Описаниеустановки
Экспериментыбыли проведены на установке для нанесения покрытий (рис.11), состоящей извакуумной камеры 1, шести плоских магнетронов 2, двух ионных источниковхолловского типа 3, манипулятора 4 и экрана 5.
Образцы закрепляютсяна электрически изолированные держатели манипулятора, на которые можно подаватьотрицательный потенциала до 1 кВ относительно заземлённой камеры. Манипуляторобеспечивает вращение образцов со скорость 2об/мин относительно оси вакуумнойкамеры, причём вокруг своей оси держатели совершают полный оборот в пределахсектора с наиболее интенсивным потоком распылённых атомов мишени. Камерапомещена на вакуумный стенд 6 с безмаслянной откачкой. Для форвакуумной откачкииспользуется пластинчато-роторный насос 2НВР-90Д (быстродействие 25л/с), для достиженияпредельного давления (4,27·10-7 Торр) — турбомолекулярный насос ТМН-500(быстродействие 500л/с). Рабочий газ напускается в объем камеры через ионныеисточники, газовый поток контролируется многоканальной электронной системой Bronkherst HIT-TECH. Дляэлектрического питания магнетронов используется шестиканальный блок свозможностью электронного документирования параметров разряда магнетронов иавтоматической блокировки работы устройств в случае нештатной ситуации. Онразмещается совместно с двумя блоками питания источников ионов и блокомсмещения напряжения в стойке управления.
В магнетронахиспользуются постоянные Sa-Co магниты снапряженностью поля на полюсах 0,4 Тл. Распыляемые мишени представляют собой дискидиаметром 40мм и толщиной 3-4мм. Технологический цикл обработки изделийвключает в себя этап чистки мишеней. Для того чтобы распылённый при этомматериал не осаждался на образцы используется экран 5. Фланцы камеры,магнетроны и источники ионов охлаждаются проточной водой.
Техническиехарактеристики газоразрядных устройств, используемых в данной установкепредставлены в табл.2.
Табл.2.Технические характеристики магнетрона и источника ионов. Ток разряда, А Напряжение горения разряда, В Минимальное рабочее давление, Торр Магнетрон 0-0,3 150-450 2·10-3 Исочник Холла 0-0,5 300-500 10-3
/>/>/>/>Рис.11. Схема установки для нанесения покрытий. 1-вакуумная камера;2-магнетрон; 3-источник ионов; 4-манипулятор; 5-экран; 6-вакуумный стенд;7-смотровое окошко.
/>/>/>3.2 Технологический цикл нанесения покрытий
В качествеобразцов для данного эксперимента использовали 12 трубок из конструкторскойстали со средней длиной l=10 мм,внешним диаметром Dобр=6мм ивнутренним dобр=3,7мм,закреплены на шпильке диаметром Dш=3мм и зажатыгайками с двух сторон.
Технологическийцикл эксперимента:
1. Очисткаобразцов в ультразвуковой ванне (t=30мин).
2. Измерениемассы образцов.
3. Ионнаячистка образцов (t=20мин).
Устанавливаемобразцы в вакуумную камеру и откачиваем до предельного давления P=2·10-5 Торр.Задаём поток аргона QAr=20 мл/мин,давление 10-3 Торр. Включаем ионные источники с током Ii=0,4А изадаем напряжение смещения U=1кВ. Экранзакрывает мишени.
4. Чисткамишеней (t=2мин).
Устанавливаемпоток аргона QAr=45 мл/мин,давление P=2,2·10-3Торр. Включаем магнетроны с током Im=200 мА. Экранзакрывает мишени.
5.Охлаждение образцовв вакууме (t=20 мин).
Давление остаточного газаP=2×10-5 Торр.
6. Контрольноеизмерение массы образцов для определения количества распылённого материала.После чего повторяем предыдущие этапы цикла (ионную чистку образцов и чисткумишеней).
7. Нанесениепокрытия (t=60мин).
