Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления
Исследуются сильноточные импульсные режимы работы планарной магнетронной распылительной системы (МРС) с образованием на поверхности распыляемой мишени катодных пятен. Технологические испытания показали, что скорость осаждения покрытий зависит от типа разряда в МРС, и эта зависимость в импульсных реж...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81132 |
| 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: | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления / А.А. Бизюков, К.Н. Середа, А.Е. Кашаба, Е.В. Ромащенко, А.Д. Чибисов, В.В. Поневчинский, В.В.Слепцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 136-141. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860251364484972544 |
|---|---|
| author | Бизюков, А.А. Середа, К.Н. Кашаба, А.Е. Ромащенко, Е.В. Чибисов, А.Д. Поневчинский, В.В. Слепцов, В.В. |
| author_facet | Бизюков, А.А. Середа, К.Н. Кашаба, А.Е. Ромащенко, Е.В. Чибисов, А.Д. Поневчинский, В.В. Слепцов, В.В. |
| citation_txt | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления / А.А. Бизюков, К.Н. Середа, А.Е. Кашаба, Е.В. Ромащенко, А.Д. Чибисов, В.В. Поневчинский, В.В.Слепцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 136-141. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Исследуются сильноточные импульсные режимы работы планарной магнетронной распылительной системы (МРС) с образованием на поверхности распыляемой мишени катодных пятен. Технологические испытания показали, что скорость осаждения покрытий зависит от типа разряда в МРС, и эта зависимость в импульсных режимах более сильная, чем в постоянных. В осажденном покрытии не обнаружено наличие капель материала катода. Это обусловлено тем, что они испаряются под действием потоков заряженных частиц плотной плазмы. Предложена теоретическая модель, показывающая возможность испарения или уменьшения размеров определенной части капель в плазменном потоке вакуумной дуги. Показано, что эффективность испарения капельной фазы растет с увеличением плотности плазмы.
Досліджуються потужнострумові імпульсні режими роботи планарної магнетронної розпилювальної
системи (МРС) з утворенням на поверхні розпалюваної мішені катодних плям. Технологічні випробування
показали, що швидкість осадження покриттів залежить від типу розряду в МРС, і ця залежність в
імпульсних режимах більш сильна ніж у постійному. В осадженому покритті не виявлена наявність крапель
матеріалу катода. Відсутність в осадженому покритті крапель матеріалу катода, обумовлена тим, що вони
випаровуються під дією потоків заряджених частинок плазми з високою густиною. Запропоновано
теоретичну модель, яка показує можливість випаровування або зменшення розмірів певної частини крапель
в плазмовому потоці вакуумної дуги. Показано, що ефективність випаровування краплинної фази росте зі
збільшенням густини плазми.
In the article, we investigate high-current regimes with initiation of cathode spots on the sputtered surface in
planar magnetron sputtering system. The trials show that deposition rate depends on the discharge type in the system
and this dependence in pulsed regimes is stronger than in stationary ones. The deposited coating does not contain
drops of cathode material. The absence of drops is conditioned by the fact that they are evaporated under the effect
of charged particle fluxes of dense plasma. The theoretical model describing possibility of evaporation or size
decreasing of several sorts of particles in the plasma flux of vacuum arc is proposed. It was shown that efficiency of
drop evaporation increases with increasing plasma density.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:43:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
ИСПАРЕНИЕ МАКРОЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕ СИЛЬНОТОЧНОГО ИМ-
ПУЛЬСНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
А.А. Бизюков, К.Н. Середа, А.Е. Кашаба, Е.В. Ромащенко*, А.Д. Чибисов,
В.В. Поневчинский*, В.В.Слепцов**
Харьковский национальный университет им. В.Н.Каразина
Харьков, Украина
тел.(057) 335-37-44
*Восточноукраинский национальный университет им. В.Даля
Луганск, Украина
**“МАТИ”–РГТУ им. К.Э.Циолковского, Москва, Россия
Исследуются сильноточные импульсные режимы работы планарной магнетронной распылительной си-
стемы (МРС) с образованием на поверхности распыляемой мишени катодных пятен. Технологические испы-
тания показали, что скорость осаждения покрытий зависит от типа разряда в МРС, и эта зависимость в им-
пульсных режимах более сильная, чем в постоянных. В осажденном покрытии не обнаружено наличие
капель материала катода. Это обусловлено тем, что они испаряются под действием потоков заряженных ча-
стиц плотной плазмы. Предложена теоретическая модель, показывающая возможность испарения или
уменьшения размеров определенной части капель в плазменном потоке вакуумной дуги. Показано, что эф-
фективность испарения капельной фазы растет с увеличением плотности плазмы.
