Влияние режимов ионно-плазменного напыления на структуру и свойства износостойких покрытий


 Влияние технологических факторов на структуру и свойства по-



Download 8,41 Mb.
Pdf ko'rish
bet20/58
Sana19.05.2022
Hajmi8,41 Mb.
#605039
TuriДиссертация
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   58
Bog'liq
Dissertatsia Tselykh

1.3.3 Влияние технологических факторов на структуру и свойства по-
лучаемых покрытий 
Свойства получаемых покрытий зависит не только от их состава, но и от их 
структуры [125]. На данном этапе изучения литературных данным рассмотрим 
сведения влияния различных факторов нанесения покрытий на материал под-
ложки на свойства и структуру покрытий. 
Авторы [126] оценили время пролета распыленных атомов от мишени до 
подложки. Это время зависит от исходных энергий распыленных атомов. Для 
атомов алюминия это соответствует диапазону скоростей 3-6000 м/с.
Из-за более высокой энергии связи с поверхностью атомов вольфрама их рас-
пределение сдвинуто к более высоким энергиям. Из-за различных скоростей 
распыленных атомов и столкновения их с молекулами газа время пролета до 
подложки имеет существенную дисперсию. Авторы сделали вывод, что им-
пульсное СЧ распыление по состоянию поверхности распыляемой мишени и 
поступлению распыленных атомов на подложку практически неотличимо от 
распыления на постоянном токе. 
Экспериментально установлено, что при импульсном распылении с увели-
чением частоты импульсов скорость распыления снижается [127]. Так в дуаль-
ных магнетронах увеличение частота импульсов со 100 до 350 кГц, уменьшило 
скорость нанесения в пять раз. 


38 
При частоте 350 кГц возрастает шероховатость поверхности. Сопротивле-
ние износу покрытия выше при импульсном токе при частоте 50-250 кГц, чем 
при постоянном токе, но резко снижается при увеличении частоты тока. Авто-
ры объясняют это явление увеличением включения аргона в покрытия при вы-
соких частотах [128]. 
В подавляющем большинстве случаев реактивного разряда основным га-
зом в рабочей камере является рабочий нереактивный газ (аргон). Присутствуя 
в объеме разряда в виде нейтральных атомов, он может оказывать три воздей-
ствия на процесс нанесения покрытия: 
- поступать к поверхности покрытия и включаться в растущую пленку, об-
разуя ее загрязнение; 
- нарушать угловое и пространственное распределение распыленного мате-
риала за счет соударений с частицами распыленного вещества: 
- одновременно за счет неупругих соударения уменьшать энергию распы-
ленных частиц [125].
Наличие коротких выбросов напряжения в начале положительного им-
пульса увеличивало величину потока и энергии ионов. Увеличение рабочего 
давления и потока азота в камере приводило к уменьшению диапазона энергий 
ионов в плазме. Когда расстояние от подложки до магнетрона было увеличено с 
127 до 203 мм, поток ионов значительно возрос. Таким образом, авторы [129] 
показали, что все параметры плазмы должны строго контролироваться, чтобы 
получить высокую воспроизводимость состава, свойств и структуры покрытий. 
Распыление мишеней в магнетронных источниках происходит под дей-
ствием интенсивной ионной бомбардировки. Коэффициент полезного действия 
ионного распыления невелик, поэтому в тепло превращается до 95 % мощности 
разряда. В результате на поверхности мишени выделяются достаточно большие 
мощности, которые могли бы вызвать существенный разогрев мишени и изме-
нение ее свойств. Поэтому, чтобы это не произошло, в подавляющем большин-
стве существующих магнетронов мишени охлаждаются проточной водой


