Усовершенствование установки ионно-плазменного напыления

Скрипаченко К.К., Шумилин А.И., Пичхидзе С.Я.

Саратовский государственный технический университет

им. Гагарина Ю.А., Саратов, Россия

Ионно-плазменное (магнетронное) напыление является одной из распространенных технологий нанесения покрытий. Данная технология позволяет получать покрытия практически из любых металлов и сплавов без нарушения стехиометрического состава. Основные преимущества магнетронного способа распыления – нанесения пленок заданной толщины с высокой степенью повторяемости результата. Диапазон толщин от сотых долей до единиц мкм. В зависимости от состава рабочей атмосферы (долей кислорода, азота, сернистых газообразных соединений) можно выращивать на подложке пленки оксидов, нитридов, карбидов, в том числе и таких, которые невозможно получить методом термического испарения [1].

Современные направления разработки магнетронных распылительных систем (МРС) направлены на увеличение коэффициента использования материала мишени и повышение равномерности конденсации распыляемого материала. Одним из путей решения задачи является оптимизация конструкции МРС.

Ниже приведен сборочный чертеж усовершенствованного блока МРС (рис.1).

Рисунок 1. Модернизированный магнетронный блок установка

ионно-плазменного напыления:

1 – крышка стакана, 2 – подложкодержатель, 3 – мишень,

4 – водоохлаждаемый катод, 5 – подача, слив воды, 6 – магнитопровод

(сталь 45), 7 – постоянный магнит (Co-Sm), 8 – основание магнита,

9 – сердечник, 10 – изоляторы, 11 – шпилька, 12 – стакан кварцевый

В данной модернизированной установке реализовано ионно-плазменное распыление, при котором мишень (поз.3) является одним из электродов в квазизамкнутом объеме кварцевого стакана (поз.12). Бомбардировка мишени (поз.3) осуществляется ионами плазмообразующего газа аргона высокой чистоты [2]

Распыление поверхности мишени происходит в результате двух одновременно протекающих процессов:

· сильного локального разогрева поверхности мишени, бомбардируемой ионами с высокой кинетической энергией;

· передачи импульса конкретного иона атому материала мишени, что способствует отделению от мишени атомов распыляемого материала [3].

В установке реализовано несколько оригинальных конструктивных решений

1. Заменяемая мишень позволяет распылять различные материалы, что обусловливает универсальность использования установки в научно-практических целях. Магнитопровод (поз.6) в виде конуса позволяет расширить зону распыления мишени, повысить коэффициент использования материала мишени и увеличить площадь равномерного осаждения пленки с заданными свойствами. При этом обеспечивается достаточный отвод тепла за счет водоохлаждаемого кольца (поз.4,5), сопряженного с катодом-мишенью.

2. Высота расположения подложкодержателя (поз.2) относительно мишени регулируется в широких пределах, обеспечивая заданную равномерность толщины пленки и температурный режим подложки.

3. Квазизамкнутый объем в виде кварцевого стакана позволяет сократить расход высокочистого аргона и избежать осаждения пленки на механизмах внутри камеры установки. Данное решение позволило сократить расход газа и время обслуживания установки.

Использованные нами конструкторские решения позволили расширить диапазон решаемых задач по нанесению различных покрытий в вакууме. Преимуществами предлагаемой усовершенствованной установки ионно-плазменного напыления в сравнении с аналогами являются:

· высокая степень повторяемости толщины пленки для возможного производства;

· универсальность использования установки в научно-практических целях при получении пленок из заданных материалов.

· простота обслуживания магнетронного блока.

Список используемых источников.

1. А.И. Костржицкий. Справочник вакуумщика. М.: Наука, 2001.-600с.

2. Патент РФ №2451769. Способ, устройство для получения многослойных пленок и многослойная структура, полученная с их использованием/Васьковский В. О., Савин П. А., Курляндская Г. В., Свалов А. В., Сорокин А. Н.

3. Кузьмичев А. И. Магнетронные распылительные системы. Книга 1. 2008.-244с.