Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении

В модели приповерхностного нелокального термоупругого пика иона получено аналитическое выражение для напряжений сжатия σγ в ta-C-покрытии при осаждении потока низкоэнергетических ионов C+ с энергией 25…1000 эВ. При температуре осаждения T₀ = 300 K напряжения сжатия изменяются с энергией иона в соотв...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Калиниченко, А.И., Перепёлкин, С.С., Стрельницкий, В.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2008
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Физика и технология конструкционных материалов
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110857
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении / А.И. Калиниченко, С.С. Перепёлкин, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 147-151. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110857
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1108572025-02-23T18:13:46Z Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении Вплив температури підкладки на внутрішні напруження та структуру алмазоподобного покриття при іонному осадженні Influence of substrate temperature on intrinsic stress and structure of diamond-like coating at ion deposition Калиниченко, А.И. Перепёлкин, С.С. Стрельницкий, В.Е. Физика и технология конструкционных материалов В модели приповерхностного нелокального термоупругого пика иона получено аналитическое выражение для напряжений сжатия σγ в ta-C-покрытии при осаждении потока низкоэнергетических ионов C+ с энергией 25…1000 эВ. При температуре осаждения T₀ = 300 K напряжения сжатия изменяются с энергией иона в соответствии с экспериментальными данными, если энергия активации кинетического процесса релаксации напряжений составляет величину U ~ 0,3 эВ, типичную для междоузельных дефектов. Значительное падение σγ с ростом температуры используется для объяснения факта радикального уменьшения доли sp³-связей в осаждаемом углеродном покрытии при увеличении температуры осаждения от 300 до 600 K. У моделі приповерхнього нелокального термопружного піка іона отримане аналітичне вираження для напруг стиску σγ в ta-C-покритті при осадженні потоку низькоенергетичних іонів C+ з енергією 25…1000 еВ. При температурі осадження T₀ = 300 K розраховані напруження стиску змінюються з енергією іона відповідно до експериментальних даних, якщо енергія активації кінетичного процесу релаксації напружень складає величину U ~ 0,3 еВ, типову для активації міжвузлових дефектів. Значне падіння σγ з ростом температури використовується для пояснення факту радикального зменшення частки sp³-зв'язків у вуглецевому покритті, що осаджується при збільшенні температури осадження від 300 до 600 K. In the model of near-surface nonlocal thermoelastic peak of the ion, an analytic expression for compressive stress σγ in ta-C coating deposited from low-energy ions C+ is derived. At deposition temperature T₀ = 300 K, the calculated compressive stress changes with ion energy in accordance with experimental data subject to the activation energy U of a kinetic process of stress relaxation is equal to 0.3 eV. This value is typical for energy of migration of interstitial defects. Considerable decrease of σγ with temperature of deposition is used for explanation of drastic reduction of part of sp³ bonds in deposited ta-C coating when T0 increases from 300 to 600 K. Работа выполнена при частичной поддержке УНТЦ, проект № 4180. 2008 Article Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении / А.И. Калиниченко, С.С. Перепёлкин, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 147-151. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110857 537.534.2:679.826 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов
spellingShingle	Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов Калиниченко, А.И. Перепёлкин, С.С. Стрельницкий, В.Е. Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении Вопросы атомной науки и техники
description	В модели приповерхностного нелокального термоупругого пика иона получено аналитическое выражение для напряжений сжатия σγ в ta-C-покрытии при осаждении потока низкоэнергетических ионов C+ с энергией 25…1000 эВ. При температуре осаждения T₀ = 300 K напряжения сжатия изменяются с энергией иона в соответствии с экспериментальными данными, если энергия активации кинетического процесса релаксации напряжений составляет величину U ~ 0,3 эВ, типичную для междоузельных дефектов. Значительное падение σγ с ростом температуры используется для объяснения факта радикального уменьшения доли sp³-связей в осаждаемом углеродном покрытии при увеличении температуры осаждения от 300 до 600 K.
format	Article
author	Калиниченко, А.И. Перепёлкин, С.С. Стрельницкий, В.Е.
author_facet	Калиниченко, А.И. Перепёлкин, С.С. Стрельницкий, В.Е.
author_sort	Калиниченко, А.И.
