Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок
Пленки ТаВ₂ были синтезированы ВЧ магнетронным распылением мишени ТаВ₂ на стеклянные и ситалловые подложки. Исследовано влияние параметров распыления магнетронной распылительной системы на состав и толщину покрытий методами фотометрии и вторичной ионной масс-спектрометрии. Показано, что для по...
Збережено в:
| Дата: | 2005 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2005
|
| Назва видання: | Физическая инженерия поверхности |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98759 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок / В.В. Петухов, А.А. Гончаров, В.А. Коновалов, Д.Н.Терпий, В.А. Ступак // Физическая инженерия поверхности. — 2005. — Т. 3, № 3-4. — С. 241–244. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-98759 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-987592016-04-18T03:02:51Z Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок Петухов, В.В. Гончаров, А.А. Коновалов, В.А. Терпий, Д.Н. Ступак, В.А. Пленки ТаВ₂ были синтезированы ВЧ магнетронным распылением мишени ТаВ₂ на стеклянные и ситалловые подложки. Исследовано влияние параметров распыления магнетронной распылительной системы на состав и толщину покрытий методами фотометрии и вторичной ионной масс-спектрометрии. Показано, что для получения стехиометрического состава и максимальной толщины необходимо предварительно определять величины оптимального давления рабочего газа, расстояния от мишени до подложки и затем размещать образцы в зоне равномерного распределения потока. Плівки TaB₂ були синтезовані ВЧ магнетронним розпиленням мішені ТаВ₂ на скляні та ситалові підкладинки. Досліджено вплив параметрів розпилення магнетронної розпилювальної системи на склад і товщину покрить методами фотометрії та вторинної іонної мас-спектрометрії. Показано, що для одержання стехиометричного складу й максимальної товщини необхідно попередньо визначати величини оптимального тиску робочого газу, відстані від мішені до підкладки і потім розміщати зразки в зоні рівномірного розподілу потоку. TaB₂ films were synthesised by hf magnetron spattering of the TaB₂ target onto glass and pyroceramic surface. The influence of spattering parameters of magnetron spattering system on the film composition and thickness was investigated by photo-metry and secondary mass-spectrometry methods. It was shown, that values of optimal working gas pressure, distances from the target to the substrate must be determined in advance as well as samples must be located in the flow uniform distribution zone in order to receive stoichiometric composition and top thickness. 2005 Article Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок / В.В. Петухов, А.А. Гончаров, В.А. Коновалов, Д.Н.Терпий, В.А. Ступак // Физическая инженерия поверхности. — 2005. — Т. 3, № 3-4. — С. 241–244. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98759 546.471.2.539.23 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Пленки ТаВ₂ были синтезированы ВЧ магнетронным распылением мишени ТаВ₂ на стеклянные
и ситалловые подложки. Исследовано влияние параметров распыления магнетронной
распылительной системы на состав и толщину покрытий методами фотометрии и вторичной
ионной масс-спектрометрии. Показано, что для получения стехиометрического состава и максимальной толщины необходимо предварительно определять величины оптимального давления рабочего газа, расстояния от мишени до подложки и затем размещать образцы в зоне равномерного распределения потока. |
| format |
Article |
| author |
Петухов, В.В. Гончаров, А.А. Коновалов, В.А. Терпий, Д.Н. Ступак, В.А. |
| spellingShingle |
Петухов, В.В. Гончаров, А.А. Коновалов, В.А. Терпий, Д.Н. Ступак, В.А. Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок Физическая инженерия поверхности |
| author_facet |
Петухов, В.В. Гончаров, А.А. Коновалов, В.А. Терпий, Д.Н. Ступак, В.А. |
| author_sort |
Петухов, В.В. |
| title |
Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок |
| title_short |
Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок |
| title_full |
Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок |
| title_fullStr |
Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок |
| title_full_unstemmed |
Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок |
| title_sort |
влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок |
| publisher |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| publishDate |
2005 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98759 |
| citation_txt |
Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок / В.В. Петухов, А.А. Гончаров, В.А. Коновалов, Д.Н.Терпий, В.А. Ступак // Физическая инженерия поверхности. — 2005. — Т. 3, № 3-4. — С. 241–244. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Физическая инженерия поверхности |
| work_keys_str_mv |
AT petuhovvv vliânierežimovraspyleniâigeometriiraspylitelʹnojsistemynatolŝinuisostavpolučaemyhplenok AT gončarovaa vliânierežimovraspyleniâigeometriiraspylitelʹnojsistemynatolŝinuisostavpolučaemyhplenok AT konovalovva vliânierežimovraspyleniâigeometriiraspylitelʹnojsistemynatolŝinuisostavpolučaemyhplenok AT terpijdn vliânierežimovraspyleniâigeometriiraspylitelʹnojsistemynatolŝinuisostavpolučaemyhplenok AT stupakva vliânierežimovraspyleniâigeometriiraspylitelʹnojsistemynatolŝinuisostavpolučaemyhplenok |
| first_indexed |
2025-07-07T07:00:34Z |
| last_indexed |
2025-07-07T07:00:34Z |
| _version_ |
1836970551249207296 |
| fulltext |
ФІП ФИП PSE, 2005, т. 3, № 3-4, vol. 3, No. 3-4 241
ВВЕДЕНИЕ
Технологии нанесения тонких пленок стано-
вятся все более важными для получения мате-
риалов с различными физико-механически-
ми и трибологическими свойствами. Тонко-
пленочные покрытия находят широкое при-
менение в машиностроении, медицине и
микроэлектронике. Боридные пленки хорошо
известны как достаточно твердые материалы
с большим сопротивлением эрозии, коррозии
и окислению.
При исследовании пленок диборидов пе-
реходных металлов, полученных ВЧ магнет-
ронным распылением, обнаружено достаточ-
но существенное влияние режимов распыле-
ния и осаждения, а также геометрии распыли-
тельной системы на состав и структуру полу-
ченных пленок [1 – 4]. Как показывают лите-
ратурные данные по данному вопросу, про-
блема влияния состава мишени на преиму-
щественное распыление компонентов мише-
ни в настоящее время остается открытой. В
работе [5] сделан анализ экспериментальных
данных по преимущественному распылению
двухкомпонентных мишеней сплавов пере-
ходных металлов при бомбардировке ионами
инертных газов средних энергий 1 – 4 кэВ, в
работе [6] рассматривается распыление ми-
шеней боридов переходных металлов при
низких энергиях инертного газа.
Условия и процессы массопереноса распы-
ленного материала мишени к поверхности
конденсации, определяют состав и структуру
получаемых покрытий. Принципиальная
возможность их описания обсуждалась в ра-
боте [7, 8]. В работе [9] показано что, исполь-
зуя различные режимы и технологии напыле-
ния, можно получать боридные пленки с ши-
роким диапазоном физико-механических ха-
рактеристик.
ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА
Целью данной работы являлось исследова-
ние влияния геометрии распылительной сис-
темы и режимов распыления на процессы
получения пленок ТаВ2 заданного состава.
Использовалась горизонтальная ВЧ распы-
лительная система [10] на базе планарного
магнетрона (рис. 1). Блок подложкодержате-
лей был электрически изолирован от корпуса
установки. Источником ВЧ мощности яв-
лялся генератор УВ-1 (13,56 МГц; 1 кВт),
подключенный к нагрузке посредством двух
параллельных Г-контуров из реактивных эле-
ментов. Основные характеристики РС при-
ведены в [10, 11].
Распыление мишени проводилось в плаз-
ме Ar+. Давление остаточных газов в камере
перед напылением составляло 3×10–3 Па. Во
УДК 546.471.2.539.23
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ РАСПЫЛЕНИЯ И ГЕОМЕТРИИ
РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА ТОЛЩИНУ
И СОСТАВ ПОЛУЧАЕМЫХ ПЛЕНОК
В.В. Петухов, А.А. Гончаров*, В.А. Коновалов, Д.Н.Терпий, В.А. Ступак*
Донбасская государственная машиностроительная академия, Краматорск
*Донецкий национальный университет
Украина
Поступила в редакцию 14.12.2005
Пленки ТаВ2 были синтезированы ВЧ магнетронным распылением мишени ТаВ2 на стеклянные
и ситалловые подложки. Исследовано влияние параметров распыления магнетронной
распылительной системы на состав и толщину покрытий методами фотометрии и вторичной
ионной масс-спектрометрии. Показано, что для получения стехиометрического состава и мак-
симальной толщины необходимо предварительно определять величины оптимального давле-
ния рабочего газа, расстояния от мишени до подложки и затем размещать образцы в зоне рав-
номерного распределения потока.