PACS: 52.80.Mg
1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в различных отраслях народ-
ного хозяйства, машиностроении и медицине широ-
ко используются вакуумно-плазменные технологии
получения покрытий на поверхности материалов. В
вакуумно-плазменных технологических процессах
осаждения тонких плёнок, наряду с другими метода-
ми, применяется метод магнетронного распыления
[1]. В последнее время интенсивно исследуются им-
пульсные режимы работы магнетронно-распыли-
тельных систем (МРС) и разрабатывается оборудо-
вание для решения новых технологических задач
[2]. Это обусловлено рядом преимуществ им-
пульсного газового разряда перед стационарным:
высокой плотностью плазмы газового разряда,
контролируемостью теплового воздействия на обра-
батываемое изделие, расширением диапазона пара-
метров технологических процессов и т.д. [3]. Ис-
пользование так называемой “импульсной плазмы”
является весьма перспективным для различных про-
цессов плазменной обработки материалов. В настоя-
щее время для увеличения скорости и улучшения
однородности осаждения покрытий, улучшения ка-
чества осаждаемых тонких плёнок широко исполь-
зуются импульсные разряды постоянного тока (dc),
высокочастотные разряды (RF) или микроволновые
разряды (MW) [4, 5]. Применение импульсной плаз-
мы позволяет также снизить шероховатость, препят-
ствует образованию кластеров, снижает поврежде-
ния осаждаемого покрытия, вызываемые накоплен-
ным поверхностным зарядом, и уменьшает тепловой
поток на поверхность.
Исследование импульсных МРС в режимах с
большими разрядными токами стимулируется воз-
можностью уменьшения энергетических затрат на
процесс ионного распыления при больших плотно-
стях ионного тока на мишень – переход ион-атом-
ного взаимодействия в режим “тепловых пиков” [6].
Кроме того, контролируемый переход МРС при уве-
личении разрядного тока в импульсный дуговой ре-
жим с магнитным удержанием катодного пятна на
рабочей поверхности мишени (что обеспечивается
топографией магнитного поля типичной МРС) поз-
воляет получить универсальную технологическую
систему (магнетрон – дуговой испаритель) без изме-
нения базовой конструкции [7-9].
Вместе с тем, характерной особенностью дугово-
го разряда в вакууме является наличие на катодной
поверхности быстро перемещающихся катодных пя-
тен. Эрозия поверхности катода вакуумной дуги под
воздействием катодного пятна обуславливает гене-
рацию потоков ионов, нейтрального пара и макроча-
стиц – капель (иногда – твердых осколков) материа-
ла катода. Основными продуктами эрозии являются
ионы и капли, доля нейтрального пара в расходе
массы катода мала и не превышает 1% [10-12].
Вклад капельной фазы в полный массоперенос мате-
риала катода может достигать 90%. Макрочастицы
имеют размеры мкм1001 , однако встречаются
более крупные и более мелкие частицы. Скорость
движения капель ссм42 1010 [13]. Количество
макрочастиц зависит от материала катода, тока ду-
гового разряда, теплового режима и геометрии като-
да [14].
Наличие макрочастиц материала катода в плазме
газового разряда ограничивает применимость дан-
ного метода нанесения покрытий в таких областях,
как оптика, микроэлектроника, точная механика, ме-
дицина, поскольку такие характеристики, как адге-
зия покрытия с поверхностью, пористость, шерохо-
ватость поверхности покрытия оказываются неу-
довлетворительными для решения целого спектра
технологических задач.
В настоящей работе исследуются процессы оса-
ждения покрытий с использованием планарной маг-
________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.136-141.136
нетронной распылительной системы в сильноточ-
ных импульсных режимах.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Экспериментальные исследования импульсных
режимов проводились на макете экспериментальной
установки, который содержал планарную магне-
тронную распылительную систему с медной распы-
ляемой мишенью (катод МРС) диаметром 100 мм,
помещенную в вакуумную камеру установки типа
УВН-71. Под мишенью располагалась система по-
стоянных магнитов, создающая магнитное поле
арочной конфигурации. Напряженность магнитного
поля на поверхности распыляемой мишени состав-
ляла Н≈800 Э. Обрабатываемые подложки распола-
гались на расстоянии 60 мм от катода МРС на охла-
ждаемом вращающемся барабане – подложкодержа-
теле.
