Осаждение тонких пленок из абляционной плазмы, генерируемой на мишени при воздействии мощного ионного пучка

• Автор: Закутаев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 162 с.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор методов получения тонких пленок
1.1. Применение тонких пленок в современной технике
1.2. Методы нанесения тонких пленок
1.3. Импульсные методы осаждения тонких пленок
1.4. Особенности роста пленок в условиях непрерывной и импульсной конденсации
1.5. Выводы
Глава 2. Методика экспериментальных исследований
2.1. Сильноточный ионный ускоритель «Темп»
2.2. Схема процесса осаждения нанесения тонких пленок
2.3. Методы исследования тонких пленок
Глава 3. Процесс абляции мишеней мощным ионным пучком.
Энергетические и пространственные характеристики абляционной плазмы
3.1. Поглощение энергии мощного ионного пучка материалом мишени.
Пороговая плотность мощности
3.2. Энергетические и пространственные характеристики абляционной плазмы
3.3. Пространственное распределение микрокапельной фракции
3.4. Сохранение стехиометрического состава пленок при абляции
композиционных мишеней
3.5. Выводы
Глава 4. Осаждение пленок металлов
4.1. Структура и фазовый состав пленок
4.2. Микродефекты структуры пленок

4.3. Влияние кристаллического состояния мишени на структуру
осаждаемой пленки
4.4. Примесной состав пленок
4.5. Удельная плотность пленок
4.6. Выводы
Глава 5. Алмазоподобные углеродные пленки и пленки нитрида бора
5.1. Выбор параметров осаждения пленок алмазоподобного углерода
5.2. Структура и фазовый состав пленок углерода и нитрида бора
5.3. Образование новых фаз в графите и нитриде бора при облучении МИГ1
5.4. Свойства алмазоподобных углеродных пленок
5.5. Выводы
Заключение
Литература

Введение.
Актуальность работы. Успехи в создании источников мощных ионных пучков (МИП) с плотностью потока энергии Ps = 106 - 1012 Вт/см2 открыли широкие возможности для изучения новых физических явлений, происходящих при взаимодействии таких пучков с конденсированными средами, и решения многих задач, имеющих большое научно-техническое значение. В связи с возрастающим интересом к использованию тонких пленок и покрытий в науке и технике научный и практический интерес представляют исследования, связанные с изучением процесса осаждения тонких пленок из абляционной плазмы, генерируемой при взаимодействии МИП(Р, > 107 Вт/см2) с поверхностью твердого тела.
Существующие методы вакуумного осаждения тонких пленок имеют ряд проблем, связанных с низким коэффициентом использования материала мишени, широкой диаграммой направленности потока осаждаемого материала, несохранением стехиометрического состава при получении композиционных пленок, низкой скоростью осаждения. Многие из этих проблем могут быть решены при помощи предложенного метода осаждения с помощью импульсного МИП. Особенностью данного метода осаждения является использование плотной (~ 1018— 1019 см ') абляционной плазмы, имеющей температуру ~ 0,2-2 эВ, узкую направленность и высокую скорость (~106 см/с) распространения, что позволяет реализовать высокоскоростное (~ 0,01-10 см/с) осаждение с дозированной подачей осаждаемого материала. Метод позволяет при использовании широкоапертурных МИП получать покрытия на значительных площадях (>100 см2).
Работы, проводимые в НИИ ядерной физики по использованию МИП для осаждения пленок, явившиеся основой диссертации, начались практически одновременно с работами в других научных центрах: Нагаок-ском технологическом университете (Япония), Лос-Аламосской национальной лаборатории США, Научно-исследовательской лаборатории военно-морского флота США, а на отдельных этапах проводились совместные сравнительные исследования с Лос-Аламосской национальной лабораторией.
Данная работа выполнялась по плану госбюджетных и хоздоговорных работ НИИ ядерной физики: «Создание опытно-промышленного образца источника мощных пучков и его практическое использование» (1993-95 гг., Гос. Per. № 0194.0 007268), «Разработка и исследование импульсно-пучковых технологий на основе сильноточных ускорителей» (1996-2000 гг., Гос. Per. № 0197.0 004069), «Обработка материалов мощными ионными пучками» (Соглашение № 1631Q0014-35 между Лос-Аламосской национальной лабораторией и НИИ ЯФ, 1994-95 гг.), по гран-

Глава 2. Методика экспериментальных исследований.
2.1. Сильноточный ионный ускоритель «Темп».
Для проведения прикладных исследований, связанных с воздействием импульсных мощных ионных пучков на материалы, была создано семейство ускорителей типа «Темп», ориентированных на использование в технологических процессах [45, 46, 47]. Отличительной особенностью ускорителей является использование диодов с магнитной изоляцией. Плазма в диоде создается при использовании дополнительного высоковольтного импульса наносекундной длительности предшествующего основному [48]. Ускорители в общей своей компоновке построены по традиционной схеме, включающей в себя медленный емкостной накопитель - генератор импульсных напряжений (ГИН), наносекундную формирующую линию и вакуумный диод. Быстрые накопители выполнены в виде коаксиальных двойных формирующих линий (ДФЛ) с жидким диэлектриком. В ускорителях «Темп» диэлектриком ДФЛ является дионизованная вода с удельным сопротивлением > 2-106 Ом-см.
Схема ускорителя типа «Темп» изображена на рис. 2.1., фото ускорителя - на рис. 2.2. Формирование пучка осуществляется магнитноизолированными диодами (МИД). Ускоритель оснащен вакуумной системой на основе диффузионного насоса, обеспечивающей вакуум на уровне ~ КГ5 Topp, выносным полуавтоматическим пультом управления.
Экспериментальные исследования по осаждению пленок с помощью МИП были проведены на ускорителях «Темп-1» и «Темп-2». В первом ускорителе используется диод с магнитной самоизоляцией (рис. 2.3.) с двух-импульсным режимом работы [49, 50], во втором - диод с внешней магнитной изоляцией (рис. 2.4.) в одноимпульсном режиме [51, 52]. Оба варианта полосковых МИД являются фокусирующими с возможностью регулировки плотности тока jj.
Фокусирующая геометрия диода обеспечивает Д на мишени на уровне 150 - 200 А/см2. Частота срабатываний ускорителя «Темп-1» составляет 15-20 раз в минуту. В качестве материала потенциального электрода используется графит. На рис. 2.5а представлены осциллограммы напряжения на диоде и плотности ионного тока на мишени. Как показывают спектрограммы спектрометра Томсона, а также времяпролетная методика, генерируемый пучок состоит, в основном, из углерода (-70%) и протонов (~30%). Ресурс непрерывной работы диода составляет 105 - 106 срабатываний.