Работа выполнена в рамках госбюджетных научно-исследовательских тем в соответствии с
координационными планами МОиН Украины (номера госрегистрации проектов:
№ 0100U001544 и № 0103U003509).
ФІП ФИП PSE, 2005, т. 3, № 3-4, vol. 3, No. 3-4242
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ РАСПЫЛЕНИЯ И ГЕОМЕТРИИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА ТОЛЩИНУ И СОСТАВ ПОЛУЧАЕМЫХ ...
время нанесения в определенных интервалах
варьировались: давление рабочего газа – 0,65;
0,32 и 0,18 Па; мощность ВЧ генератора – 200
÷ 600 Вт; время нанесения – 5 ÷ 40 мин. В
качестве подложек использовались ситалл и
стекло.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Общепризнанно [9, 12], что для ионно-плаз-
менных РС атомарная фракция в потоке оса-
ждения составляет более 90% и ее доля по-
вышается при уменьшении энергии бомбар-
дирующих ионов. При этом распыленные
атомы будут обладать энергией, величина ко-
торой, при низких энергиях бомбардирую-
щих ионов (< 500 эВ) по порядку величины
сравнима с энергией связи атомов в исходном
веществе и находится в интервале 2 ÷ 15 эВ.
Перенос распыленного вещества от мише-
ни к поверхности конденсации в системах с
ионно-плазменным распылением происхо-
дит в условиях, при которых существенную
роль играют столкновительные процессы (в
первую очередь с атомами рабочего газа). В
результате чего энергия приходящих на под-
ложку атомов может отличаться от их началь-
ной энергии. Величины потоков распыления
и осаждения также могут различаться. Плот-
ность потока распыленных атомов, достиг-
ших подложки, зависит от длины свободно-
го пробега и величины расстояния “мишень
– подложка”.
Если масса атомов распыляемого материа-
ла больше массы атомов рабочего газа, то ос-
новным процессом возвращения распылен-
ных атомов на мишень является обратная
диффузия. Если масса распыляемых атомов
меньше массы атомов рабочего газа, то ос-
новным процессом возвращения частиц яв-
ляется обратное рассеяние.
При роd ≤ Lа (ро – давление газа, приве-
денное к Т = 273 К, d – расстояние от мише-
ни до поверхности конденсации, Lа – сред-
няя длина направленного пробега распылен-
ных атомов при единичном давлении) все
распыленные атомы достигают поверхности
конденсации.
В области роd > Lа распыленные частицы
возвращаются на мишень, как за счет обрат-
ного рассеяния, так и за счет обратной диф-
фузии. Для выбора оптимального технологи-
ческого режима важно определить давление,
при котором начинается процесс обратной
диффузии. Для этого обычно используется
формула ро ≤ Lа/d.
Таким образом, существенным фактором
для обеспечения высокой равномерности яв-
ляется выбор расстояния от мишени до при-
емной поверхности и давления, при котором
идет процесс распыления.
В случае, распыления многокомпонентной
мишени, в потоке распыления присутствуют
атомы различных сортов, и при одном и том
же значении pоd, для распыленных атомов
различных масс, будут реализовываться раз-
личные условия переноса через разрядный
промежуток. В результате состав осаждае-
мых пленок может существенно отличаться
от состава мишени [13].
Для экспериментального определения
оптимальных условий нанесения покрытий
(в частности, параметра роd), при которых
формируется равномерная и максимальная
по толщине пленка, проводился синтез при
различных давлениях рабочего газа и раз-
личном радиальном удалении подложки от
зоны равномерного распределения потока.
На рис. 1 показана такая зона, внутри
которой толщина покрытия изменялась не
более чем на 5%. С увеличением расстояния
от этой зоны толщина пленок, их равномер-
ность, состав начинали отличаться от полу-
Рис. 1. Схема установки.
ФІП ФИП PSE, 2005, т. 3, № 3-4, vol. 3, No. 3-4 243
ченных пленок в зоне равномерного рас-
пределения потока.
Напыление проводилось на стеклянные
подложки с закрепленными на них, на раз-
личном расстоянии от проекции центра ми-
шени ситалловыми пластинами при мощ-
ности 600 Вт в течение 5 мин при давлениях
0,18; 0,32 и 0,65 Па. Стеклянные подложки
использовались для построения профило-
грамм толщины покрытия, а на ситалловых
пластинах проводился ВИМС-анализ.