39 
непосредственно или косвенно. Поэтому считается, что во время процесса рас-
пыления, благодаря охлаждению, объемные свойства материала мишени не ме-
няются. При высоких температурах потеря веса мишени была в несколько раз 
выше, чем можно было ожидать при заданном токе разряда. Зависимость поте-
ри веса мишени от ее температуры описывается экспонентой с энергией акти-
вации, равной энергии испарения мишени. 
Эффекты от применения «горячих» мишеней [125]: 
- при распылении в аргоне достаточно горячих мишеней происходит уве-
личения коэффициента распыления материала горячей мишени ионами аргона, 
что сказывается в увеличении скорости нанесения покрытия; 
- при распылении в аргоне у достаточно горячих мишеней меняется коэф-
фициент вторичной электронной эмиссии. Направление его изменения зависит 
от материала мишени. Эти изменения сказываются на полном электрическом 
сопротивлении нереактивного разряда: 
- в реактивном разряде добавление к аргону реактивного газа влияет на 
ВАХ разряда слабее при горячей мишени. Это связано с уменьшением степени 
покрытия поверхности горячей мишени слоем химического соединения по 
сравнению с холодной мишенью. Этим объясняется увеличение скорости нане-
сения стехиометрических покрытий при реактивном распылении из горячих 
мишеней для всех исследованных материалов; 
- повышенная энергия частиц, поступающих в пленку из горячих мишеней, 
обеспечивает упорядочение структуры получаемых покрытий химического со-
единения; 
- указанные эффекты связаны с изменением свойств поверхности материа-
ла мишени, но физические объяснения различны у разных исследователей и для 
различных материалов [125]. 
Есть данные о применении сдвоенных магнетронов, электрически изоли-
рованные друг от друга и установленные рядом в одной вакуумной распыли-
тельной камере. Питаются они от одного или от двух независимых источников 


40 
питания постоянного тока. Эти магнетроны могут иметь одинаковые мишени 
или мишени из различных металлов [125]. Метод реактивного магнетронного 
распыления позволяет получить покрытия более сложных химических соеди-
нений, состоящих из атомов трех и более элементов: 
- атомов материалов двух и более различных мишеней и атомов одного ре-
активного газа; 
- атомов материала одной мишени и атомов двух различных реактивных 
газов. 
Количество элементов в покрытии может быть больше, если мишени вы-
полнены из сплава нескольких элементов. 
Одновременное распыление мишеней из различных материалов называет-
ся сораспылением, и одновременное распыление различных мишеней в среде, 
содержащей реактивный газ, называется реактивным сораспылением [130]. 
Цель такого процесса – контролируемое нанесение химического соединения 
реактивного газа и нескольких материалов.
Сложность процесса реактивного сораспыления по сравнению с реактив-
ным из одного магнетрона заключается во взаимном влиянии режима работы 
одного магнетрона на режим другого. Это влияние осуществляется через изме-
нение величины парциального давления реактивного газа в камере. В 1982 году 
в работе [131] было показано, что при одновременной работе магнетронов с 
алюминиевой и титановой мишенями в смеси аргона и кислорода в камере уве-
личение мощности одного из них снижает парциальное давление кислорода в 
камере, что, в свою очередь, значительно меняет режим другого магнетрона.
Процесс образования покрытия можно схематично разделить на три ста-
дии. Первая стадия – движение частиц к поверхности растущей покрытия. Вто-
рая стадия – адсорбция этих частиц на поверхности подложки или растущей 
покрытия и их диффузия по эти поверхностям. И, наконец, третья стадия – их 
объединение в пленку или их удаление с подложки испарением или распылени-
ем [125]. При магнетронном распылении первая стадия контролируется такими 


41 
параметрами, как геометрия аппаратуры и давление рабочего газа. Стадия по-
верхностной диффузии в основном контролируется температурой подложки, но 
на нее также значительно влияет бомбардировка растущей покрытия энергети-
ческими частицами. Конечная структура покрытий и их морфология определя-
ется процессами поверхностной диффузии, зародышеобразования, роста кри-
сталлов, их коалесценции и рекристаллизация в время роста покрытия [132]
Равномерность эрозии мишени и толщины наносимого покрытия зависит 
от нескольких основных факторов: 
- неоднородности магнитного поля вдоль магнетрона; 
- расположения анодов относительно магнетронов; 
- состояния анодов; 
- устройства подачи реактивных газов к магнетрону [125]. Существует две 
цели достижения равномерности в процессе распыления: получение равномер-
ного износа мишени и получение равномерной толщины покрытия. На практи-
ке встречается неравномерность толщины нанесенного покрытия. Важная зада-
ча – определить причину неравномерности, чтобы устранить ее, не теряя по 
возможности производительности процесса и не ухудшая качества покрытий.

Download 8,41 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   58




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish