Ионно-плазменное оборудование и процессы нанесения тонкопленочных функциональных покрытий на подложки большой площади

• Автор: Сочугов, Николай Семёнович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 405 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОДЛОЖКИ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ

1.1. Магнетронные распылительные системы и пути повышения их эффективности

1.1.1. Принцип магнетронного распыления

1.1.2. Повышение коэффициента использования мишени

1.1.3. Факторы, определяющие равномерность толщины покрытий, наносимых магнетроннымираспылительными системами, и методы ее повышения

1.1.4. Ионное воздействие на поверхность растущей пленки

1.1.5. Проблема «исчезающего» анода

1.1.6. Виды электропитания магнетронных распылительных систем

1.1.7. Влияние характеристик магнетронного разряда на параметры наносимых покрытий

1.2 Предварительная ионно-плазменная обработка поверхности как метод увеличения адгезии наносимых покрытий
1.2.1. Источники ионов и плазмы для предварительной обработки поверхности подложек
1.2.2. Механизмы увеличения адгезии покрытий, наносимых на предварительно обработанные подложки
1.3. Йсточники электропитания для технологий нанесения тонкопленочных покрытий
1.3.1. Источники питания для МРС
1.3.2. Источники питания для сильноточного импульсного магнетронного распыления
1.3.3. Высоковольтные импульсные источники питания для плазменно-иммерсионных технологий
1.4. Типы вакуумных установок для магнетронного нанесения тонкопленочных покрытий на подложки большой площади
1.4.1. Установки периодического действш
1.4.2. Установки полунепрерывного действия
1.4.3. Установки непрерывного действия
1.5. Процессы магнетронного нанесения тонкопленочных покрытий на подложки большой площади
1.5.1. Свойства и методы нанесения твердых углеродных покрытий
1.5.2 Улътратонкие пленки серебра, наносимые методом магнетронного распыления
1.5.3 Нанесение тенок прозрачных проводящих оксидов методом магнетронного распыления
1.5.4. Функциональные тонкопленочные покрытия на архитектурных стеклах и полимерных пленках
Выводы к Главе
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ..
2.1. Экспериментальное оборудование
2.2. Измерительное и аналитическое оборудование. Методики исследования характеристик разработанных устройств и параметров плазмы
2.2.1. Измерительное и аналитическое оборудование
2.2.2. Методика измерения параметров плазмы
2.2.3. Методика измерения равномерности плотности тока ионного пучка, вольтамперных характеристик и коэффициента извлечения ионов из плазмы
2.2.4. Методика определения функции распределения ионов по энергиям
2.2.5. Методика определения плотности ионного тока и отношения потока ионов к потоку атомов па подложку в магнетронных распылительных системах

2.2.6. Методика измерения потенциала плазмы эмиссионным зондом
2.2.7. Методика измерения распределения энергии ионов по скоростям
2.2.8. Методика измерения равномерности эрозии цилиндрического катода магнетрона по его длине
2.2.9. Методика измерения равномерности толщины наносимых покрытий по длине подложки
2.3. Методики исследования свойств получаемых покрытий
2.3.1. Методика измерения механических свойств пленок с помощью наноиндентора
2.3.2. Методика исследования структуры пленок с помощью атомно-силового микроскопа
2.3.3. Методика определения доли алмазоподобной фазы в углеродных и углеводородных пленках с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
2.3.4. Методика измерения адгезии покрытий
2.3.5. Методика исследования прозрачности покрытий в видимом диапазоне спектра
2.3.6. Методика измерения отражения покрытий в инфракрасном диапазоне спектра
2.3.7. Методика исследования электрофизических характеристик покрытий
2.3.8. Методика исследования стойкости покрытий на полимерной пленке к атмосферным воздействиям
2.3.9. Методика исследования структурных свойств пленок
Выводы к Главе
Глава 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНЕТРОННЫХ
РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
3.1. Магнетронные распылительные системы с дисковым катодом и регулируемой степенью несбалансированности
3.1.1. Управление конфигурацией магнитного поля
3.1.2. Волътамперные характеристики магнетронного разряда
3.1.3. Исследование параметров плазмы магнетронного разряда
3.1.4. Масс-зарядовый состав и распределение ионов по энергиям в плазме
3.2. Исследование работы дисковой MPC в сильноточном импульсном режиме
3.2.1. Исследование параметров плазмы сильноточного импульсного магнетронного разряда
3.2.2. Оптические исследования неоднородностей в плазме сильноточного импульсного магнетронного разряда
3.2.3. Спектральный анализ ионного состава плазмы СИМР
3.3. Протяженные магнетронные распылительные системы с цилиндрическим катодом
3.3.1. Протяженные магнетронные распылительные системы с цилиндрическим вращаемым катодом, формирующие два противоположно направленных потока распыленных атомов
3.3.2. Протяженные магнетронные распылительные системы с цилиндрическим вращающимся катодом
3.4. Протяженные магнетронные распылительные системы с планарным катодом
3.4.1. Конструкция MPC с планарным катодом и равномерность нанесения покрытий
3.4.2. Работа протяженных планарных магнетронних распылительных систем в сильноточном импульсном режиме
3.5. Повышение длительности непрерывной работы магнетрона при реактивном распылении