Вакуумная система обеспечивала откачку рабо-
чего объёма до давления Торр5105 −⋅ . Рабочее дав-
ление устанавливалось путем непрерывного напуска
рабочего газа (аргон) непосредственно в область
разряда.
Питание МРС осуществлялось от сильноточного
импульсного блока питания, обеспечивающего меж-
ду электродами МРС импульсное напряжение ам-
плитудой U ≈1200 В с частотой 5 Гц, задаваемой
блоком управления. Ток разряда мог регулироваться
в пределах от 500 до 3000 А.
Измерения напряжения на разрядном промежут-
ке проводились с использованием высокоомного ма-
лоиндуктивного делителя напряжения. Ток разряда
измерялся с помощью пояса Роговского. Во всех
экспериментах погрешность измерений параметров
импульсов напряжения и тока разряда не превышала
20%.
Определение основных технологических пара-
метров МРС в импульсных сильноточных режимах
работы (скорости осаждения, рабочих давлений и
т.д.) проводилось при напылении меди на кремние-
вые пластины при времени напыления t =10 минут.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
И ОБСУЖДЕНИЕ
Диапазон давлений рабочего газа (аргона) при
которых устойчиво зажигается импульсный сильно-
точный разряд, составлял ( ) Торрp 31052 −⋅= .
На Рис.1 приведены типичные осциллограммы
напряжения и тока разряда в МРС.
Видно, что при достижении напряжением на раз-
рядном промежутке значения В12001100 проис-
ходит зажигание разряда. В начальной стадии горе-
ния, в течение 10 мкс разряд характеризуется повы-
шенным значением напряжения (около 1000 В) и не-
значительными значениями тока (несколько десят-
ков ампер). Такие значения напряжения и тока раз-
ряда свидетельствуют о том, что в начальной стадии
зажигается импульсный магнетронный разряд с по-
вышенными, по сравнению со стационарным магне-
тронным разрядом, значениями тока и напряжения.
Однако при превышении током разряда некоторого
критического значения (около 80 А), которое соот-
ветствует току одного катодного пятна для медного
электрода, наблюдается резкий срыв напряжения
разряда до значений около 100 В и разряд переходит
в фазу импульсной вакуумной дуги.
Рис.1. Типичные осциллограммы напряжения и
тока разряда в МРС
Дуговой разряд в импульсной МРС имеет свои
особенности. При больших магнитных полях ка-
тодные пятна образуются на поверхности мишени в
области магнитной ловушки магнетрона, т.е. дуго-
вой разряд происходит в поперечном магнитном по-
ле. Разряд характеризуется повышенным напряже-
нием, U=50…12 B, которое изменяется пропорцио-
нально напряжённости магнитного поля и току раз-
ряда. При малых разрядных токах I=80…150 A
структура плазменного шнура подобна магнетрон-
ной – равномерно светящийся плазменный тор над
зоной эрозии мишени с катодными пятнами. По кос-
венным признакам катодные пятна в этом режиме
можно классифицировать как первого рода. При
увеличении разрядного тока (за времена порядка
1…3 мкс)) происходит пробой внешнего магнитного
поля магнетрона собственным магнитным полем
дрейфового тока [15]. Разрядный ток в магнетроне
связан с дрейфовым током дI соотношением
( )HeдII ων= , где ν – частота электрон-атомных
столкновений, Heω – электронная циклотронная ча-
стота. Так как для параметров разряда величина
νω He лежит в диапазоне 10…100, напряжённость
магнитного поля дрейфового тока может быть срав-
нима по величине с полем магнитной системы маг-
нетрона. Таким образом, при больших токах конфи-
гурация магнитного поля теряет удерживающие
свойства и дуговой разряд переходит из разряда с
поперечным магнитным полем в разряд с продоль-
ным магнитным полем [7]. При этом ток разряда за
время порядка 15 мкс возрастает до максимально
достижимого значения.
________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.136-141.137
Технологические испытания показали, что ско-
рость осаждения покрытий зависит от типа разряда
в МРС, и эта зависимость в импульсных режимах
более сильная, чем в постоянных. Механические и
адгезионные характеристики покрытий также улуч-
шились.
Увеличение скорости массопереноса в им-
пульсных режимах работы МРС с повышенными
значениями тока и напряжения разряда вероятно
связано с переходом ион-атомного распыления в ре-
жим "тепловых пиков", когда ток разряда достигает
значений, типичных для вакуумной дуги, но пере-
ход в дуговой разряд и возникновение катодных пя-
тен еще не происходит. При переходе МРС в режим
импульсной вакуумной дуги с ограничением тока
поперечным магнитным полем, а затем в режим ва-
куумной дуги в продольном магнитном поле увели-
чение скорости массопереноса обусловлено эрозией
катода под действием катодных пятен.
Зависимость скорости осаждения от тока разряда
носит нелинейный характер (Рис.2).
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
v ос
аж
де
ни
я ,м
км
/м
ин
Iр , А
Рис.2. Зависимость скорости осаждения (v)
от тока разряда (Ip)
Исследования микроструктуры пленок меди, по-
лученных дуговыми методами, проведенные в [2]
для токов разряда 500…1000 А, показали наличие в
конденсате капель (Рис.3).
Рис.3. Тороидальная форма капель меди на поверх-
ности плазменно-дуговых конденсатов
(увеличение х2000)
Исследование микроструктуры поверхности про-
водилось на полимерных трековых мембранах с раз-
мерами пор 0,3 мкм, которые использовались для
наглядности в качестве масштабных меток. Напыле-
ние меди проводилось на одну сторону подложки в
течение 15 мин при токе разряда АI р 800≈ , дли-
тельности импульса 15 мкс и частоте 5 Гц, в этом
режиме не происходит значительного разогрева
подложки.
Рис.4. Фотография поверхности трековых мембран
с размерами пор 0,3 мкм
Фотография поверхности образцов приведена на
Рис.4. Наличие капель в осажденном покрытии не
обнаружено.
Отсутствие в осажденном покрытии капель мате-
риала катода обусловлено, очевидно, тем, что они
испаряются под действием потоков заряженных ча-
стиц плотной плазмы. Макрочастицы, вылетевшие с
поверхности катода, пролетая через плазму вакуум-
ной дуги, подвергаются воздействию электронов и
ионов плазмы, что обуславливает заряд макрочастиц
до амбиполярного потенциала, определяемого пара-
метрами плазмы. Величина потенциала капли в
плазме вакуумной дуги может быть определена из
условия равенства ионного и электронного токов на
поверхности капли. Учитывая, что в стационарном
дуговом разряде низкого давления образуется неизо-
термическая плазма с плотностью
3128 1010 −= смn pl (в импульсном
31512 1010 −= смnpl ), температурой электронов
эВTe 10≈ и температурой ионов эВTi 1< , для
ионного тока на каплю можно воспользоваться вы-
ражением Бома iepli mTenj ⋅= 6.0 . Тогда для по-
тенциала капли можно записать:
( ) ( ) вmmeT iee 5226.0ln −≈=ϕ , где im и em –
масса иона и электрона, соответственно; e – заряд
электрона. Следовательно, ионы плазмы, ускоряясь
в поле дебаевского слоя, бомбардируют поверхность
капли с энергией, определяемой потенциалом капли,
а электроны плазмы тормозятся в поле слоя, и на по-
верхность капли попадает только часть электронов
из высокоэнергетичного хвоста функции распреде-
ления. Тогда для мощностей, передаваемых капле
электронной и ионной компонентами плазмы, мож-
но записать следующие выражения:
dtSkTemkTndE ke
kTe
eeple
eϕπ −= 2 ,
dtSmkTndE Дiiepli ε26,0= , (1)
где ( ) 2224 DDS ДД += π – площадь поверхности,
собирающей ионы; ДД RD =2 – толщина дебаев-
ского слоя; D – начальный размер макрочастицы;
138
ϕε ei = – энергия ионов. Суммарная энергия, кото-
рую электроны и ионы переносят на каплю, равна
ie dEdEdE += .
В результате ионной и электронной бомбарди-
ровки происходит нагрев капли. Однако одновре-
менно с нагревом капли происходит её охлаждение
за счет ИК-излучения и теплообмена с окружающим
газом. Охлаждение капли за счет ИК–излучения
описывается законом Стефана-Больцмана, который
в нашем случае принимает вид:
dtSTdE кR
4α σ= , (2)
где α – средняя интегральная излучательная
способность капли, σ – постоянная Стефана-Больц-
мана.
Теплообмен с окружающим газом описывается
законом Ньютона, который в нашем случае прини-
мает вид:
dtTTSVnkdE кnkTnnБn )( −= , (3)
где Бk – постоянная Больцмана, T – температура
капли, nT – температура нейтральных атомов, nn и
TnV – плотность и тепловая скорость нейтральных
атомов, соответственно.
Уравнение теплового баланса капли имеет вид:
( ) dmcdTtmdtSmkTn
SemkTen
STTTSVnk
Дiie
k
kTe
ee
ккnкTnnБ
e
λε
π
α σ
ϕ
+=+
++
+−−
−
)26.0
2
)(( 4
, (4)
где −c удельная теплоемкость материала капли, m –
масса капли; −∆ m прирост массы газообразной
фазы за время t∆ , −λ скрытая теплота парообразо-
вания.
Согласно [16], скорость испарения J материала
капли нагретой до температуры T определяется
числом частиц, покидающих в единицу времени
единицу площади поверхности. Если рассматривать
тело, находящееся в равновесии со своим насыщен-
ным паром, то число частиц, покидающих поверх-
ность тела, равно числу частиц, падающих в течение
того же времени на эту поверхность, т.е. равно
( ) 2
1
02 kTmpJ π= , (5)
где −p давление насыщенного пара при температу-
ре поверхности T , которое обеспечивает скорость
конденсации, определенную в экспериментальных
условиях, −0m масса молекул, −k постоянная
Больцмана.
Упругость насыщенного пара экспоненциально
растет с температурой
−=
TTR
pp 11exp
0
0
µ λ
, (6)
где −0p известное давление при температуре плав-
ления 0T , −µ молярная масса.
Влияние кривизны поверхности капли на упру-
гость насыщенных паров мы не учитываем, так как,
например, при радиусе капли, равном 10 мкм, упру-
гость насыщенных паров только на один процент
отличается от нормальной (для плоской поверхно-
сти).
Уравнение (4), дополненное начальным услови-
ем – начальная температура капель равна темпера-
туре плавления плавTtTT ==≡ )0(0 , описывает изме-
нение температуры капли в плазме вакуумной дуги
при воздействии на неё нагревающих и охлаждаю-
щих факторов. В результате численного решения
уравнения (4) с учетом соотношений (5)-(6) получе-
на зависимость температуры капли от времени пре-
бывания в плазме с разной плотностью.
Во всех расчетах принималось, что при удалении
от поверхности катода плотность плазмы спадает
экспоненциально на 3 порядка на длине 5 см.
На Рис.5 приведена зависимость температуры
медных капель с начальным размером 410 −=R см
от времени пролета в плазме при различных значе-
ниях плотности плазмы у катода. На Рис.6. приведе-
на аналогичная зависимость для титановых капель.
Т, К
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
1200
1400
1600
1800
2000
2200
t, с
Рис.5. Зависимость температуры медных капель с
начальным размером 410 −=R см от времени проле-
та в плазме при плотности плазмы у катода:
_______ 315103,0 −⋅= смn ; ………. 315107,1 −⋅= смn ;
- - - - - 315105 −⋅= смn
Т, К
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
2000
2250
2500
2750
3000
3250
3500
t, с
Рис.6. Зависимость температуры титановых
капель с начальным размером 310 −=R см от време-
ни пролета в плазме при плотности плазмы у като-
да:
_______ 315105,0 −⋅= смn ; ………. 315101 −⋅= смn ;
- - - - - 315105,1 −⋅= смn
Из рисунков видно, что на начальной стадии при
пролете каплей плотной прикатодной плазмы проис-
ходит интенсивный нагрев капель. При достаточно
высоких плотностях прикатодной плазмы капли мо-
гут быть разогреты даже до температуры кипения
________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.136-141.139
материала. При больших временах, при пролете кап-
лями уже менее плотной плазмы, температура
капель выходит на насыщение и даже может проис-
ходить некоторое охлаждение капель.
Вычислена скорость изменения размера капли
(скорость испарения) при различных значениях
плотности плазмы у катода.
На Рис.7 показаны результаты вычислений ско-
рости изменения радиуса титановых капель при раз-
личных значениях плотности плазмы у катода.
J, cм/c
0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001
0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
t, с
Рис.7. Скорость испарения титановых капель при
различной плотности плазмы у катода:
_______ 315105,0 −⋅= смn ; ………. 315101 −⋅= смn ;
- - - - - - 315105,1 −⋅= смn
Из рисунков видно, что на малых временах,
когда капли находятся в плотной прикатодной плаз-
ме, происходит интенсивное испарение капель, а по
мере удаления капель от катода, в область менее
плотной плазмы, скорость испарения капель снижа-
ется, выходит на насыщение и стремится к нулю.
На Рис.8 приведена зависимость радиуса медных
и титановых капель от времени при двух отличаю-
щихся на порядок значениях плотности плазмы у ка-
тода. Для наглядности начальный размер частиц
принят 100 мкм, т.е. самый крупный возможный
размер. Из рисунка видно, что даже такие крупные
капли при достаточно высоких плотностях плазмы
могут быть испарены за времена не более несколь-
ких десятитысячных долей секунды. Учитывая, что
скорость движения капель ссм42 1010 можно
утверждать, что испарение капель происходит на
длине пролета около 1 см.
Рис.8. Зависимость радиуса медных и титановых
капель от времени: 1 – медной капли при плотно-
сти плазмы у катода 31510 −= смn ; 2 – медной кап-
ли при плотности плазмы у катода 31410 −= смn ; 3
– титановой капли при плотности плазмы у като-
да 31510 −= смn ; 4 – титановой капли при плотно-
сти плазмы у катода 31410 −= смn
Таким образом, показана принципиальная воз-
можность испарения или уменьшения размеров
определенной части капель в плазменном потоке ва-
куумной дуги. Эффективность испарения капельной
фазы растет с увеличением плотности плазмы. По-
лученные результаты могут быть использованы при
разработке новых и усовершенствовании уже суще-
ствующих дуговых испарителей с целью увеличения
качества покрытий и эффективности метода вакуум-
но-дугового нанесения покрытий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Б.С. Данилин. Применение низкотемператур-
ной плазмы для нанесения тонких плёнок.
М.: «Энергоатомиздат», 1989, с.328.
2. В.П. Белевский, А.И. Кузьмичёв и др. Импульс-
ная ионная обработка и осаждение тонких
плёнок и покрытий. Киев: Об-во “Знание” Укра-
ины, 1991, с.23.
3. А.И. Кузьмичёв. Модуляторы для импульсного
питания магнетронных распылительных си-
стем. Труды 7 Международного симпозиума
“Тонкие плёнки в электронике”, Йошкар-Ола.
1996, с.237-240.
4. K. Awazu, N. Sakudo, H. Yasui, et al. Films
formed by hybrid pulse plasma coating (HPPC)
system. AIP Conference Proceedings, 2001, v.576,
Issue 1, p.955.
5. Sanner Mark A., Park Jin Y. Dynamic pulsed plas-
ma reactor for chemical vapor deposition of ad-
vanced materials // Review of Scientific Instru-
ments. 1997, v.68, Issue 3, p.1575.
6. Р. Бериш. Распыление твёрдых тел ионной бом-
бардировкой. М.: Мир, 1984, с.336.
7. A.A. Bizyukov, A.Y. Kashaba, E.V. Romaschenko,
et al. Features of high-current pulsed regimes in
magnetron sputtering systems // Problems of Atom-
ic Science and Technology. Series: Plasma Physics.
2005, №2 (11), p.167-169.
8. A.A. Bizyukov, А.Y. Kashaba, I.K. Tarasov, et al.
Pulsed magnetron sputtering system. Abstracts of
Eight International Conference on Plasma Surface
Engineering. Garmisch-Partenkirchen. 2002,
WePPU2, p.367.
9. A.A. Bizyukov, A.Y. Kashaba, K.N. Sereda. Multi-
purpose pulsed device for high rate deposition. Ab-
stracts of the 4th Asian-European International Con-
ference on Plasma Surface Engineering (AEPSE
2003). Jeju City, Korea. 2003, TuA–AO2.
10.C.W. Kimblin. Erosion and ionization in the cath-
ode spot region of vacuum arcs // J. Appl.
Phys.1973, v.44, №7, p.3074-3081.
11. J.E. Daalder. Components of cathode erosion in
vacuum arcs // J. Phys. D: Appl. Phys. 1976, v.9,
№11. p.2379-2395.
12. J.E. Daalder. Erosion and the origin of charged and
neutral species in vacuum arcs // J. Phys. D: Appl.
Phys. 1975, v.8, №14. p.1647-1659.
140
13.Б.Н. Клярфельд, Н.А. Неретина, Н.Н. Дружинина.
Разрушение металлов катодным пятном дуги в
вакууме // ЖТФ. 1969, т.39, вып.6, с.1061-1065.
14.G.W. McClure. Plasma expansion as a cause of
metal displacement in vacuum arc spots // J. Appl.
Phys. 1974, v.45, №5, p.2078-2084.
15.A.A. Bizyukov, A.Y. Kashaba, V.I.Maslov, et al.
Ion beam formation in the field of double layer sta-
bilized by spatial reversal of magnetic field // Plas-
ma Devices and Operations, 2000, v.8, №3, p.147-
166.
16.Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Статистическая
физика -М.: «Наука», 1986.
EVAPORATION OF MACROPARTICLES IN PLASMA OF HIGH-CURRENT PULSED ARC DIS-
CHARGE AT LOW PRESSURE
A.A. Bizyukov, K.N. Sereda, A.Y. Kashaba, E.V. Romaschenko, A.D. Chibisov, V.V. Ponevchinskiy,
V.V. Sleptsov
In the article, we investigate high-current regimes with initiation of cathode spots on the sputtered surface in
planar magnetron sputtering system. The trials show that deposition rate depends on the discharge type in the system
and this dependence in pulsed regimes is stronger than in stationary ones. The deposited coating does not contain
drops of cathode material. The absence of drops is conditioned by the fact that they are evaporated under the effect
of charged particle fluxes of dense plasma. The theoretical model describing possibility of evaporation or size
decreasing of several sorts of particles in the plasma flux of vacuum arc is proposed. It was shown that efficiency of
drop evaporation increases with increasing plasma density.
ВИПАРОВУВАННЯ МАКРОЧАСТИНОК У ПЛАЗМІ ПОТУЖНОСТРУМОВОГО ІМПУЛЬСНОГО
ДУГОВОГО РОЗРЯДУ НИЗЬКОГО ТИСКУ
О.А. Бізюков, К.М. Середа, А.Є. Кашаба, О.В. Ромащенко, О.Д. Чібісов, В.В. Поневчинський,
В.В. Слєпцов
Досліджуються потужнострумові імпульсні режими роботи планарної магнетронної розпилювальної
системи (МРС) з утворенням на поверхні розпалюваної мішені катодних плям. Технологічні випробування
показали, що швидкість осадження покриттів залежить від типу розряду в МРС, і ця залежність в
імпульсних режимах більш сильна ніж у постійному. В осадженому покритті не виявлена наявність крапель
матеріалу катода. Відсутність в осадженому покритті крапель матеріалу катода, обумовлена тим, що вони
випаровуються під дією потоків заряджених частинок плазми з високою густиною. Запропоновано
теоретичну модель, яка показує можливість випаровування або зменшення розмірів певної частини крапель
в плазмовому потоці вакуумної дуги. Показано, що ефективність випаровування краплинної фази росте зі
збільшенням густини плазми.
________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.136-141.141
A.A. Bizyukov, K.N. Sereda, A.Y. Kashaba, E.V. Romaschenko, A.D. Chibisov, V.V. Ponevchinskiy, V.V. Sleptsov
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81132 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:43:49Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бизюков, А.А. Середа, К.Н. Кашаба, А.Е. Ромащенко, Е.В. Чибисов, А.Д. Поневчинский, В.В. Слепцов, В.В. 2015-05-10T14:31:46Z 2015-05-10T14:31:46Z 2006 Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления / А.А. Бизюков, К.Н. Середа, А.Е. Кашаба, Е.В. Ромащенко, А.Д. Чибисов, В.В. Поневчинский, В.В.Слепцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 136-141. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1562-6016 PACS: 52.80.Mg https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81132 Исследуются сильноточные импульсные режимы работы планарной магнетронной распылительной системы (МРС) с образованием на поверхности распыляемой мишени катодных пятен. Технологические испытания показали, что скорость осаждения покрытий зависит от типа разряда в МРС, и эта зависимость в импульсных режимах более сильная, чем в постоянных. В осажденном покрытии не обнаружено наличие капель материала катода. Это обусловлено тем, что они испаряются под действием потоков заряженных частиц плотной плазмы. Предложена теоретическая модель, показывающая возможность испарения или уменьшения размеров определенной части капель в плазменном потоке вакуумной дуги. Показано, что эффективность испарения капельной фазы растет с увеличением плотности плазмы. Досліджуються потужнострумові імпульсні режими роботи планарної магнетронної розпилювальної
 системи (МРС) з утворенням на поверхні розпалюваної мішені катодних плям. Технологічні випробування
 показали, що швидкість осадження покриттів залежить від типу розряду в МРС, і ця залежність в
 імпульсних режимах більш сильна ніж у постійному. В осадженому покритті не виявлена наявність крапель
 матеріалу катода. Відсутність в осадженому покритті крапель матеріалу катода, обумовлена тим, що вони
 випаровуються під дією потоків заряджених частинок плазми з високою густиною. Запропоновано
 теоретичну модель, яка показує можливість випаровування або зменшення розмірів певної частини крапель
 в плазмовому потоці вакуумної дуги. Показано, що ефективність випаровування краплинної фази росте зі
