O'tgan asrning 70-yillari o'rtalariga qadar, yupqa qatlamlar vakumda, asosan, boshlang'ich materialning termal bug'lanishi orqali substratlarga yotqizilgan

2.2. Magnetron purkash usuli

Yupqa plyonkalar va qoplamalar texnologiyasida vakuumda jismoniy cho'ktirish usullari alohida o'rin tutadi. Bu erda vakum deb 10 Pa (0,1 Torr) dan oshmaydigan bosimdagi texnologik kameradagi gazsimon muhitning zaryadsizlangan holati tushuniladi. Vakum texnologiyasi usullari boshqariladigan va natijalarning takrorlanishi, kiritilgan ifloslanishning past darajasi, deyarli har qanday tuzilishga ega bo'lgan murakkab tarkibli materiallarni qo'llash imkoniyati bo'yicha boshqalar bilan ijobiy taqqoslanadi. Ushbu texnologiyalar qo'llaniladigan qatlamlarning substratga yopishishini, mexanik kuchlanish va korroziyaga chidamliligini ta'minlaydi. Bundan tashqari, ushbu texnologiyaning ekologik jihatdan qulay bo'lishi, zaharli chiqindilarni utilizatsiya qilish muammosiga olib kelmasligi muhimdir [28].

O'tgan asrning 70-yillari o'rtalariga qadar, yupqa qatlamlar vakumda, asosan, boshlang'ich materialning termal bug'lanishi orqali substratlarga yotqizilgan. Sanoat purkagich tizimlari yaratilgandan keyin yupqa plyonkalar texnologiyasidagi vaziyat o'zgardi [15; 16; 25; 203; 210].
Magnitronning chayqalishi printsipi magnetron uchun mo'ljallangan materialning porlashi (odatda argon) plazmasida hosil bo'lgan ishchi gaz ionlari bilan bombardimon qilinganda (2.3-rasm) purkashga asoslangan. Magnitronli purkash tizimining asosiy elementlari katod, anod va plazmani Nishon - katod yuzasida lokalizatsiya qilish uchun mo'ljallangan magnit tizimdir. Katod ostida joylashgan magnit tizim yumshoq magnit materialdan yasalgan asosda joylashgan markaziy va periferik doimiy magnitlardan iborat. Quvvat manbaidan katodga doimiy kuchlanish qo'llaniladi.

Rasm. 2.3. Nishonni argon ionlari bilan sepish jarayoni.

Etibor beramz usulning fizik asoslarini ko'rib chiqaylik. Ionlar nishon yuzasi bilan to'qnashganda burchak impulsi materialga o'tadi [28; 191]. Hodisa ioni materialda to'qnashuvlar kaskadini keltirib chiqaradi (2.4-rasm). Bir nechta to'qnashuvlardan so'ng, zarba materialning yuzasida joylashgan atomga yetib boradi, u maqsaddan ajralib, substrat yuzasiga yotqiziladi. O'chirilgan atomlarning o'rtacha soni ha, vazaning bir hodisa argon ioni -vaqt jarayonining samaradorligi , bu tushish burchagiga, ionning energiyasi va massasiga, bug'langan materialning massasiga va ionning massasiga bog'liq. materialdagi atomning bog'lanish energiyasi. Kristalli materialning bug'lanishida samaradorlik kristall panjaraning joylashishiga ham bog'liq. Maqsadli sirtdan chiqib ketadigan zarralar plyonka shaklida substratda yotqiziladi, shuningdek, qoldiq gaz molekulalari tomonidan qisman tarqaladi yoki ishchi vakuum kamerasining devorlariga yotqiziladi. Magnitronning ishlash printsipi porlashdan farqli o'laroq, to'qnashuvni boshdan kechirmaydigan elektron katod potentsialining pasayishi (qorong'u katod bo'shlig'i) hududidan chiqmaguncha elektr maydoni tomonidan erkin tezlashishiga asoslanadi. , ko'ndalang magnit maydonning mavjudligi elektronni Lorentz kuchi ta'sirida uning traektoriyasini boshqarish uchun egilishga majbur qiladi (2.5-rasm). Yearli magnit maydon bilan elektron deyarli nol energiya bilan katodga qaytadi va yana elektr maydoni ta'sirida tezlasha boshlaydi. Uning harakatining traektoriyasi sikloid bo'ladi, elektron katod yuzasi bo'ylab ham elektr, ham magnit maydonlarga perpendikulyar yo'nalishda siljiydi. Elektron "tuzoq"da bo'lib, u faqat boshqa zarracha bilan to'qnashib ketishi mumkin. Keyin u katoddan bir oz uzoqroqda joylashgan yangi traektoriyani kesib o'tadi va shunga o'xshash maydonlar zaiflashguncha, magnit - magnit tizim qutblaridan masofa tufayli, elektr - labirintdan himoyalanish tufayli. Qopqon mavjudligi sababli, chiqarilgan elektronlar tomonidan ionlanish samaradorligi bir necha bor ortadi, bu an'anaviy diodli razryaddan farqli o'laroq, yuqori ion oqimi zichligini va shuning uchun nisbatan past bosimlarda yuqori otilish tezligini olish imkonini beradi. 0,1 Pa va pastroq buyurtma. Tuzoqning samarali ishlashi uchun magnit maydonning kuch chiziqlari bo'ylab elektronlarning anodga oqib ketishini istisno qilish kerak va drift traektoriyalari yopiq bo'lishi kerak.