Устанавливаемпотоки газов: QAr=28,8 мл/мин,QN2=6,2 мл/мин. Напряжение смещениезадаем U=100В. Открываем экран. Токмагнетронов и источников ионов 0,4 200.
8.Охлаждениеобразцов в вакууме (t=40 мин).
Давление остаточного газа P=2×10-5 Торр.
9. Контрольноеизмерение массы образцов для определения массы напыленного материала.
/>/>/>3.3 Результаты и их обсуждение
Результатыэксперимента представлены в таблице 3.
Табл.3. Результатыэксперимента.№обр. lср, мм m1, г m2, г Δ m, г m3, г m4, г m5, г 1 9,25 1,255 1,253 0,002 1,251 1,2529 0,0019 2 10,05 1,3622 1,36 0,0022 1,3578 1,3596 0,0018 3 10,175 1,3707 1,3684 0,0023 1,3661 1,368 0,0019 4 9,85 1,3508 1,348 0,0028 1,3452 1,3473 0,0021 5 10,05 1,3607 1,3581 0,0026 1,3555 1,3573 0,0018 6 10,325 1,4037 1,4008 0,0029 1,3979 1,4001 0,0022 7 10,05 1,3782 1,3752 0,003 1,3722 1,3747 0,0025 8 9,9 1,3485 1,3457 0,0028 1,3429 1,3453 0,0024 9 10,075 1,3698 1,3669 0,0029 1,364 1,3664 0,0024 10 10 1,3458 1,3429 0,0029 1,34 1,342 0,002 11 9,35 1,2681 1,2655 0,0026 1,2629 1,2647 0,0018 12 9,9 1,3273 1,3245 0,0028 1,3217 1,3236 0,0019
где lср– средняя длина образца,
m1 – массаобразцов после чистки в УЗ-ванне,
m2 – массаобразцов после ионной чистки,
Δm – массараспыленного материала при ионной чистке (Δm=m1-m2)
m3 – массаобразцов после второй ионной чистки (m3=m2-Δm)
m4 – массаобразцов после нанесения покрытия,
m5 – массананесенного покрытия.
Используя измеренныенами длину l и внешний R радиусы каждого изобразцов, найдем их площадь:
Sпов=2πR l.
Знаяплотность нитрида титана ρTiN=5,1 г/см3 и массупокрытия, найдем его толщину:
h=/>=/>.
Погрешность Δh в определинии толщины покрытия, состоит из погрешностейизмерительных приборов (весы Δm и штангенциркуль Δl) и погрешности определения площади ΔS.
/>;
Погрешность приборов определяем по ихтех. паспортам:
Δm=5·10-5 г; Δl=5·10-2 мм.
Погрешность определения площадисвязана с неидентичностью образцов. Кроме того, торцевая поверхность образцовне строго перпендикулярна боковой поверхности, что приводит к осаждению на неёраспыленных атомов мишени. Следовательно, максимальная площадь, на которой можетбыть сформировано покрытие, равна сумме площадей боковой и двух торцевыхповерхностей.
Smax=Sбок+2Sторц;
а минимальная:
Smin=Sбок.
Согласно методуКорнфельда [10]:
/>=2π(R2-r2);
Результаты приведенныхвыше расчетов для каждого из образцов представлены в таблице 4.