Как показали профилограммы (рис. 2),
наибольшие по толщине покрытия формиро-
вались при давлении 0,32 Па и расстоянии
до мишени 120 мм.
Результаты ВИМС-исследований (рис. 3)
показали, что на ситалловых подложках, рас-
положенных в центре зоны равномерного
распределения потока, отношение атомных
концентраций Та/В при давлении 0,32 Па
составило ≈1/2,1, а при давлениях 0,18 и
0,65 Па 1/2,3 и 1/2,5 соответственно (в
мишени ≈1/2).
На пластинах, расположенных на рас-
стоянии 50 мм от центра зоны равномерного
распределения потока отношение Та/В сос-
тавило для 0,32 Па 1/2,5, а для 0,18 и 0,65 Па
1/2,7 и 1/2,9 соответственно. Зона рассеяния
элемента со значительно меньшей атомной
массой (бор) оказалась значительно больше
(за счет столкновительных процессов с ато-
мами рабочего газа), чем элемента со значи-
тельно большей атомной массой (тантал), в
результате чего и произошло увеличение от-
ношения атомных концентраций Та/В с уве-
личением расстояния от зоны равномерного
распределения потока, что хорошо согла-
суется с теоретическими расчетами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При прогнозировании результатов напы-
ления, необходимо учитывать кроме энер-
гетического фактора, величина которого обу-
словливает подвижность атомов адсорбци-
онного слоя и в конечном счете определяет
процессы роста и фазообразования пленок,
еще и соотношение поступающих на под-
ложку потоков атомов различного сорта, из-
меняющееся в процессе переноса через раз-
рядный промежуток.
Таким образом, при распылении много-
компонентных мишеней (особенно, если
массы распыленных атомов различны по
отношению к массе атомов рабочего газа)
для получения пленок с максимальной и рав-
номерной толщиной, близких по стехиомет-
рии к составу мишени, целесообразно оп-
ределять оптимальный параметр роd для
используемого материала мишени и раз-
мещать образцы в зоне равномерного рас-
пределения потока.
ЛИТЕРАТУРА
1. Игнатенко П.И., Терпий Д.Н., Петухов В.В.
Исследование структуры и свойств пленоч-
ных диборидов титана, ванадия и циркония//
UzPEC-2. 2nd Uzbekistan Physical Electronics
Conference. Book of abstracts. Tashkent. – 1999.
– С.86.
2. Игнатенко П.И., Терпий Д.Н., Петухов В.В.
Гончаров А.А., Василенко Н.А. Факторы, вли-
яющие на фазовый состав и структуру на-
пыляемых пленок//VIII Мiжнародна конфе-
ренцiя з фiзики i технологiї тонких плiвок
Рис. 2. Профилограммы пленок ТаВ2, полученные на
стеклянных подложках (линия основание – стекло без
покрытия).
Рис. 3. Послойный элементный анализ пленки ТаВ2,
полученной на ситалловой подложке.
В.В. ПЕТУХОВ, А.А. ГОНЧАРОВ, В.А. КОНОВАЛОВ, Д.Н.ТЕРПИЙ, В.А. СТУПАК
ФІП ФИП PSE, 2005, т. 3, № 3-4, vol. 3, No. 3-4244
ISPTTF-VIII. Матер. конф. – Iвано-Фран-
кiвськ. – 2001. – С. 28-29.
3. Игнатенко П.И., Терпий Д.Н. Влияние пара-
метров ВЧ магнетронного распыления на фа-
зовый состав и структуру боридных пленок
на (100) NaCl//Мат. XIII российского симп.
по растровой электронной микроскопии и
аналитическим методам исследования твер-
дых тел. Черноголовка. – 2003.– С. 134.
4. Игнатенко П.И., Терпий Д.Н., Гончаров А.А.
Влияние режима ВЧ-магнетронного распыле-
ния на формирование многофазных борид-
ных пленок//Мат. IX міжнар. конф. “Фізика і
технологія тонких плівок”. – Івано-Фран-
ківськ. – 2003. – Т.1. – С. 46.
5. Запороженко В.И., Степанова М.Г. Преиму-
щественное распыление. Обзор результатов
экспериментальных исследований//РАН. По-
верхность. Сер.: Физика, химия, механика. –
1994. – № 8-9. – С. 5-17.
