Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму

В роботі представлено результати розробки та дослідження технологічного модуля для реактивного синтезу складнокомпозіційних сполук типу оксидів та оксинітридів на базі магнетронного та ВЧ індукційного розрядів. Основна ідея технології полягає в сепарації двох процесів: розпилення металевої мішені за...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2009
Main Authors:	Зиков, О.В., Яковін, С.Д., Дудін, С.В.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2009
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7982
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму / О.В. Зиков, С.Д. Яковін, С.В. Дудін // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 3. — С. 195-203. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859641067009212416
author	Зиков, О.В. Яковін, С.Д. Дудін, С.В.
author_facet	Зиков, О.В. Яковін, С.Д. Дудін, С.В.
citation_txt	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму / О.В. Зиков, С.Д. Яковін, С.В. Дудін // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 3. — С. 195-203. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
collection	DSpace DC
description	В роботі представлено результати розробки та дослідження технологічного модуля для реактивного синтезу складнокомпозіційних сполук типу оксидів та оксинітридів на базі магнетронного та ВЧ індукційного розрядів. Основна ідея технології полягає в сепарації двох процесів: розпилення металевої мішені за допомогою магнетрона постійного струму в інертному газі та активації реактивного газу за допомогою додаткового джерела плазми на базі ВЧ індукційного розряду з подальшим транспортуванням частинок активованого газу безпосередньо до області синтезу. В работе представлены результаты разработки и исследования технологического модуля для реактивного синтеза сложнокомпозиционных соединений типа оксидов и оксинитридов на базе магнетронного и ВЧ индукционного разрядов. Основная идея технологии заключается в сепарации двух процессов: распыления металлической мишени с помощью магнетрона постоянного тока в инертном газе и активации реактивного газа с помощью дополнительного источника плазмы на основе ВЧ индукционного разряда с дальнейшей транспортировкой частиц активированного газа непосредственно к области синтеза. The results of development and research of a technological module for reactive synthesis of complex composite coatings like oxides and nitrides based on DC magnetron and RF inductive discharges are presented in the paper. The basic idea of technology consists in separation of two processes: metal target sputtering using DC magnetron in rare gas and activation of reactive gas by means of additional plasma source based on RF inductive discharge with further transportation of particles of the activated gas immediately to the surface of synthesis.
first_indexed	2025-12-07T13:22:00Z
format	Article
fulltext	ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3 195 ВСТУП Планарні магнетрони постійного струму ши- роко використовуються для нанесення ме- талевих покриттів [1, 2]. В цей же час, синтез діелектричних сполук, таких як TiO2, Al2O3, Ta2O5 та інші, зустрічає значні труднощі за простої причини, що ці сполуки не проводять постійний струм заряджених частинок. Це приводить до пасивації мішені, інтенсивного утворення мікродуг, феномену “зникаючого аноду” та різноманітних нестійкостей розря- ду. Все це значно звужує технологічне “вікно” процесу синтезу та знижує якість покриттів [3 – 5]. Для вирішення цих проблем нами було розроблено технологічний модуль для реак- тивного синтезу складнокомпозіційних спо- лук типу оксидів та оксинітридів на базі маг- нетронного та ВЧ індукційного розрядів. В цій роботі узагальнюється цикл досліджень складових частин модулю, які було проведено в попередніх роботах, а саме: • дослідження магнетрону постійного стру- му низького тиску [6]; • дослідження процесів формування мікро- дуг у магнетроні в атмосфері кисню [7, 8]; • дослідження процесів пасивації мішені [9]; • дослідження ВЧ індукційного джерела плазми [10]. Також проведено дослідження роботи технологічного модуля в цілому при нане- сенні високоякісних покриттів оксиду алюмі- нію [11]. Основна ідея технології полягає в сепарації двох процесів: розпилення мета- левої мішені за допомогою магнетрона по- стійного струму в інертному газі та активації реактивного газу за допомогою додаткового плазмового джерела на базі ВЧ індукційного розряду. УДК 533.924 СИНТЕЗ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ СПОЛУК НА БАЗІ МАГНЕТРОНУ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ О.В. Зиков, С.Д. Яковін, С.В. Дудін Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Україна Надійшла до редакції 15.09.2009 В роботі представлено результати розробки та дослідження технологічного модуля для реак- тивного синтезу складнокомпозіційних сполук типу оксидів та оксинітридів на базі магне- тронного та ВЧ індукційного розрядів. Основна ідея технології полягає в сепарації двох про- цесів: розпилення металевої мішені за допомогою магнетрона постійного струму в інертному газі та активації реактивного газу за допомогою додаткового джерела плазми на базі ВЧ ін- дукційного розряду з подальшим транспортуванням частинок активованого газу безпосередньо до області синтезу. Ключові слова: реактивний синтез, складнокомпозиційні сполуки, ВЧ індукційний розряд, магнетрон, металева мішень. В работе представлены результаты разработки и исследования технологического модуля для реактивного синтеза сложнокомпозиционных соединений типа оксидов и оксинитридов на базе магнетронного и ВЧ индукционного разрядов. Основная идея технологии заключается в сепарации двух процессов: распыления металлической мишени с помощью магнетрона по- стоянного тока в инертном газе и активации реактивного газа с помощью дополнительного источника плазмы на основе ВЧ индукционного разряда с дальнейшей транспортировкой частиц активированного газа непосредственно к области синтеза. Ключевые слова: реактивный синтез, скложнокомпозиционные соединения, ВЧ индукционый разряд, магнетрон, металлическая мишень. The results of development and research of a technological module for reactive synthesis of complex composite coatings like oxides and nitrides based on DC magnetron and RF inductive discharges are presented in the paper. The basic idea of technology consists in separation of two processes: metal target sputtering using DC magnetron in rare gas and activation of reactive gas by means of additional plasma source based on RF inductive discharge with further transportation of particles of the activated gas immediately to the surface of synthesis. Keywords: reactive magnetron sputtering, RF ICP, magnetron, plasma activation. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3196 СИНТЕЗ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ СПОЛУК НА БАЗІ МАГНЕТРОНУ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Особливість цієї системи у порівнянні з іншими полягає в тому, що вона працює в діапазоні низького тиску робочого газу (0,5 – 2 мТор), коли рух частинок протинає без зіт- кнень – вільно молекулярний режим. По-пер- ше, це дозволяє збільшити дистанцію магнет- рон – поверхня, що оброблюється, до 30 – 40 см, тому що швидкість нанесення падає з ростом відстані значно менше, ніж у режимі з зіткненнями. Це дозволяє значно збільшити площу поверхні нанесення. По-друге, вільно молекулярний режим дозволяє транспорту- вати активовані частинки реактивного газу від джерела плазми до зразків без зіткнень, які призводять до втрати частинкою енергії та неможливості вступити в реакцію. По- третє, формування діелектричного покриття реалізується в обмеженій робочій області, а не в усій вакуумній камері, що знімає пробле- ми зникаючого анода, пасивації мішені та ак- тивного дугоутворення в магнетроні. Техно- логічні параметри розробленого модуля від- повідають вимогам промислового вироб- ництва. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ УСТАТКУВАННЯ Технологічний модуль для нанесення діелект- риків на базі магнетрона постійного струму низького тиску та ВЧІ розряду було зібрано на вакуумній технологічній установці типу УРМЗ (рис. 1.) Вакуумна камера, зроблена з неіржавіючої сталі, має циліндричну форму, діаметром 700 мм. Форвакуумний та дифузійний насоси відкачують камеру до залишкового вакууму 1·10–5 Тор. На торці камери розташовано маг- нетрон низького тиску 2 (робочий тиск (2 – 10)·10–4 Тор) [6]. До складу магнетрона вхо- дить плоский магнетрон на постійних магні- тах, конструкцію якого наведено на рис. 2, пасивна система дугогасіння [7, 8] та джерело живлення постійного струму 1. Джерело жив- лення для магнетрона дозволяє отримувати напруги до 1 кВ і струм розряду до 20 А, мак- симальна потужність блоку живлення – 6 кВт. Мішень магнетрона, діаметром 170 мм, виконано з алюмінію. Відстань від мішені до зразків можна змінювати в межах 100 – 500 мм. У даній роботі розглянуто два типи індук- ційних джерел плазми (рис. 1). Конструкція з джерелом першого типу є випадком з необ- межуваною плазмою. Індуктор розташову- вався у вакуумній камері між магнетроном та підкладкоутримувачем. Другий тип ВЧІ джерела – з локалізованою (об’ємно обмеженою) плазмою, що сконцент- рована в окремій камері. Для живлення джерела ВЧІ плазми ви- користовується ВЧ генератор 4 частотою 13,56 МГц потужністю 1 кВт, який приєд- нується до котушки індуктивності за допомо- гою узгоджуючого пристрою 5. Рис. 1. Технологічна система для реактивного синте- зу покриттів на базі магнетрона та джерела ВЧІ плазми першого типу (зверху) та другого типу (знизу): 1 – блок живлення магнетрона, 2 – магнетрон, 3 – джерело ВЧІ плазми, 4 – ВЧ генератор, 5 – узгоджуючий пристрій, 6 – рухомий зонд, 7 – підкладкоутримувач, 8 – заслінка. О.В. ЗИКОВ, С.Д. ЯКОВІН, С.В. ДУДІН ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3 197 Робочий газ аргон подається прямо до мі- шені магнетрона 2 незалежно від реактивно- ному стані, з алюмінієвою поверхнею складає всього декілька відсотків [12]. Для підви- щення ефективності такої взаємодії в даній роботі застосовано активацію молекул кисню за допомогою плазми додаткового розряду. Під активацією слід розуміти таку дію плазми на молекули кисню, що приводить до дисо- ціації або збудження молекул О2. Попередні експерименти довели, що для активації пото- ку молекул кисню у вживаній нами системі необхідна ВЧ потужність 100 – 600 ват. Ці вимоги необхідно враховувати при ви- борі типу джерела плазми, і найбільш цим умовам відповідають джерела плазми на базі індукційного розряду (джерела ВЧI плазми) які знайшли широке вживання в різних плаз- мових технологіях. Основними перевагами джерел ВЧI плазми якраз і є висока густина плазми (109 – 1012 см–3), низька енергетична ціна іона і активованої частинки, стабільність розряду в хімічно активних газах, низький тиск газу в розрядній камері, можливість ви- користовування зовнішніх магнітних полів. Індукційний ВЧ розряд низького тиску може ефективно застосовуватися для плазмової ак- тивації газу в установках з вакуумною каме- рою різних розмірів і конфігурацій [2]. Експерименти по нанесенню тонких плі- вок Al2O3 з джерелом першого типу довели певне покращення стехіометрії плівок Al2O3. Вживання джерела ВЧІ плазми для активації кисню стало кроком в правильному напрямі. В той же час виявилися і недоліки такої сис- теми. ВЧ енергія вводилася в плазму у всьому об’ємі технологічної камери. Через те, що ВЧ потужність поглиналася в достатньо велико- му об’ємі, густина плазми, а, отже, і ефектив- ність активації молекул кисню плазмою, були невеликі. Крім того, більш 90% потужності поглиналося аргоном, і лише невелика її час- тина витрачалася на активізацію кисню. Низька енергетична ефективність активації приводила до обмеження потоку частинок кисню, здатних вступати у реакцію з алюмі- нієм і, як наслідок, отримання