Табл.4.Результаты расчетов.№обр. lср, мм m5, г Sпов, мм2 V, мм3 h, мм Δ l, % Δ m,% Δ S,% Δ h, % 1 9.250 0.0019 174.270 0.3725 0.0021 0.5405 2.6316 11.0090 11.3321 2 10.050 0.0018 189.342 0.3529 0.0019 0.4975 2.7778 10.1327 10.5183 3 10.175 0.0019 191.697 0.3725 0.0019 0.4914 2.6316 10.0082 10.3600 4 9.850 0.0021 185.574 0.4118 0.0022 0.5076 2.3810 10.3384 10.6212 5 10.050 0.0018 189.342 0.3529 0.0019 0.4975 2.7778 10.1327 10.5183 6 10.325 0.0022 194.523 0.4314 0.0022 0.4843 2.2727 9.86279 10.1328 7 10.050 0.0025 189.342 0.4902 0.0023 0.4975 2,0000 10.1327 10.3401 8 9.900 0.0024 186.516 0.4706 0.0023 0.5051 2.0833 10.2862 10.5072 9 10.075 0.0024 189.813 0.4706 0.0022 0.4963 2.0833 10.1075 10.3319 10 10,000 0.0020 188.400 0.3922 0.0021 0.5000 2.5000 10.1833 10.4976 11 9.350 0.0018 176.154 0.3529 0.0020 0.5348 2.7778 10.8913 11.2526 12 9.900 0.0019 186.516 0.3725 0.0020 0.5051 2.6316 10.2862 10.6295 Среднее 9.915 0.0021 186.791 0.4036 0.0021 0.5048 2.4624 10.2809 10.5868
/>
Рис.12.Теоретическое и эксперементальное распределение толщины покрытия.
Как видно изрис.12. распределение, рассчитанное по результатам эксперимента, не сходится впределах погрешности с теоретическими данными. Основной причиной данногорасхождения является неправильная геометрическая форма образцов. Как говорилосьранее, в сборке между образцами образуются щели, вследствие чего покрытиенаносится на часть торцевой поверхности образцов. Более точно толщина покрытияможет быть определена по результатам микроскопии поперечного сечения, которая вданной работе не проводилась.
Полученныераспределения имеют степени неоднородности Dэксп=20% и Dтеор=32%.Причиной различия является то, что в установке используется не два, а система из шести попарнорасположенных магнетронов. Таким образом, при напылении одной пароймагнетронов, потоки от двух других, в меньшей степени, но воздействуют наобразец, чем делают распределение более равномерным.
/>/>/>/>Заключение
В ходе данной работы былиизучены физические принципы, лежащие в основе работы установки для нанесенияпокрытий магнетронным методом с ионным ассистированием, его внутреннееустройство и основные узлы. Былапроделана экспериментальная работа, в ходе которой на стальных образцахполучено покрытие нитрида титана TiN. Рассчитано его распределение по поверхности протяженныхобразцов, как экспериментально, так и теоретически. Показано, что использованиесистемы из шести попарно стоящих магнетронов позволяют получить покрытие состепеню неоднородности не более Dэксп=20%, что на 12% меньше, чем при использовании однойпары магнетронов Dтеор=32%.
Список используемой литературы
1. Данилин Б.С.,Сырчин В.К., Магнетронные распылительные системы, М.: Радио и связь, 1982.
2. Берлин Е., ДвининС., Сейдман Л., Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травлениятонких пленок, М.: Техносфера, 2007.
3. Жуков В.В.,Кривобоков В.П., Янин С.Н., Распыление мишени магнетронного диода в присутствиивнешнего ионного пучка, Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 4.
4. Никоненко В.А.,Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD. Практикум, под ред, Кузнецова Г.Д.,М.: МИСиС, 2001.
5. Майссел Л., ГлэнгР., Технология тонких пленок. Справочник, пер, с англ, под ред,, Елинсона М.И.,Смолко Г.Г., М.: Советское радио, 1977.
6. Свирин В.Т.,Стогний А.И., Формирование пучка равномерной плотности в холловском ионномисточнике с открытым торцом, Приборы и техника эксперимента, 1996, №5.
7. Моргулис Н. Д.,Катодное распыление, Успехи физических наук, 1946, т. 28.
8. Распылениетвердых тел ионной бомбардировкой, под ред. Р. Бериша, пер. с англ. КуклинА.М., М: Наука, 1984-86.
9. Фундаментальные иприкладные аспекты распыления твердых тел. Сб. ст., пер. с англ. Засечкин Л.К.,М: Наука, 1989.
10. Яковлев Г.П.,Краткие сведения по обработке результатов физических измерений: методическиеуказания для студентов физического факультета, Екатеринбург: ИздательствоУральского Университета, 2004.