2.4-rasm.Materilni gaz ionlari bilan bombardimon qilganda sodir bo'ladigan fizik jarayonlar.

To'g'ridan-to'g'ri oqim (to'g'ridan-to'g'ri oqim) energiya manbasidan foydalangan holda magnetronni püskürtme mahsulotlarga o'tkazuvchan qoplamalarni joylashtirish uchun ishlatiladi va dielektrik qoplamalarni (oksidlar, nitridlar, karbidlar va boshqalar) amalga oshirish uchun o'zgaruvchan tok (AC) energiya manbasidan foydalaniladi.
Murakkab birikmalarni, masalan, oksidlar va nitridlarni püskürtmek uchun reaktiv magnetronli püskürtme deb ataladigan narsa qo'llaniladi. Plazma gaziga (argon) reaktiv gaz (masalan, kislorod yoki azot) qo'shiladi. Magnitronli razryad plazmasida reaktiv gaz dissotsiatsiyalanib, faol erkin radikallarni chiqaradi, ular substratga yotqizilgan purkalgan atomlar bilan o'zaro ta'sirlanib, kimyoviy birikma hosil qiladi.

Rasm. 2.5. Magnetronning ishlash printsipi Magnetron uchun nishonni qo'llashda magnetronli purkash usulining asosiy afzalliklari - bu yuqori püskürtme tezligi va purkalgan materialning tarkibini takrorlashning aniqligi. Magnetronli sputteringni o'rnatish stoxiometrik tarkibni buzmasdan deyarli har qanday metallar, qotishmalar va yarim o'tkazgich materiallardan qoplamalar olish imkonini beradi. Ishchi atmosferaning tarkibiga (kislorod, azot, uglerod dioksidi, oltingugurtli gazsimon birikmalar nisbati) qarab turli xil kompozitsiyalarning plyonkalarini olish mumkin. Magnitronni purkash paytida kondensatsiya tezligi tushirish oqimining kuchiga yoki ishlaydigan gazning kuchi va bosimiga bog'liq. Surma, platina yoki palladiy bilan qo'shilgan qalay dioksidining yupqa plyonkalarini olish uchun biz kalay nishonini (99,98%) Ar (25%) va O2 (75%) aralashmasi atmosferasida magnetron bilan sepish usulidan foydalandik. Oldindan isitilmagan shisha tagliklar [45 ; 176; 177].

Qalay dioksidi Sn-Si-O, Sn-Zr-O, Sn-Y-O, Sn-Mn -O asosidagi koʻpkomponentli nanokompozitlar. Murakkab nishon ishlatildi, u SnO2 chiziqlaridan (1 sm) yasalgan, uning yuzasida kvarts (SiO2), tsirkoniy, itriy yoki marganetsning tor (5 mm) plitalari o'rnatilgan, nishonga joylashtirilgan. o'zgaruvchan balandlik. Plitalar sonini va ular orasidagi masofani o'zgartirib, qalay dioksidining purkalgan qatlamlari va mos keladigan aralashmalar hajmining nisbatini o'zgartirish, shu bilan materialning tarkibi va elektr qarshiligini nazorat qilish mumkin edi. Cho'kma argon va kislorod aralashmasida amalga oshirildi, ularning konsentratsiyasi nisbati 3/4 ni tashkil etdi. Substrat sifatida shisha yoki oksidlangan kremniy plitalari ishlatilgan [44; 46; 47; 49; 54; 66; 17a; 175; 17c].