нестехіомет- ричних плівок Al2O3. Іншим недоліком такої системи є відсутність анізотропії: активова- ний кисень розповсюджувався як у напрямі підкладки, так і у напрямі магнетрона. Щоб подолати вказані вище проблеми, бу- ло застосовано джерело ВЧІ плазми другого типу – з локалізованою (об’ємно обмеженою) плазмою (рис. 3). Плазма в такому джерелі сконцентрована в індукційній камері, вико- наній з керамічної труби. На виході джерела встановлено металеву сітку, що обмежує плазму і забезпечує перепад тиску між джере- лом ВЧІ плазми та технологічною камерою. Особливістю системи було розташування джерела плазми всередині вакуумної техно- логічної камери. Завдяки цьому регулюван- ням положення та напряму джерела по від- ношенню до магнетрона вдається добитися необхідної анізотропії потоку активованого Рис. 2. Схема магнетрона низького тиску постійного струму зібраного на базі постійних магнітів (а) та конфігурація магнітних силових ліній (б). а) б) О.В. ЗИКОВ, С.Д. ЯКОВІН, С.В. ДУДІН ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3198 СИНТЕЗ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ СПОЛУК НА БАЗІ МАГНЕТРОНУ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ кисню на оброблювану поверхню. ВЧ потуж- ність в цьому випадку поглинається у відно- сно невеликому об’ємі, забезпечуючи високу густину плазми. Завдяки тому, що основна частина ВЧ потужності, що підводиться, по- глинається молекулами кисню, ми маємо більш високий ступінь активації кисню. ДОСЛІДЖЕННЯ МАГНЕТРОННОЇ ТА ІНДУКТИВНОЇ ПЛАЗМИ Процес реактивного магнетронного нанесен- ня оксиду алюмінію є дуже нестабільним. Нижче наведено результати детального до- слідження інтегральних параметрів магне- тронного та індукційного розрядів, парамет- рів плазми та газодинамічних особливостей для конкретних вакуумної установки та дже- рел електроживлення. Ці параметри – це по- чаткова точка для вибору як технологічного режиму, так і процесу контролю. На рис. 4 наведено напругу на магнетрон- ні Um, напругу на котушці індуктивності дже- рела ВЧІ плазми Uind та швидкість потоку ар- гону q від тиску аргону в робочій камері. З рис. 4 бачимо, що вони злегка зміню- ються залежно від тиску робочого газу. За- лежність Uind від ВЧ потужності має стабі- літрон-подібну форму і змінюється не біль- ше ніж 20% в діапазоні ВЧ потужності 300 – 700 Вт. З графіка бачимо, що “технологічне вікно” за тиском для одночасної роботи маг- нетрона та ВЧІ джерела плазми – 1·10-3 – 3,5·10-3 Тор (зверху процес обмежено мож- ливістю дифузійного насосу). На рис. 5 наведено вольт-амперну характе- ристику магнетрону. Знайдено, що вольт-ам- перні характеристики магнетрона не зале- жать від форми та місцерозташування анода. На рис. 6 показано залежність густини іонного струму на зонд від струму магнетрона (потужності розряду). Коли магнетронний струм є сталим, струм зонда істотно не змі- нюється в усьому дослідженому діапазоні тиску аргону. Плаваючий потенціал зонда знаходився у діапазоні (–20 – 25) В для всіх режимів маг- нетронного розряду та 5 – 8 В для індук- ційного розряду Таким чином, в подальших експериментах струм зонда було виміряно при напрузі зонда мінус 50 В. Рис. 5. Вольт-амперна характеристика магнетронного розряду (аргон, p = 2·10–3 Тор). Рис. 3. Джерело ВЧІ плазми другого типу, що було за- стосовано для синтезу плівок Al2O3. Рис. 4. Напруга на магнетроні Um, напруга на котушці індуктивності джерела ВЧІ плазми Uind та швидкість потоку аргону q від тиску аргону в робочій камері. ВЧ потужність 500 Вт. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3 199 На рис. 7 представлено залежність густини іонного струму Ji на виході джерела плазми (1) і на підкладкоутримувачі (2) від ВЧ поту- жності. Залежності густини іонного струму від ВЧ потужності джерела плазми для різного тиску робочого газу та різних сіток на виході дже- рела ВЧІ плазми представлено на рис. 8. З діаграм стає безсумнівним, що прозо- рість сітки джерела суттєво впливає на гус- тину іонного струму, що досягає зразків. Гус- тина іонного струму максимальна без сітки (~1 мА/см2 при Prf = 600 Вт) і наближається до густини струму від магнетронного розряду при потужності 5 кВт. На рис. 9 представлено радіальний розпо- діл густини іонного струму на зонд в площині підкладкоутримувача для магнетронної плаз- ми та ВЧІ плазми. Джерело ВЧІ плазми було розміщено на 10 см ближче до підкладкоутри- мувача, ніж магнетрон. Наші вимірювання показали, що при тиску, меншому ніж 3·10–3 Тор, потік іонів і активних частинок має про- філь, що розбігається за законом косинуса. РЕАКТИВНЕ МАГНЕТРОННЕ НАНЕСЕННЯ ПОКРИТТІВ З ОКСИДУ АЛЮМІНІЮ Невід’ємна особливість реактивних процесів нанесення, виконуваних із застосуванням звичайних магнетронів, – це існування роз- Рис. 9. Радіальні розподіли густини іонного струму на зонд в площині підкладкоутримувача для магне- тронної плазми (1) та ВЧІ плазми (2). Тиск 1·10–3 Тор, потужність магнетронного розряду – 4 кВт, потужність ВЧІ розряду – 500 Вт. О.В. ЗИКОВ, С.Д. ЯКОВІН, С.В. ДУДІН Рис. 7. Залежність густини іонного струму на виході джерела плазми (1) та по центру підкладкоутримувача (2) від ВЧ потужності. Рис. 8. Залежності густини іонного струму на підлож- коутримувачі від ВЧ потужності для різних сіток на виході джерела плазми. Робочий газ – аргон. Заповнені символи – p = 1,24·10–3 Тор; відкриті символи – p = 1,91·10–3 Тор. 1 – сітка з отворами 0,5 мм, про- зорістю 30%; 2 – сітка з отворами 8 мм, прозорістю 60 %; 3 – джерело плазми без сітки. Рис. 6. Залежність густини струму іонів на зонд від струму магнетрона. Потік аргону q = 12 см3/хв, тиск p = 1,24·10-3 Тор. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3200 Рис. 11. Вольт-амперні характеристики магнетрона для різник потоків кисню. 1 – аргон, тиск – 0,8·10–3 Тор, 2 – аргон плюс O2, тиск аргону – 0,8·10–3 Тор. СИНТЕЗ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ СПОЛУК НА БАЗІ МАГНЕТРОНУ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ рядної нестабільності, що пов’язано з яви- щем отруєння мішені. Для рішення цієї про- блеми реактивну магнетронну розпилюваль- ну систему для синтезу Al2O3 покриттів було модернізовано за допомогою джерела ВЧІ плазми 1 типу, а згодом 2 типу. На рис. 10а показано типовий гістерезис на характеристиці парціального тиску кис- ню для реактивного нанесення оксиду алю- мінію. Наведений графік чітко показує дина- мічні ефекти, що мають місце в процесі роз- пилення алюмінію зі зростанням парціаль- ного тиску кисню. При низькому потоці кис- ню, він витрачається на реакцію з алюмінієм на поверхні всередині робочої камери. Після критичного значення (точка 1 на рис. 10a), де ми маємо стехіометричну сполуку, процес газопоглинання в камері напилювання дося- гає насичення, тому можливість відкачування значно падає, що приводить до швидкого зростання парціального тиску кисню в каме- рі. В діапазоні кисневого насичення, всі по- верхні в робочій камері (включаючи мішень магнетрона) покриті ізолюючим шаром окси- ду алюмінію. Найбільше в цьому випадку нас турбує стан мішені: ми можемо говорити про “отруєння” або “пасивацію” мішені внаслідок появи оксидного шару на її поверхні. Коли відбувається “пасивація”, швидкість нанесен- ня різко падає, зростає інтенсивність дугоут- ворення, та розряд стає дуже нестабільним. Це пояснюється зростанням коефіцієнту вто- ринної емісії електронів на поверхні оксиду та проілюстровано за допомогою кривої гіс- терезису напруги магнетрона, що показана на рис. 10б. Тут, напругу мішені було виміряно при фіксованому катодному струмі, що дорів- нював 2,5 А. Коли кисневий потік збільшу- ється та поверхня камери окислюється, пере- хід мішені з металічної моди (450 В) у моду пасивації (340 В) здійснюється вельми швид- ко. На рис. 11 наведено вольт-амперні харак- теристики магнетрона для різних значень по- току кисню. Вимірювання було зроблено в на- ступній послідовності. При високому розрядному струмі (8 А) виставляли необхідний потік кисню, а потім Рис. 10. Гістерезис параметрів процесу від швидкості потоку реактивного газу: а) гістерезис парціального тиску кисню, б) гістерезис катодної напруги. Точки 1, 2, 3 відповідають межі формування стехіометричної плівки з різними режимами активації кисню. 