ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ОСАДЖЕННЯ ТОНКИХ МЕТАЛЕВИХ ПЛІВОК У ТЛІЮЧОМУ РОЗРЯДІ З ПОРОЖНИСТИМ КАТОДОМ

Автор:

Болотов Максим Геннадійович, Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Мова статті: українська

Анотація:

Актуальність тем дослідження. Останнім часом для генерування необхідних потоків атомів і молекул з метою отримання металоплівкових прошарків астосування набула газорозрядна плазма аномального тліючого розряду із холодним катодом в схрещених електричному і магнітному полях при тисках нижче 1 Па. Висока швидкість розпилення, відсутність перегріву поверхні основи, відносно мала ступінь забрудненості плівок робить цей спосіб вельми ефективним джерелом спрямованих атомів і іонів металу придатних для осадження покриттів.

Постановка проблеми. В даний час найбільш поширеними методами осадження тонкоплівкових покриттів є, так звані, PVD методи (фізичного осадження з парової фази) в яких необхідні для синтезу покриттів атоми та молекули металу отримують в результаті процесів, пов’язаних з випаровуванням мішені, виготовленої з певного металу або ж її розпиленням. Досвід тривалого застосування таких технологій в виробничих умовах поряд із перевагами дозволив визначити і основні їх недоліки, головним чином пов’язаними з низькою швидкістю осадження, поганою однорідністю покриття, незадовільною адгезією з поверхнею основи, обмеженістю оброблювальних поверхонь, тощо.

Аналіз основних досліджень і публікацій. Проведені раніше дослідження по застосуванню тліючого розряду із порожнистим катодом в різних технологічних процесах, дозволили визначити основні його переваги, пов’язані, в першу чергу, із простотою конструкції, великим термін роботи мішені (катоду) між замінами, низькою вартістю обладнання в порівнянні із магнетронними системами.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. В той же час практично відсутні данні, стосовно застосування в якості джерела розпилюваних часток для вирощування металевих плівок на діелектричних підложках низькотемпературної плазми тліючого розряду із порожнистим катодом без прикладеного периферійного магнітного поля при традиційних для нього тисках 1 – 100 Па.

Постановка завдання. Процеси формування та росту металевої плівки як правило є багатофакторними, тобто, визначаються узгодженістю цілого ряду параметрів, таких як форма, розміри та взаємне просторове положення мішені та поверхні основи, тиск у вакуумній камері, сила струму та напруга в розрядному проміжку, час осадження, що значно ускладнює керування процесом осадження покриття. У зв’язку з цим, мета даної роботи полягає в оптимізації умов проведення технологічного процесу осадження тонкоплівкового покриття в тліючому розряді із застосуванням ефекту порожнистого катоду, що пов’язане із вибором з усієї сукупності параметрів режиму найбільш оптимальних, тобто параметрів, найбільш тісно пов’язаних із товщиною плівки.

Виклад основного матеріалу. Визначення цих параметрів традиційними способами в даному випадку ускладнено, тому їх вибір здійснювали за допомогою оцінки коефіцієнтів при відповідних чинниках статичних моделей, побудованих за допомогою методів математичного планування експерименту. У модель заносилася сукупність параметрів з урахуванням можливості визначення їх кількісної оцінки. Параметром оптимізації було призначено товщину мідного шару покриття (δ, µм), осадженого на скляному субстраті. В якості варійованих факторів приймали: відстань катод-субстрат Lк-с (Х1), струм розряду Ip (Х2), величину тиску в розрядній камері Р(Х3) та час осадження t (Х4).

Висновки відповідно до статті. В результаті проведеного аналізу встановлено, що параметр оптимізації (товщина мідної плівки) на 84% описується впливом сукупності досліджуваних параметрів режиму, решта 16% варіації забезпечується впливом інших, не врахованих в моделі параметрів.

Ключові слова:

математичне планування експерименту, тліючий розряд, порожнистий катод, тонкоплівкове покриття, регресійна модель

Список використаних джерел:

  1. Исследование характеристик плазмы в несбалансированной магнетронной распылительной системе / А. А. Соловьев, Н. С. Сочугов, К. В. Оскомов, С. В. Работкин // Физ. плазмы. – 2009. – Т. 35, № 5. – С. 443–452.

  2. Устройство для осаждения тонких пленок с бомбардировкой быстрыми атомами аргона / А. С. Метель, В. П. Болбуков, М. А. Волосова, С. Н. Григорьев, Ю. А. Мельник // Приборы и техника эксперимента. – 2014. – № 3. – С. 114–121.

  3. Болбуков В. П. Распыление мишени на дне полого катода источника быстрых молекул газа в неоднородном магнитном поле / В. П. Болбуков // Вестник МГТУ «СТАНКИН». – 2014. – № 2. – С. 111–117.

  4. Bolotov G., Bolotov M., Rudenko M. Modification of Materials Surface Layers by Low-Energy Ion Irradiation in Glow Discharge / Bolotov G., Bolotov M., Rudenko M. // IEEE 36th International Conference “Electronics and Nanotechnology ELNANO’2016”, pp.135–140, April 2016.

  5. Болотов М. Г. Дослідження локальних властивостей плазми тліючого розряду з порожнистим катодом стосовно до умов зварювального нагріву / М. Г. Болотов // Вісник ЧНТУ. Серія «Технічні науки». – 2013. – № 1. – С. 112–119.

  6. Болотов М. Г. Застосування тліючого розряду з порожнистим катодом у процесах поверхневої обробки металів (огляд) / М. Г. Болотов, М. М. Руденко // Вісник ЧНТУ. Серія «Технічні науки». – 2014. – № 2 (73). – С. 100–103.

  7. Новик Ф. С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении / Ф. С. Новик. – М. : МИСИС, 1972. – 105 с.

  8. Болотов М. Г. Параметри керування процесом нагріву при дифузійному зварюванні в тліючому розряді з порожнистим катодом / М. Г. Болотов // Вісник ЧНТУ. Серія «Технічні науки». – 2012. – № 4 (61). – С. 101–106.

  9. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский ; под ред. Ю. П. Адлер. – М. : Наука, 1976. – 278 с.

10. Растригин Л. А. Статистические методы поиска / Л. А. Растригин. – М. : Наука, 1968. – 376 с.

11. Айвазян С. А. Статистическое исследование зависимостей / С. А. Айвазян. – М. : Металлургия, 1966. – 227 с.

Завантажити