Rasm 2.6. UV11-2M magnetronli purkagichni modernizatsiya qilingan holati

Ko'p komponentli nanokompozitlarni (SnO2) x (In2O3) 1-x (x = 0,5-1) olish uchun biz agat ohakda maydalangan SnO2 va In2O3 kukunlaridan diametri 40 mm va qalinligi 3 mm bo'lgan magnetroinni sepish uchun nishonlardan foydalandik. yig'iladigan press qolipiga quyiladi va 10 tonnalik kuch bilan press ostiga qo'yiladi.. Kerakli tarkibdagi (SnO2), (In2O3) 1-x bosilgan ish qismlari og'irligi bo'yicha x = 0-1 uchun 1200 haroratda havoda tavlangan. 2 soat davomida ° C. Substrat sifatida monokristalli n-tipli kremniy KEF-4,5 (100) yoki K8 kvarts shishasining sayqallangan plitalari ishlatilgan. Nishonlarni purkash va plyonkalarni sintez qilish standart VUP-5 magnetronli purkash moslamasida 13,56 MGts chastotada 04, Pa argon bosimi va 400 ° C substrat haroratida amalga oshirildi [64; 179]
Ko'p komponentli nanokompozitlarni (SnO2) x (In2O3) 1-x (x = 0,5-1) olish uchun biz agat ohakda maydalangan SnO2 va In2O3 kukunlaridan diametri 40 mm va qalinligi 3 mm bo'lgan magnetronlarni purkash uchun nishonlardan foydalandik. press qolipga quyiladi va 10 tonnalik kuch bilan press ostiga qo'yiladi.. Og'irligi bo'yicha x = 0-1 uchun kerakli tarkibdagi (SnO2) x (In2O3) 1-x siqilgan ignabargli 1200 ° C da havoda 2 tavlangan. h.Substratlarning sifati monokristalli n-tipli kremniy KEF-4,5 (100) yoki K8 kvarts shishasining sayqallangan plitalari edi. Nishonlarni purkash va plyonkalarni sintez qilish standart VUP-5M magnetroin püskürtme qurilmasida 13,56 MGts chastotada 0,4 Pa argon bosimi va 400 ° S substrat haroratida amalga oshirildi [64; 179]. (SnO2) d (ZnO) 1-x, (x = 0-1) tarkibidagi yupqa plyonkalarni ishlab chiqarish uchun gidrotermal tomonidan sintez qilingan toza SnO2 (99,97 %) va ZnO (99,97%) kukunlari ishlatilgan. RFBR-TIVITAK qo'shma Rossiya-Turkiya loyihasi doirasida Anadolu universiteti (Eskishehir, Turkiya) da usul. Bar shaklida (1 X 8 sm2) keramik nishonlar SnO2 va ZnO kukunlaridan sovuq presslash orqali tayyorlangan. Belgilangan maqsad shaklida yig'ilgan sopol barlarda 23 ta bo'lak (1 x 8 sm'-) SnO2 yoki ZnO va bir xil o'lchamdagi ZnO yoki SnOs2 dagi 5 bo'lak mavjud bo'lib, ular SnO2 plyonkalari bo'lishi uchun o'zgaruvchan qadam bilan joylashtirilgan. Ularda ZnO ning har xil miqdori bilan bitta chayqalish rejimida olinadi. SnO2 va ZnO nishonlarini purkash o'zgaruvchan tokda UVN-2M vakuum stansiyasi asosida argo atmosferasida 5 soat davomida o'rnatilgan original o'rnatishda amalga oshirildi.76 X o'lchamdagi o'nta shisha chiziqlar (GOST 9284-75). Namuna tagliklari sifatida 25 X ishlatilgan.1 mm, ular nishonlarga qarama-qarshi 60-80 mm masofada joylashgan edi [58; b3; 67]. Shuni ta'kidlash kerakki, qo'shimcha isitishsiz substratga yotqizilganda, oksid plyonkasi tuzilishi asosan amorf bo'ladi. Binobarin, filmlar kristallanish 4 soat davomida 500 ° C haroratda havoda ularni tavlama tomonidan amalga oshirildi zarur, sanoat radiatsiya davolash birligi UOL.P-1 bo'yicha ksenon lampalar incogerent nur nurlanish havoda impulsli tavlama usuli. 200 dan 1600 nm gacha bo'lgan uzunlikdagi radiatsiya to'lqinlari bo'lgan P-1 ham taklif qilingan. O'rnatishning o'rganish elementlari impulsli rejimda ishlaydigan uchta INP-16250 A ksenonli gaz deşarj lampalari edi. Pulsning 0,3 s davomiyligini tanlash, bu vaqt namunaning bir tomonidan yorug'lik nurlanishi ostida qalinligi taxminan 1 mkm bo'lgan SnO2 plyonkasini to'liq isitish uchun etarli bo'lganligi bilan bog'liq. Radiatsiya energiyasining zichligi va namunalarning harorati hisoblash usuli bilan aniqlandi.