Осаждение поликристаллических алмазных пленок в аномальном тлеющем разряде

• Автор: Линник, Степан Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 105 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Оглавление
Введение
Глава 1.Свойства, области применения и методы синтеза поликристаллических алмазных пленок (литературный обзор)
1.1 Структура и свойства алмаза
1.1.1 Структура алмаза
1.1.2 Свойства алмаза
1.2 Метод осаждения алмаза из газовой фазы
1.3 Термические и плазменные методы осаждения алмаза из газовой фазы
1.3.1 Метод горячей нити
1.3.2 Осаждение в плазме СВЧ-разряда
1.3.3 Осаждение в плазме индукционного разряда
1.3.4 Высокоскоростное плазмотронное осаждение
1.3.5 Осаждение алмазных пленок в оксиацетиленовом пламени
1.4 Плазмохимические реакторы для осаждения алмаза в плазме тлеющего разряда
1.5 Области применения алмазных пленок, синтезируемых методом С УБ
1.5.1 Режущий инструмент
1.5.2 Оптические окна
1.5.3 Теплоотводы на основе алмазных пленок
1.5.4 Другие применения алмазных пленок
1.6 Выводы к главе
Глава 2. Экспериментальная установка и используемое оборудование
2.1 Реактор на основе аномального тлеющего разряда
2.1.1 Конструкция плазмохимического реактора

2.1.2 Разрядная система
2.1.3 Стабилизация положения плазменного шнура и система газоподачи
2.1.4 Особенности питания разряда
2.2 Анализ плазмы методом оптико-эмиссионной спектроскопии
2.3 Методы исследования пленок
2.3.1 Микроскопические методы исследования
2.3.2 Методы определения фазового состава
2.3.3 Элементный анализ
2.3.4 Определение равномерности толщины алмазных пленок
2.3.5 Исследование механических свойств пленок
2.4 Выводы ко 2 главе
Глава 3. Экспериментальные исследования аномального тлеющего разряда и оптикоэмиссионная спектроскопия плазмы
3.1 Исследование влияния состава газовой смеси, межэлектродного расстояния и
давления на характеристики разряда
3.1.1 Зависимость вольтамперной характеристики разряда от состава газовой смеси
3.1.2 Влияние межэлектродного расстояния на характеристики разряда
3.1.3 Влияние давления в реакторе
3.2 Оптико-эмиссионная спектроскопия плазмы
3.2.1 Анализ оптико-эмиссионного спектра плазмы тлеющего разряда
3.2.2 ОЭС - как инструмент количественного анализа радикалов в плазме
3.2.3 Исследование распределения активных радикалов по сечению плазмы
3.2.4 Выбор оптимальных условий осаждения пленок на основе оптико-эмиссионных
спектров
3.3 Выводы к 3 главе
Глава 4. Осаждение алмазных пленок из плазмы аномального тлеющего разряда
4.1 Методика синтеза алмазных пленок
4.1.1 Техника зародышеобразования на разных типах подложек
4.1.2 Осаждение пленок алмаза из плазмы разряда
4.1.3 Получение “свободных” алмазных пленок
4.2 Морфология поверхности, элементный и фазовый состав пленок
4.3 Осаждение алмазных пленок на твердосплавный режущий инструмент
4.3.1 Повышение адгезии пленок методом химического травления
4.3.2 Экспериментальное исследование адгезионных свойств и износостойкости
алмазных покрытий
4.4 Выводы к 4 главе
Основные результаты и выводы
Список литературы
Приложение А

1.5.2 Оптические окна
Одним из наиболее интересных свойств алмаза являются, безусловно, его оптические свойства. Он обладает самой широкой полосой пропускания из всех известных твердых тел [81], а также аномально высокий коэффициент отражения. Долгое время эти свойства алмаза не находили применения из-за высокой стоимости, малых габаритных размеров и трудоемкости обработки монокристаллов алмаза. С развитием СУБ технологии осаждения как монокристаллических, так и поликристаллических алмазных пленок высокого качества, алмаз стал перспективным оптическим материалом.
Из-за высокой сопротивляемости “тепловым ударам”, а также высокой прозрачности в инфракрасном диапазоне СУБ алмаз успешно применяется в качестве выводных окон мощных инфракрасных лазеров. Высокая теплопроводность позволяет избежать локального разогрева окна и как следствие, его разрушения. Широкая полоса пропускания также позволяет использовать поликристаллический алмаз в качестве универсального окна вакуумных установках, плазмохимических реакторах и высокотемпературных печах для визуального и пирометрического контроля. Такие окна гораздо более универсальны, чем окна из селенида цинка [82]. Кроме того, алмаз прозрачен для рентгеновского и СВЧ излучений, что позволяет применять его в качестве выводных окон мощных гиротронов и синхротронов.
1.5.3 Теплоотводы на основе алмазных пленок
В настоящее время наблюдается тенденция смещения мощных электронных и оптоэлектронных приборов к миниатюризации. В связи с этим остро встает проблема отвода тепла из рабочей зоны приборов. Площадь теплоотвода для миниатюрного полупроводника крайне мала (50-100 мкм2), а плотности потока энергии могут достигать величин до 1,6 ТО5 Вт/мм2, поэтому рассеяние тепла с помощью обычных материалов (медь, алюминий, окись бериллия и т. д.) оказывается недостаточным. Поскольку теплопроводность алмазных пленок достигает 20 Вт/см-К, а размер и форма могут быть практически любыми, этот материал становится самым эффективным теплоотводом в силовой электронике. Благодаря тому, что поликристаллический алмаз является хорошим диэлектриком, появляется возможность создавать полупроводниковые структуры прямо на алмазной теплоотводящей подложке.
Наибольшей эффективностью обладают теплоотводы на основе толстых (до 1000 мкм) пленок алмаза, полированных и отделенных от подложки. Такая теплоотводящая пластина крепится на алюминиевый или медный массивный теплоотвод. Такие конструкции имеют чрезвычайно высокую эффективность охлаждения [7], но имеют