title	Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении
title_short	Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении
title_full	Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении
title_fullStr	Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении
title_full_unstemmed	Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении
title_sort	влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Физика и технология конструкционных материалов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110857
citation_txt	Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении / А.И. Калиниченко, С.С. Перепёлкин, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 147-151. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT kaliničenkoai vliânietemperaturypodložkinavnutrennienaprâženiâistrukturualmazopodobnogopokrytiâpriionnomosaždenii AT perepëlkinss vliânietemperaturypodložkinavnutrennienaprâženiâistrukturualmazopodobnogopokrytiâpriionnomosaždenii AT strelʹnickijve vliânietemperaturypodložkinavnutrennienaprâženiâistrukturualmazopodobnogopokrytiâpriionnomosaždenii AT kaliničenkoai vplivtemperaturipídkladkinavnutríšnínapružennâtastrukturualmazopodobnogopokrittâpriíonnomuosadženní AT perepëlkinss vplivtemperaturipídkladkinavnutríšnínapružennâtastrukturualmazopodobnogopokrittâpriíonnomuosadženní AT strelʹnickijve vplivtemperaturipídkladkinavnutríšnínapružennâtastrukturualmazopodobnogopokrittâpriíonnomuosadženní AT kaliničenkoai influenceofsubstratetemperatureonintrinsicstressandstructureofdiamondlikecoatingationdeposition AT perepëlkinss influenceofsubstratetemperatureonintrinsicstressandstructureofdiamondlikecoatingationdeposition AT strelʹnickijve influenceofsubstratetemperatureonintrinsicstressandstructureofdiamondlikecoatingationdeposition
first_indexed	2025-11-24T06:09:33Z
last_indexed	2025-11-24T06:09:33Z
_version_	1849650916273160192
fulltext	УДК 537.534.2:679.826 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДЛОЖКИ НА ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И СТРУКТУРУ АЛМАЗОПОДОБНОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ИОННОМ ОСАЖДЕНИИ А.И. Калиниченко, С.С. Перепёлкин, В.Е. Стрельницкий Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина; E-mail: strelnitskij@kipt.kharkov.ua В модели приповерхностного нелокального термоупругого пика иона получено аналитическое выражение для напряжений сжатия rσ в ta-C-покрытии при осаждении потока низкоэнергетических ионов C+ с энергией 25…1000 эВ. При температуре осаждения T0 = 300 K напряжения сжатия изменяются с энергией иона в соответствии с экспериментальными данными, если энергия активации кинетического процесса релаксации напряжений составляет величину U ~ 0,3 эВ, типичную для междоузельных дефектов. Значительное падение rσ с ростом температуры используется для объяснения факта радикального уменьшения доли sp3-связей в осаждаемом углеродном покрытии при увеличении температуры осаждения от 300 до 600 K. 1. ВВЕДЕНИЕ Характерной особенностью большинства покрытий, получаемых методом осаждения ионного пучка, является наличие в них сильных сжимающих напряжений вплоть до 10 ГПа, играющих сущест- венную роль в кинетике образования и разрушения покрытий [1]. В целом ряде случаев такие напряжения, присутствующие в осаждаемой пленке, играют позитивную роль, способствуя образованию плотной фазы осаждаемого материала, как это имеет место при осаждении пленок алмазоподобного тетраэдрического аморфного углерода (ta-C) [2,3], либо препятствуя возникновению неоднородностей и макродефектов типа трещин и каверн. В связи с практической важностью обнаруженных эффектов были предложены механизмы, в рамках которых рассматривалось образование [1,2] или стабилизация [3] ta-C-фазы под действием механических напряжений. С другой стороны, чрезмерные напряжения могут приводить к утрате сцепления пленки с подложкой и, как следствие, к растрескиванию и отлущиванию пленки. Эксперименты показали, что можно изменять величину внутренних напряжений, варьируя сорт и энергию ионов, режим облучения (импульсный либо непрерывный), а также условия облучения, прежде всего температуру подложки. Таким образом, контролируя величину напряжений, исследователи получают возможность влиять на структурные и механические характеристики осаждаемого слоя. Однако