Устройства со скрещенными электрическим и магнитным полями для нанесения тонкопленочных покрытий на подложки большой площади

• Автор: Соловьев, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 212 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Методы вакуумного ионноплазменного нанесения тонкопленочных покрытий на подложки большой площади и проблемы повышения их эффективности

1.1. Технологические устройства для нанесения тонкопленочных покрытий

1.1.1. Плазменноассистированное химическое газофазное осаждение РЛСУБ.

1.1.1.1. Нанесение покрытий методом РАСVI

1.1.1.2. Конструкции низкоэнергетичных ионных источников

1.1.2. Физическое газофазное осаждение РУТ.

1.1.2.1. Нанесение покрытий методом РУО.

1.1.2.2. Пути повышения эффективности магнетронных распылительных

1.2. Свойства и методы нанесения твердых углеродных покрытий и ультратонких пленок серебра
1.2.1. Свойства твердых углеводородных покрытий, формируемых из углеводородной плазмы газового разряда низкого давления
1.2.2. Свойства твердых углеродных покрытий, полученных при распылении графита в вакууме
1.2.3. Ультратонкие пленки серебра, наносимые методами РУБ
Выводы к главе 1.
Глава 2. Экспериментальное оборудование
2.1. Экспериментальная установка для вакуумного ионноплазменного нанесения тонких пленок
2.1.1. Магнетронная распылительная система с цилиндрическим вращающимся катодом
2.1.2. Источники питания магнетрона
2.1.3. Генераторы импульсов напряжения смещения подложки.
2.1.4. Ионный источник с анодным слоем.
2.1.5. Источник питания ионного источника
2.2. Измерительное и аналитическое оборудование. Методики исследования характеристик разработанных устройств, параметров образующейся плазмы, а также свойств получаемых покрытий.
2.2.1. Измерительное и аналитическое оборудование
2.2.2. Методика измерения однородности эрозии цилиндрического катода магнетрона по его длине.
2.2.3. Методика измерения однородности толщины наносимых покрытий по длине подложки
2.2.4. Методика измерения однородности ионного пучка и вольтамперных характеристик ионного источника.
2.2.5. Методика измерения параметров плазмы.
2.2.6. Методика определения плотности ионного тока и отношения потока ионов к потоку атомов на подложку.
2.2.7. Методика измерения механических свойств аС и аСН пленок с помощью наноиндентора.
2.2.8. Методика исследования структуры аС и аСН пленок с помощью атомносилового микроскопа.
2.2.9. Методика определения доли алмазоподобной фазы в углеродных и углеводородных пленках с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
2.2 Определение удельного электрического сопротивления ультратонких пленок серебра методом ВандерПау.
2.2 Исследование ультратонких пленок серебра методом спектральной эллипсометрии.
2.2 Моделирование магнитного поля с помощью программы .
Выводы к главе
Глава 3. Повышение эффективности магнетронных распылительных систем с цилиндрическим вращающимся катодом
3.1. Расширение зоны однородного нанесения покрытий протяженным цилиндрическим магнетроном.
3.2. Устранение ускоренной эрозии концевых частей цилиндрического магнетрона с вращающимся катодом.
3.3. Несбалансированная магнетронная распылительная система на базе магнетрона с цилинрическим вращающимся катодом.
3.4. Повышение длительности непрерывной работы магнетрона при . реактивном
распылении
Выводы к главе
Глава 4. Получение твердых аморфных углеродных покрытий и пленок серебра с помощью устройств со скрещенными электрическим и магнитным полями
4.1. Нанесение аСН пленок с помощью ионного источника с замкнутым дрейфом электронов.
4.2. Нанесение аС пленок методом импульсного несбалансированного магнетронного распыления графита.
4.3. Получение ультратонких пленок серебра методом магнетронного распыления
Выводы к главе 4.
Глава 5. Установка для вакуумного ионноплазменного нанесения твердых углеродных
покрытий на подложки большой площади
5.1. Вакуумная камера и система вакуумизации
5.2. Технологические устройства для нанесения покрытий
5.3. Источники питания
Выводы к главе
Заключение.
Список литературы