6. Штанский Д.В., Левашов Е.А., Косякин В.И.,
Дьяконова Н.Б., Лясоцкий И.В.//ФММ. –
1995. – № 5. – С. 121-132.
7. Терпий Д.Н. Влияние условий распыления
мишени ZrB2 на рост и состав осажденных
пленок//Proc. of 5th International Conference
“Vacuum Technologies and Equipment”. Khar-
kov. – 2002. – С. 121-123.
8. Терпий Д. Н., Игнатенко П. И., Петухов В. В.
Прогнозирование состава и свойств пленок,
полученных ионно-плазменным распылени-
ем//МФиНТ. – 2004. – Т. 26, № 8. – С. 1063-
1068.
9. Андриевский Р.А. Синтез и свойства пленок
фаз внедрения//Успехи химии. – 1997. – Т. 66,
№ 1. – C. 57-86.
10. Гончаров А.А., Зиновьев Н.И., Миронен-
ко Е.В., Петухов В.В., Терпий Д.Н. Высоко-
частотная магнетронная распылительная сис-
тема на базе установки УВН-75Р-3// ВАНТ.
Сер. “Вакуум, чистые металлы, сверхпровод-
ники”. – 1998. – Вып. 4(5), 5(6).– С. 57-58.
11. Petukhov V.V., Terpij D.N. Reactiv sputtering
by unbalansed magnetron//ВАНТ. Сер.: Вакуум,
чистые металлы, сверхпроводники. – 1999. –
Вып. 2(10). – C. 3-5.
12. Данилин Б.С. Применение низкотемператур-
ной плазмы для нанесения тонких пленок М.:
Энергоатомиздат, 1989. – 328 с.
13. Игнатенко П.И., Терпий Д.Н., Гончаров А.А.,
Петухов В.В. Получение многослойных пле-
нок с помощью ВЧ магнетронного распы-
ления мишеней VB2 и ZrB2 // Proc. of 5th
International Conference “Vacuum Technologies
and Equipment”. Kharkov. – 2002. – Р. 114-117.
ВПЛИВ РЕЖИМІВ РОЗПИЛЕННЯ І
ГЕОМЕТРІЇ РОЗПИЛЮВАЛЬНОЇ
СИСТЕМИ НА ТОВЩИНУ ТА СКЛАД
ОДЕРЖУВАНИХ ПЛІВОК
В.В. Петухов, А.А. Гончаров,
В.А. Коновалов, Д.Н.Терпий, В.А. Ступак
Плівки TaB2 були синтезовані ВЧ магнетронним
розпиленням мішені ТаВ2 на скляні та ситалові
підкладинки. Досліджено вплив параметрів роз-
пилення магнетронної розпилювальної системи
на склад і товщину покрить методами фотометрії
та вторинної іонної мас-спектрометрії. Показано,
що для одержання стехиометричного складу й
максимальної товщини необхідно попередньо ви-
значати величини оптимального тиску робочого
газу, відстані від мішені до підкладки і потім роз-
міщати зразки в зоні рівномірного розподілу по-
току.
Робота виконана в рамках держбюджетних науко-
во-дослідних тем відповідно до координаційних
планів МОіН України (номера госреєстрації про-
ектів: № 0100U001544 і № 0103U003509).
INFLUENCE OF SPATTERING REGIMES
AND SPATTERING SYSTEM GEOMETRY
ON THE THICKNESS AND
COMPOSITION OF PREPARED FILMS
V. Petukhov, A. Goncharov, V. Konovalov,
D. Terpiy, V. Stupak
TaB2 films were synthesised by hf magnetron spat-
tering of the TaB2 target onto glass and pyroceramic
surface. The influence of spattering parameters of
magnetron spattering system on the film composition
and thickness was investigated by photo-metry and
secondary mass-spectrometry methods. It was
shown, that values of optimal working gas pressure,
distances from the target to the substrate must be
determined in advance as well as samples must be
located in the flow uniform distribution zone in order
to receive stoichiometric composition and top thick-
ness.
The present work is performed within the framework
of state budget scientific-research topics according
to coordinating plans of MESU (№ of the project
state registration № 0100U001544 and
№ 0103U003509).
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ РАСПЫЛЕНИЯ И ГЕОМЕТРИИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА ТОЛЩИНУ И СОСТАВ ПОЛУЧАЕМЫХ ...
|