1 – без активації кисню, 2 – активація кисню джерелом ВЧІ типу 1, 3 – активація кисню джерелом ВЧІ типу 2. а) б) ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3 201 зменшували струм магнетрона, доки не від- бувався перехід у режим пасивації. Таким чином було виміряно залежність мінімальної потужності, при якій магнетрон ще зоставав- ся у металевій моді, від швидкості потоку кисню (рис. 12). З графіка бачимо майже лінійну залежність, приблизно 10 – 12 (см3/ хв)/кВт. За допомогою реактивного магнетронного розпилювання можливо нанесення високо- якісних плівок оксиду алюмінію з великими швидкостями, але лише за умови надійного усунення переходу до пасивації мішені. Для досягнення цієї мети можна застосовувати складні системи контролю зі зворотнім зв’яз- ком або, як у цій роботі, модифікувати розпи- лююче обладнання, щоб збільшити ефектив- ний парціальний тиск кисню в області син- тезу плівки. Кінцева мета – досягти бажаних умов на підкладці зі зразками при тому, що мішень буде знаходиться в більш сприятливо- му оточенні, далекому від режиму пасивації. Найбільш цікавим у цій роботі є створення таких умов синтезу, за якими створюється попередня активація реактивного газу за допомогою незалежного джерела ВЧІ плазми та доставка цього реактивного газу з високим ступенем активації якнайближче до підклад- ки, збільшуючи тим самим ефективний пар- ціальний тиск кисню в області синтезу, таким чином розширюючи діапазон робочого режи- му завдяки утримуванню мішені в умовах, що відповідають більш стабільній області на гістерезісній кривій. Проведені експерименти з успіхом підтвердили цю ідею. На рис. 10 границю нанесення стехіометричної плівки показано точками 2 та 3 для різних типів дже- рела ВЧІ плазми. Заслуговує на увагу той факт, що включення джерела ВЧІ плазми майже не змінює гістерезисну залежність, яку показано на рис. 10. Таким чином принци- повою проблемою при нанесенні стехіомет- ричної плівки Al2O3 за допомогою направле- ного джерела активованого кисню є відносне розташування магнетрона, джерела ВЧІ плазми та підложки. Було встановлено, що трьохмірну область формування стехіомет- ричного Al2O3 в робочій камері визначають не тільки головні технологічні параметри процесу (потужності магнетронного та ВЧІ розрядів, швидкість потоку кисню, тиск арго- ну), але й геометричні параметри (відстані, кути та позиції магнетрона та джерела ВЧІ плазми по відношенню до підкладкоутриму- вача). На рис. 13 показано 2 мірну діаграму син- тезу стехіометричної плівки в даній системі в площині магнетрона та джерела ВЧІ плазми. Експериментально знайдено, що на від- стані 30 см від магнетрона стехіометрічна плівка оксиду алюмінію синтезується на всій О.В. ЗИКОВ, С.Д. ЯКОВІН, С.В. ДУДІН Рис. 12. Залежність мінімальної потужності P, що не- обхідна для роботи магнетрона в металевій моді та в режимі без дуг, від швидкості потоку кисню Q. Рис. 13. Експериментальна двумерна діаграма плівки, синтезованої за допомогою активації кисню джерелом ВЧІ плазми. 1 – магнетрон, 2 – джерело ВЧІ плазми, 3 – підкладкоутримувач з показаним розподілом про- зорості плівки (стехіометричну область заштрихо- вано). ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3202 СИНТЕЗ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ СПОЛУК НА БАЗІ МАГНЕТРОНУ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ площі підложки 30×30 см при потужності магнетронного розряду 5 кВт та ВЧІ потуж- ності близько 500 Вт. На рис. 14 наведено залежність швидкості нанесення оксиду алюмінію в площині під- кладкоутримувача від тиску аргону у камері. Описувана в роботі система для синтезу покриттів оксиду алюмінію є закінченим са- мостійним модулем, який може бути приєд- нано до будь-якої вакуумної установки. Роз- роблену нами систему було змонтовано на вакуумній установці “Бальцерс” у м. Радом, Польща і було проведено цикл експериментів по нанесенню покриттів на зразки та їх по- дальшого дослідження [11]. Таким чином, ба- чимо, що наша система є працездатною на різних вакуумних установках, з різними параметрами насосів тощо. Тобто можна говорити про “технологічний кластер”, який можна буде приєднувати до будь-якої ваку- умної системи. ВИСНОВКИ Результатом циклу робіт стала розробка но- вого технологічного модуля для реактивного синтезу складнокомпозіційних сполук типу оксидів та оксинітридів на базі магнетрон- ного та ВЧ індукційного розрядів. Основна ідея технології полягає в сепарації двох про- цесів: розпилення металевої мішені за допо- могою магнетрона постійного струму в інерт- ному газі та активації реактивного газу за до- помогою додаткового плазмового джерела на базі ВЧ індукційного розряду. Для того, щоб добитися стабільної роботи системи, було вирішено такі проблеми. По- перше, було застосовано незбалансований магнетрон другого роду, який може працю- вати при низькому тиску, одночасно з індук- ційним розрядом. По-друге, для більш повної активації молекул кисню було застосовано допоміжний розряд – ВЧ індукційний. По- третє, було застосовано ВЧІ джерело з лока- лізованою плазмою, створене так, щоб реак- тивний газ з високим ступенем активації по- трапляв якнайближче до підкладки, збіль- шуючи тим самим ефективний парціальний тиск кисню в області синтезу, та майже не досягав мішені магнетрона. Таким чином роз- ширюється діапазон робочого режиму сис- теми завдяки утримуванню мішені в умовах, що відповідають більш стабільній області. Робочий діапазон параметрів дозволяє монтувати модуль на стандартному вакуум- ному обладнанні, в єдиному циклі проводити очистку та активацію поверхні, що обробля- ється, наносити металеві, діелектричні склад- нокомпозіційні та багатошарові покриття. Конструкція модуля дозволяє проводити модернізацію шляхом використання декіль- кох магнетронів та поляризацію зразків на- пругою в декілька кіловольт. Роботу виконано в Харківському націо- нальному університеті імені В.Н. Каразіна за держбюджетною темою № 9-13-09. ЛІТЕРАТУРА 1. Danilin B.S. The use of low-temperature plasma for thin film deposition. – M.:Energoatomizdat, 1989. 2. Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing// Wiley: New York, 1994. 3. Deshpandey C., Bunshah R.F.//hin Solid Films. – 1988. – Vol. 163. – P. 131-147. 4. Scholl R.A.//Surf. Coat. Technol.–1998. – Vol. 98. – P. 823. 5. Dorre E., Hubner H. (Eds.). Alumina: Proces- sing Properties and Applications/Springer, Berlin, 1984. 6. Zykov A.V., Dudin S.V., Yakovin S.D., Walko- wicz J. Magnetron sputtering system for syn- Рис. 14. Залежність швидкості нанесення оксиду алю- мінію в площині підкладкоутримувача від тиску арго- ну. Верхня лінія – швидкість нанесення, нижня – при- ведена швидкість нанесення на кіловат потужності магнетронного розряду. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 3, vol. 7, No. 3 203  О.В. Зиков, С.Д. Яковін, С.В. Дудін, 2009. Зыков Александр Владимирович – начальник отдела ионно-плазменных систем НИЛ ДПТП до 1993 года, доцент кафедры физических-технологий, старший научный сотрудник НИЛ ДПТП (по совместительству). Яковин Станислав Дмитриевич – старший научный сотрудник НИЛ ДПТП. thesis dielectric coatings//10th Intl. Conf. on Plas- ma Physics and Controlled Fusion, Alushta, Ukraine. Book of Abstracts. – 2004. – P.170. 7. Borodin M.I., Dudin S.V., Farenik V.I. Time resolved investigation of non-stationary mag- netron discharge//10th Intl. Conf. on Plasma Phy- sics and Controlled Fusion, Alushta, Ukraine. Book of Abstracts. – 2004. – P. 181. 8. Dudin S.V., Farenik V.I., Dahov A.N. Develop- ment of arc suppression technique for reactive magnetron sputtering//Physical Surface Engineе- ring. – 2005. – Vol. 3, No 3-4. 