Выводы к Главе
Глава 4 ИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ С ЗАМКНУТЫМ ДРЕЙФОМ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ ИОННОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ
4.1. Конструкции ионных источников с замкнутым дрейфом электронов
4.2. Исследование характеристик ионного источника
4.2.1. Вольтамперные характеристики ионного источника
4.2.2. Пространственное распределение потенциала плазмы и распределение ионов по энергиям
4.2.3. Равномерность плотности ионного пучка по длине ионного источника
4.3. Исследование влияния режимов предварительной ионно-плазменной очистки
поверхности стекла на адгезию покрытия
Выводы к Главе
Глава 5 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ
5.1. Универсальные источники питания для магнетронных распылительных систем
5.1.1 Источник питания для MPC мощностью 5 кВт
5.1.2. Источник питания для MPC мощностью 12 кВт
5.1.3 Источник питания для возбуждения сильноточного импульсного магнетронного разряда
5.2. Высоковольтный источник питания постоянного тока для ионных источников с замкнутым дрейфом электронов
5.3. Источники питания для подачи электрического смещения на подложку
5.3.1. Высоковольтный штульсный источник питания для плазменно-иммерсионной ионной обработки
5.3.2. Источник импульсов сложной формы для подачи электрического смещения на подложку
Выводы к Главе
Глава 6. УСТАНОВКИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОДЛОЖКИ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ
6.1. Технологическая установка для нанесения низкоэмиссионных покрытий на архитектурные стекла
6.2. Установка для нанесения низкоэмиссионных покрытий на рулонные полимерные пленки шириной до 1200 мм
6.3. Установка для ионно-плазменного нанесения твердых углеродных и
углеводородных покрытий на объемные детали
6.4 Установка для ионно-плазменного нанесения многослойных функциональных
покрытий на объемные детали
Выводы к Главе
Глава 7 ПРОЦЕССЫ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОДЛОЖКИ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ
7.1. Нанесение твердых углеродных и углеводородных покрытий
7.1.1. Нанесение а-С:Н пленок с помощью ионного источника с замкнутым дрейфом электронов
7.1.2. Нанесение а-С пленок методом импульсного несбалансированного магнетронного распыления графита
7.2. Получение ультратонких пленок серебра методом магнетронного распыления
7.3. Нанесение многослойных низкоэмиссионных покрытий со структурой оксид-метал-оксид на архитектурные стекла
7.3.1. Исследования процесса нанесения низкоэмиссионного покрытия
7.3.2. Получение и свойства многослойного низкоэмиссионного покрытия на стекле

магнитной индукции в области В к величине магнитной индукции в области А составляло Вв/Вд= 0.62.
Рисунок 1.16 — Прямолинейная магнитная структура с ослабленным магнитным
полем в области В (а), расчетный профиль эрозии (б) [55]
При таких условиях рассчитывался профиль эрозии для различных величин магнитного поля на поверхности мишени. Аномальная эрозия наблюдалась для магнитных полей выше 200 Гаусс и имела место там, где магнитное поле меняется от слабого (область В) к сильному (область А). Величина эрозии мишени обратно пропорционально зависит от скорости дрейфа электронов в скрещенных полях Уд, = Е/В. При отношении Вв/Вд = 0,92 профиль эрозии был практически однородным. Другими словами, неравномерность напряженности магнитного поля в области с В±=0 не должна превышать 10 %.
В работе [40] предложена конструкция магнетрона с прямоугольной мишенью большой площади и сканирующей вдоль ее поверхности протяженной магнитной системой (рис. 1.17). Особенностью таких магнетронов является то, что пленки, нанесенные с их помощью, имеют две области с увеличенной толщиной, располагающиеся по диагонали в углах подложки. Наличие этих областей не позволяет достигнуть однородности толщины пленки лучше ± 7 %. Причиной такой
неравномерности толщины пленки является разница расстояний, которые необходимо пройти электронам, стартующим в разных частях мишени, до анода. При давлении 0.2 Па длина свободного пробега электронов между столкновениями с атомами равняется 0.2 м, что существенно меньше размеров мишени и подложки (550x650 мм2). Поэтому плотность электронов в области, где они имеют большие расстояния до анода, становится меньше, чем в области, где они имеют короткие расстояния до анода. Для решения этой проблемы, части анодов, в непосредственной близости от области с повышенной концентрацией плазмы, были закрыты электродами, находящимися под плавающим потенциалом. Это привело к увеличению расстояния, которое необходимо пройти электронам до анода, и уменьшению плотности плазмы в этих областях. В итоге однородность толщины пленки улучшилась до ± 4.4 %.