для управляемого воздействия на свойства пленки необходимо установить природу возникающих напряжений и на этой основе разработать количественные соотношения между их величиной и вышеупомянутыми параметрами технологического процесса осаждения. Дэвис предложил простую модель для объяснения образования механических напряжений сжатия в тонких пленках, выращиваемых либо методом осаждения ионного пучка, либо конденсацией атомов с одновременной ионной бомбардировкой [4]. В этой модели механические напряжения сжатия rσ в тонкой пленке вычисляются как результат действия двух конкурирующих процессов: (1) генерации напряжений за счет имплантации падающего пучка ионов и (2) отпуска напряжений благодаря термоактивированным процессам релаксации в тепловых пиках ионов. Однако использование модели точечного теплового пика (ТТП) [5] для описания релаксации механических напряжений противоречит факту нелокальности передачи энергии от низкоэнергетического иона веществу мишени и поэтому не вполне корректно. Вследствие этого качественное согласие с отдельными экспериментальными данными достигается при величинах энергии активации U = 3…11 эВ, многократно превосходящих известные значения для процессов миграции дефектов. Таким образом, величина U служит в модели Дэвиса [4] подгоночным параметром, и возможности ее физической интерпретации ограничены. Отметим также внутреннюю противоречивость модели, построенной исключительно для случая нулевой температуры среды, и в то же время предполагающей постоянство ее теплоемкости. Последнее условие находится в противоречии как с теорией Дебая, так и с данными эксперимента. Наконец, модель Дэвиса не объясняет экспериментально наблюдаемую зависимость возникающих напряжений от температуры осаждения, что исключает возможность ее применения при объяснении факта радикального уменьшения доли sp3-связей в осаждаемом ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.147 – 151. 147 mailto:strelnitskij@kipt.kharkov.ua углеродном покрытии при увеличении температуры осаждения [6]. В предыдущих работах авторов была разработана и предложена модель нелокального термоупругого пика (ТУП), как более отвечающая физическим условиям, реализующимся вблизи траектории иона в твердом теле [7,8]. В частности, параметры ТУП рассчитываются с учетом температуры подложки, которая таким образом оказывает влияние на все процессы, исследуемые в рамках этой модели. Еще одним существенным отличием от всех предыдущих моделей тепловых пиков, в которых акцент делается на описание тепловых эффектов, является то, что в модели ТУП исследуются также и механические эффекты, возникающие в области энерговыделения иона и играющие важную роль в радиационно- активируемых процессах. Речь идет о давлениях в пике иона, имеющих как тепловую, так и атермическую составляющие, каждая из которых, в свою очередь, является суммой (квази)статических напряжений и акустической волны, расходящейся из объема пика. Были рассмотрены два варианта ТУП: пик в безграничной среде [9] и приповерхностный пик [7,8]. Применение модели ТУП к описанию процессов образования тетраэдрического аморфного углерода при осаждении ионов C+ или при бомбардировке ионами благородных газов продемонстрировало качественное согласие предсказаний модели с результатами экспериментов [7-9]. В настоящей работе рассматривается процесс релаксации механических напряжений в покрытиях при ионном облучении с учетом температуры осаждения в рамках модели приповерхностного ТУП. Выводится аналитическое выражение для напряжений, возникающих в тонком покрытии при осаждении пучка ионов C+ с энергией E от 25 до 1000 эВ. Анализируется зависимость возникающих напряжений от температуры осаждения. Полученные результаты используются для объяснения влияния температуры осаждения на соотношение sp2- и sp3-связей в осаждаемой пленке. 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ РАССМОТРЕНИЕ Согласно компьютерному моделированию с помощью программного пакета TRIM2000 [10] ТУП иона с энергией 25 эВ ≤ E ≤ 1 кэВ можно аппроксимировать сферической областью конечного радиуса 2/)()(2),( ELtEtR ++= τκ , (1) содержащей энергию EE)(η , где κ - коэффициент температуропроводности материала мишени; τ - время ион-ионной релаксации; - средняя проективная длина пробега иона; )(EL ( )Eη - доля фононных потерь иона с учётом вклада ионов отдачи [7,8]. В силу конечности радиуса начальная температура в ТУП, определяющая скорость протекания кинетических процессов, имеет конечную величину, зависящую от сорта и энергии первичного иона и от теплофизических свойств мишени, и варьирует в широких пределах. ),0( ER ),0( ET Пик иона, проникающего через поверхность мишени, аппроксимируется шаровым сегментом радиусом R(t,E) и высотой ( ) ( )2L E tκ τ+ + , примыкающим к поверхности. Объем пика задается формулой: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + −+−= 3 2 4 3 4 3 τκ τπκπ t tRttRtV . (2) Для определения температуры в пике необходимо в общем случае учитывать температурную зависимость теплоемкости C(T) твердого тела. При этом уравнение для определения температуры T(t,E,T0) имеет вид [8]: ( )0 0 0 , ETD T D T T CV t E θ θ η ρ ⎛ ⎞⎛ ⎞ − −⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = , (3) где T0 – температура подложки; 3 a BC k Mν= – высокотемпературный предел теплоемкости, M и ρ – масса молекулы и плотность материала мишени; aν - число атомов в молекуле; kB – постоянная Больцмана; D(x) – функция Дебая [11]. B Импульсное изменение объема ТУП за счет теплового расширения и привнесения дополнительного объема первичным ионом приводит к генерации высокого давления, имеющего как переменную (акустическую), так и (квази)статическую составляющие. Суммарное давление в пике (за вычетом однородных по всей пленке напряжений сжатия rσ ) было рассчитано с помощью уравнений радиационной акустики [12]. Аппроксимация точного решения задается простым выражением [8]: ( ) ( ) ( ) ( ) 0, 1, 0 ; , , 0, , , 3 R E t sP t E P t E R Ed t s ⎧ ≤ ≤⎪⎪≈ Δ ⎨ ⎪ ≥⎪⎩ (4) где ( ) ( ) ( ) 1, , E E KV P t E V t E ηΓ + Δ = , (5) ( )2 1 2 1 d − Π = −Π . (6) Здесь Γ, Π, s и K – параметр Грюнайзена, коэффициент Пуассона, скорость звука и модуль всестороннего сжатия вещества мишени соответственно; V1 – нетепловой объем, привносимый внедренным ионом. Зависимость от времени t выражения (4) отображает процесс возникновения и развития механических напряжений в центре пика: быстрое, в идеале мгновенное, нарастание давления в начальный момент времени до максимальной величины ( )0P ,EΔ ; сохранение давления на примерно постоянном уровне в течение времени акустической разгрузки ( )0 0t R ,E s≤ ≤ , резкий спад до 148 величины ( )0P ,E dΔ 3 после ухода акустической волны и последующее относительно медленное спадание квазистатических напряжений по мере увеличения объема пика за счет эффекта теплопроводности. Результаты численного расчета функций температуры ( )0, ,T t E T и давления ( ),P t E в пиках ионов C+ различных энергий в ta-C-матрице представлены в предыдущих работах авторов [7,8]. Кроме давления ( )P t,E в пике, как и во всем объеме покрытия, действуют остаточные напряжения сжатия rσ . При определении rσ будем вслед за Дэвисом [4] предполагать, что релаксация напряжений происходит благодаря кинетическому процессу, состоящему в термоактивационном преодолении барьеров дефектами, определяющими возникновение напряжений и находящимися в объеме термоупругого пика. Как правило, эти дефекты являются междоузельными атомами, появившимися в результате взаимодействия первичного иона с атомами вещества мишени. Скорость кинетического процесса релаксации напряжений пропорциональна числу атомов, имеющих энергию, превосходящую энергию активации U данного процесса. Скорость образования «горячих» атомов в единицу времени в единице объема пика может быть найдена в результате решения дифференциального уравнения 1-го порядка: n& BU k Tdn n e dt ν −= − , (7) где температура в пике ( )0, ,T T t E T= определяется как корень обыкновенного уравнения (3); T0 – стационарная температура вещества мишени (температура осаждения); ( )n n t= – число «горячих» атомов в произвольный момент времени t; 135 10 с.Bk h ~ν θ= ⋅ - частота колебаний атома, принятая равной верхней частоте в фононном спектре материала мишени [11]. При нахождении скорости образования «горячих» атомов предполагается, что кинетические переходы происходят без выделения или поглощения энергии, т. е. что температура в ТУП изменяется только за счет процесса теплопроводности. Число термоактивированных переходов в пике определяется соотношением ( ) ( ) ( ), , 0 0 0, , 0 0 ( , ) , U t T E T c U e d T t E Tw E T n V t