9. Walkowicz J., Zykov A.V., Dudin S.V., Yako- vin S.D. Oxygen activation effect on reactive magnetron synthesis of alumina coatings. Prob- lems of atomic science and technology//Series Plasma physics. – 2007. – No 1. – С. 194-196. 10. Denysenko M.Yu.I., Dudin S., Zykov A., Aza- renkov N. Ion flux uniformity in inductively cou- pled plasma sources//Phys. Plasmas. – Vol. 9, No. 11. 11. Walkowicz Jan, Zykov Aleksandr, Dudin Stanis- lav, Yakovin Stanislav, Brudnias Rafal. ICP enhanced reactive magnetron sputtering system for syntesis of alumina coating//Tribologia. – 2006. – No 6. – P. 163-174. 12. Behler Jorg, Delley Bernard, Lorenz Sonke, Reuter Karsten, and Scheffter Matthias. Dis- sociation of O2 at Al(111): The Role of Spin Selection Rules//Physical Review Letters. – 2005. – No. 94. О.В. ЗИКОВ, С.Д. ЯКОВІН, С.В. ДУДІН
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7982
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-8074
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T13:22:00Z
publishDate	2009
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Зиков, О.В. Яковін, С.Д. Дудін, С.В. 2010-04-23T11:21:02Z 2010-04-23T11:21:02Z 2009 Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму / О.В. Зиков, С.Д. Яковін, С.В. Дудін // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 3. — С. 195-203. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7982 533.924 В роботі представлено результати розробки та дослідження технологічного модуля для реактивного синтезу складнокомпозіційних сполук типу оксидів та оксинітридів на базі магнетронного та ВЧ індукційного розрядів. Основна ідея технології полягає в сепарації двох процесів: розпилення металевої мішені за допомогою магнетрона постійного струму в інертному газі та активації реактивного газу за допомогою додаткового джерела плазми на базі ВЧ індукційного розряду з подальшим транспортуванням частинок активованого газу безпосередньо до області синтезу. В работе представлены результаты разработки и исследования технологического модуля для реактивного синтеза сложнокомпозиционных соединений типа оксидов и оксинитридов на базе магнетронного и ВЧ индукционного разрядов. Основная идея технологии заключается в сепарации двух процессов: распыления металлической мишени с помощью магнетрона постоянного тока в инертном газе и активации реактивного газа с помощью дополнительного источника плазмы на основе ВЧ индукционного разряда с дальнейшей транспортировкой частиц активированного газа непосредственно к области синтеза. The results of development and research of a technological module for reactive synthesis of complex composite coatings like oxides and nitrides based on DC magnetron and RF inductive discharges are presented in the paper. The basic idea of technology consists in separation of two processes: metal target sputtering using DC magnetron in rare gas and activation of reactive gas by means of additional plasma source based on RF inductive discharge with further transportation of particles of the activated gas immediately to the surface of synthesis. uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму Article published earlier
spellingShingle	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму Зиков, О.В. Яковін, С.Д. Дудін, С.В.
title	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму
title_full	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму
title_fullStr	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму
title_full_unstemmed	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму
title_short	Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму
title_sort	синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7982
work_keys_str_mv	AT zikovov sintezdíelektričnihspoluknabazímagnetronupostíinogostrumu AT âkovínsd sintezdíelektričnihspoluknabazímagnetronupostíinogostrumu AT dudínsv sintezdíelektričnihspoluknabazímagnetronupostíinogostrumu

Синтез діелектричних сполук на базі магнетрону постійного струму

Institution

Similar Items