 збільшенням густини плазми. In the article, we investigate high-current regimes with initiation of cathode spots on the sputtered surface in
 planar magnetron sputtering system. The trials show that deposition rate depends on the discharge type in the system
 and this dependence in pulsed regimes is stronger than in stationary ones. The deposited coating does not contain
 drops of cathode material. The absence of drops is conditioned by the fact that they are evaporated under the effect
 of charged particle fluxes of dense plasma. The theoretical model describing possibility of evaporation or size
 decreasing of several sorts of particles in the plasma flux of vacuum arc is proposed. It was shown that efficiency of
 drop evaporation increases with increasing plasma density. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Газовый разряд, плазменно-пучковый разряд Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления Випаровування макрочастинок у плазмі потужнострумового імпульсного дугового розряду низького тиску Evaporation of macroparticles in plasma of high-current pulsed arc discharge at low pressure Article published earlier |
| spellingShingle | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления Бизюков, А.А. Середа, К.Н. Кашаба, А.Е. Ромащенко, Е.В. Чибисов, А.Д. Поневчинский, В.В. Слепцов, В.В. Газовый разряд, плазменно-пучковый разряд |
| title | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления |
| title_alt | Випаровування макрочастинок у плазмі потужнострумового імпульсного дугового розряду низького тиску Evaporation of macroparticles in plasma of high-current pulsed arc discharge at low pressure |
| title_full | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления |
| title_fullStr | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления |
| title_full_unstemmed | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления |
| title_short | Испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления |
| title_sort | испарение макрочастиц в плазме сильноточного импульсного дугового разряда низкого давления |
| topic | Газовый разряд, плазменно-пучковый разряд |
| topic_facet | Газовый разряд, плазменно-пучковый разряд |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81132 |
| work_keys_str_mv | AT bizûkovaa ispareniemakročasticvplazmesilʹnotočnogoimpulʹsnogodugovogorazrâdanizkogodavleniâ AT seredakn ispareniemakročasticvplazmesilʹnotočnogoimpulʹsnogodugovogorazrâdanizkogodavleniâ AT kašabaae ispareniemakročasticvplazmesilʹnotočnogoimpulʹsnogodugovogorazrâdanizkogodavleniâ AT romaŝenkoev ispareniemakročasticvplazmesilʹnotočnogoimpulʹsnogodugovogorazrâdanizkogodavleniâ AT čibisovad ispareniemakročasticvplazmesilʹnotočnogoimpulʹsnogodugovogorazrâdanizkogodavleniâ AT ponevčinskiivv ispareniemakročasticvplazmesilʹnotočnogoimpulʹsnogodugovogorazrâdanizkogodavleniâ AT slepcovvv ispareniemakročasticvplazmesilʹnotočnogoimpulʹsnogodugovogorazrâdanizkogodavleniâ AT bizûkovaa viparovuvannâmakročastinokuplazmípotužnostrumovogoímpulʹsnogodugovogorozrâdunizʹkogotisku AT seredakn viparovuvannâmakročastinokuplazmípotužnostrumovogoímpulʹsnogodugovogorozrâdunizʹkogotisku AT kašabaae viparovuvannâmakročastinokuplazmípotužnostrumovogoímpulʹsnogodugovogorozrâdunizʹkogotisku AT romaŝenkoev viparovuvannâmakročastinokuplazmípotužnostrumovogoímpulʹsnogodugovogorozrâdunizʹkogotisku AT čibisovad viparovuvannâmakročastinokuplazmípotužnostrumovogoímpulʹsnogodugovogorozrâdunizʹkogotisku AT ponevčinskiivv viparovuvannâmakročastinokuplazmípotužnostrumovogoímpulʹsnogodugovogorozrâdunizʹkogotisku AT slepcovvv viparovuvannâmakročastinokuplazmípotužnostrumovogoímpulʹsnogodugovogorozrâdunizʹkogotisku AT bizûkovaa evaporationofmacroparticlesinplasmaofhighcurrentpulsedarcdischargeatlowpressure AT seredakn evaporationofmacroparticlesinplasmaofhighcurrentpulsedarcdischargeatlowpressure AT kašabaae evaporationofmacroparticlesinplasmaofhighcurrentpulsedarcdischargeatlowpressure AT romaŝenkoev evaporationofmacroparticlesinplasmaofhighcurrentpulsedarcdischargeatlowpressure AT čibisovad evaporationofmacroparticlesinplasmaofhighcurrentpulsedarcdischargeatlowpressure AT ponevčinskiivv evaporationofmacroparticlesinplasmaofhighcurrentpulsedarcdischargeatlowpressure AT slepcovvv evaporationofmacroparticlesinplasmaofhighcurrentpulsedarcdischargeatlowpressure |