E e dt ττ ν τ ν ⎧ ⎫⎪ ⎪−⎨ ⎬ ⎪ ⎪⎩ ⎭− − ∫ = ∫ , (8) учитывающим убыль дефектов вследствие миграции. Здесь n - плотность, М – масса атома мишени; - энергия активации кинетического процесса; - постоянная Больцмана. Эффективное время остывания ТУП для оценок может быть принято равным U Bk ( )[ ] κτ 4,0 2ERac = , где параметр a = 1…10 выбирается на основе анализа поведения подынтегральной функции в (8) в зависимости от величин E и U. На рис. 1 приведено число термоактивированных переходов в пике иона C+ в ta-C, как функция энергии иона и при различных энергиях активации кинетического процесса. Расчеты по формулам (3), (8) проводились при следующих значениях параметров: = 2,08·10C 3 Дж/кг/K, θ = 2250 K, ρ = 2,4·103 кг/м3, ν = 5·1013 c-1, T0 = 300 K, соответствующих мишени из тетраэдрического аморфного углерода (ta-C) при комнатной температуре. Пунктирная прямая соответствует зависимости ( ) ( )5 30.016w E E U= при U = 0.1 эВ. Обращает на себя внимание, что при малых (U < 0.4 эВ) энергиях активации функция w(E) монотонно нарастает в рассматриваемом диапазоне энергий иона, приближаясь с уменьшением U к зависимости Зейца–Кёхлера для точечного термоупругого пика [5]: ( ) ( )5 3 0 0.017w E A Q U= , (9) где Q – тепловая энергия, заключенная в ТТП и полагаемая равной энергии иона E, A - константа порядка единицы. Данная особенность объясняется тем, что выражение (8) является обобщением фор- мулы Зейца-Кёхлера на случай нелокального тепло- вого пика и переходит в последнюю при [9]. 0U → 10 100 1000 10 1 100 1000 E, эВ w, отн.ед. U=0.7 эВ U=0.5 эВ U=0.4 эВ U=0.3 эВ U=0.25 эВ Рис. 1. Число термоактивированных переходов в пике иона C+ в ta-C при различных энергиях активации кинетического процесса Выражение для зависимости напряжений сжатия ( )0,r E Tσ от энергии иона E и температуры осажде- ния T0 в тонкой пленке при ее осаждении в присут- ствии ионного потока было получено по аналогии с выводом формулы Дэвиса [4] и имеет вид: ( ) ( ) 1 2 0 0 , 1 ,r M Y EE T B R j w E T σ ρ = −Π + . (10) Здесь B – постоянная, не зависящая от параметров иона и мишени; R – плотность потока осаждаемых атомов; j – плотность потока бомбардирующих 149 ионов; Y – модуль Юнга; - коэффициент Пуассона материала покрытия. Π Таким образом, суммарное напряжение ( )0, ,t E Tσ , реализующееся в ТУП иона, задается выражением ( ) ( ) ( )0 0, , , ,rt E T E T P t Eσ σ= + . (11) 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ВЫВОДЫ Анализ выражения (10) показывает, что напряжения сжатия rσ в ta-C-покрытии уменьшаются с ростом энергии иона в соответствии с экспериментальными данными, если энергия активации составляет величину ~ 0,3 эВ, типичную для активации междоузельных дефектов внедрения. Кроме того, напряжения сжатия уменьшаются с ростом температуры осаждения T0. На рис. 2 приведены энергетические зависимости напряжений сжатия в пленках ta-C, возникающих при имплантации ионов C+ при двух различных температурах подложки T0: 300 и 600 K. Расчеты проводились по формуле (10) при R/j = 1, энергия активации принималась равной 0,3 эВ. Константа B выбиралась из условия привязки максимума теоретической кривой к максимуму экспери- ментальных напряжений в ta-C при температуре подложки 300 K. 0 2 4 6 σ , ГПа 1000 200 E, эВ 300 T =300K T =600K0 r Рис. 2. Сжимающее напряжение в покрытии ta-C при осаждении потока ионов C+ в зависимости от энергии иона при двух различных температурах мишени Знание температуры ( )0, ,T t E T и суммарных напряжений ( )0, ,t E Tσ в ТУП иона позволяет определить начальную локализацию пика на фазовой P,T-диаграмме углерода и его “P,T- траекторию”. Это, в свою очередь, позволяет исследовать возможность образования ta-C в зависимости от энергии иона E и температуры подложки T0 (рис. 3). Поскольку установившееся остаточное напряжение P(E,T0) уменьшается с увеличением температуры мишени от 300 до 600 K, точки, соответствующие начальным состояниям в ТУП ионов вместе с их P,T-траекториями, перемещаются из области устойчивости алмаза (конфигурация связи sp3) в направлении области стабильности графита (конфигурация связи sp2). Из рис. 3 видно, что при T0 = 300 K ТУП ионов с энергиями E < 250 эВ лежат в области стабильности алмаза (точки 1 - 4). Траектории пиков (приведены в работе [13]) также лежат в основном в области ста- бильности алмаза. При