Последняя конструкция наиболее проста для масштабирования и применялась в работе . Рис. Экс пери ментальная установка для нанесения пленок алмаза методом РАСУЭ на постоянном гоке . Рис. Источник плазмы с полым катодом . Схема используемого источника плазмы показана на рис. Для того чтобы отделить реактивный газ от катода, использовался постоянный ноток инертного газа через полый катод. Реактивный газ активировался энергетичными электронами из плазмы. Оптимальное рабочее давление данного источника плазмы равнялось 0 Па. Первые эксперименты были проведены с источником плазмы, имеющим высоту 6 см и ширину 4 см длина катода всегда равнялась см. Затем, высота и ширина катода были уменьшены в 4 раза для того чтобы увеличить плотность плазмы и уменьшить количество распыленного материала катода на подложке. Расход аргона и мощность также были уменьшены в 4 раза. По сравнению с первым источником скорость нанесения и однородность пленки не изменились. Эго объясняется тем, что произошло увеличение в 4 раза плотности плазмы в иолом катоде. Большинство экспериментов по нанесению гидрогенизированных углеродных аСН пленок было проведено со второй конструкцией плазменного источника. В качестве газареагента использовался этан. Параметры процесса нанесения пленок представлены в таблице 1. Было обнаружено, что скорость нанесения пленки повышается с увеличением мощности разряда и расхода этана. Таблица 1. Параметры нанесения аСН пленок с помощью тлеющего разряда с полым катодом. Мощность 0. Реализовать нанесение покрытий на подложки большой площади можно за счет увеличения длины линейного полого катода в комбинации со сканированием подложки. Однако, для повышения производительности или нанесения покрытий на стационарные подложки желательно двухмерное увеличение площади нанесения покрытий. Поскольку ширина полого катода коррелирует с длиной свободного пробега электронов и ионов, то она ограничена диапазоном нескольких сантиметров. Решением этой проблемы авторы считают создание мультикатодного плазменного источника. Разработанный источник. Хотя следует отметить, что в разряде с полым катодом невозможно достичь очень высоких степеней однородности. Основой высокочастотной генерации разряда с полым катодом является частотномодулированное постоянное напряжение V самосмещение в слое пространственного разряда у ВЧ электрода. ВЧ плазма играет роль виртуального анода, а слой пространственного заряда похож на область катодного падения в разряде с постоянным током. В системе с ВЧ полым катодом подложки окружены слоем пространственного заряда, который вызывает ионную бомбардировку пленки в ходе е нанесения . Типичным примером использования метода V с ВЧ полым катодом является нанесение пленок нитрида кремния . В экспериментах использовался трубчатый полый катод диаметром 3 мм. При расходе газа, пропускаемом через полый катод, 0 млмин и мощности 0 Вт скорость нанесения покрытия достигала мкмч. Толщина пленки, нанесенной на плоскую подложку, имела аксиальносимметричное распределение с максимумом, расположенным на оси катода. На рис. При большем давлении газа поток плазмы сжимается, и распределение толщины пленки имеет крутой максимум. Очевидно, что трубчатый полый катод не может быть подходянщм инструментом для нанесения однородных покрытий на большие подложки. В данное время высокочастотный тлеющий разряд широко используется в промышленности, но до сих пор существует проблема нанесения покрытий на подложки большой площади с высокой однородностью толщины покрытий. Большинство исследований сфокусировано на ВЧ разряде емкостного типа с диодной и коаксиальной конфигурацией электродов и рабочей частотой . МГц . В статье исследовалась возможность нанесения i и аСН пленок на подложки большой площади. На рис. Эксперименты показали, что скорость нанесения покрытий, в данной системе, увеличивается с увеличением мощности, давления в камере и частоты. В исследуемом диапазоне частот 3 МГц скорость нанесения i пленок составила 5 мкмч. Переход от малых площадей нанесения пленок к большим требует соблюдения нескольких условий .