таких условиях осаждения в пиках образуются преимущественно sp3-связи. Рис. 3. Расположение термоупругих пиков ионов C+ на фазовой диаграмме углерода при двух различных температурах осаждения (пунктирная кривая – линия равновесия фаз «графит-алмаз») При увеличении температуры подложки до величины T0 = 600 K траектории ТУП ионов с энергиями E > 75 эВ, включая их начальные локализации, смещаются в область более низкого давления и полностью располагаются в области стабильности графита (точки 1’ – 5’). Это дает основание утверждать, что при таких условиях осаждения в пиках образуются преимущественно sp2-связи. Сделанные выводы качественно согласуются с результатами экспериментов по осаждению углеродных пленок из потоков ионов C+ при различных температурах осаждения [12]. Работа выполнена при частичной поддержке УНТЦ, проект № 4180. ЛИТЕРАТУРА 1. D.R. McKenzie, D. Muller, B.A. Pailthorpe et al. // Diam. Relat. Mater. 1991, v.1, p.51. 2. D.R. McKenzie, D. Muller. B.A. Pailthorpe // Phys. Rev. Lett. 1991, v.67, p.773. 3. M.A. Tamor A. Feldman, Y. Tzeng, W.A. Yarbrough, M. Yoshikawa, M. Murakawa (eds.): Applications of Diamond Films and Related Materials: Third International Conference, NIST Special Publication v.885 (NIST, Gaithersburg, 150 1995, p.691. 4. C.A. Davis // Thin Solid Films. 1993, v.226. p.30. 5. F. Seitz, J.S. Koehler // Solid State Physics. 1956, v.2, p.305. 6. И.И. Аксёнов, С.И. Вакула, В.В. Кунченко, Н.Н. Матюшенко, И.Л. Остапенко, В.Г. Падалка, В.Е. Стрельницкий // Сверхтвёрдые материалы. 1980, №3, с.12. 7. А.И. Калиниченко, В.Е. Стрельницкий // ФХОМ. 2003, №2, с. 2. 8. A.I. Kalinichenko, S.S. Perepelkin, V.E. Strel’nitskij // Diam. Relat. Mater. 2006, v.15, p.365. 9. А.И. Калиниченко, С.С. Перепёлкин, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». 2007, № 2 , с.215. 10. J.F. Ziegler, J.P. Biersack, U. Littmark. The Stopping and Range of Ions in Solids. New York: Pergamon Press, 1996, 297 p. p. 11. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Статистическая физика. М.: «Наука», 1976, 567 с. 12. A.I. Kalinichenko, V.T. Lazurik, I.I. Zalyubovsky. Introduction to Radiation Acoustics. In series: The Physics and Technology of Particle and Photon Beams. Harwood Academic Publishers, 2001, v. 9, 239 13. А.И. Калиниченко, С.С. Перепёлкин, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение», 2005, № 3, с.182. ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ ПІДКЛАДКИ НА ВНУТРІШНІ НАПРУЖЕННЯ ТА СТРУКТУРУ АЛМАЗОПОДОБНОГО ПОКРИТТЯ ПРИ ІОННОМУ ОСАДЖЕННІ О.І. Калініченко, С.С. Перепьолкін, В.Є. Стрельницький У моделі приповерхнього нелокального термопружного піка іона отримане аналітичне вираження для напруг стиску rσ в ta-C-покритті при осадженні потоку низькоенергетичних іонів C+ з енергією 25…1000 еВ. При температурі осадження T0 = 300 K розраховані напруження стиску змінюються з енергією іона відповідно до експериментальних даних, якщо енергія активації кінетичного процесу релаксації напружень складає величину U ~ 0,3 еВ, типову для активації міжвузлових дефектів. Значне падіння rσ з ростом температури використовується для пояснення факту радикального зменшення частки sp3-зв'язків у вуглецевому покритті, що осаджується при збільшенні температури осадження від 300 до 600 K. INFLUENCE OF SUBSTRATE TEMPERATURE ON INTRINSIC STRESS AND STRUCTURE OF DIAMOND-LIKE COATING AT ION DEPOSITION A.I. Kalinichenko, S.S. Perepelkin, V.E. Strel’nitskij In the model of near-surface nonlocal thermoelastic peak of the ion, an analytic expression for compressive stress rσ in ta-C coating deposited from low-energy ions C+ is derived. At deposition temperature T0 = 300 K, the calculated compressive stress changes with ion energy in accordance with experimental data subject to the activation energy U of a kinetic process of stress relaxation is equal to 0.3 eV. This value is typical for energy of migration of interstitial defects. Considerable decrease of rσ with temperature of deposition is used for explanation of drastic reduction of part of sp3 bonds in deposited ta-C coating when T0 increases from 300 to 600 K. 151 Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина; E-mail: strelnitskij@kipt.kharkov.ua

Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении

Institution

Ähnliche Einträge