Влияние условий осаждения на свойства a-C:H:SiOx пленок

Объектом исследования являются алмазоподобные углеродные покрытия, полученные методом плазмохимического осаждения в смеси Ar/N2 и паров полифенилметилсилосана.
Целью работы является комплексное исследование свойств a-C:H:SiOx пленок, формируемых методом плазмохимического осаждения в смеси Ar/N2 и полифенилметилсилосана с приложением к подложке импульсного биполярного напряжения смещения.
В результате исследования были получены кремний-углеродные пленки с краевым углом смачивания с водой до 94о. Установлено, что с увеличением расхода азота N2 происходит снижение механических характеристик получаемых пленок (твердость с 16,3 ГПа до 12,5 ГПа; сопротивление пластической деформации с 196 МПа до 110 МПа).

Введение 12
1. Материалы и методы их получения 14
1.1 Объект исследования 14
1.1.1 Алмазоподобный аморфный углерод 18
1.1.2 Графитоподобный аморфный углерод 18
1.1.3 Тетраэдральный аморфный углерод 18
1.1.4 Полимероподобный аморфный углерод 19
1.1.5 Тетраэдральный гидрогенизированный аморфный углерод 19
1.1.6 Гидрогенизированный аморфный углерод 19
1.1.7 Гидрогенизированный аморфный углерод легированный оксидом 20
кремния (a-C:H:SiOx)
1.2 Методы осаждения кремний-углеродных пленок 20
1.2.1 Плазмохимический метод осаждения на постоянном токе 21
1.2.2 Метод высокочастотного плазмохимического осаждения 24
1.2.3 Плазмохимический метод с использованием импульсного 26
биполярного электропитания
Вывод к разделу 27
2. Экспериментальное и аналитическое оборудование 29
2.1 Экспериментальная (вакуумная) установка 29
2.2 Методы аналитического исследования КУП 31
2.2.1 Измерение адгезионной прочности 31
2.2.2 Измерение твердости 32
2.2.3 Исследование ИК-Фурье спектроскопии 33
3. Результаты исследований 36
3.1. Результаты измерений краевого угла смачивания 36
3.2 Результаты ИК-Фурье спектроскопии 37
3.3 Результаты измерения твердости и модуля упругости 38
3.4 Результаты измерения адгезионной прочности 39
3.5 Атомно-силовая микроскопия 40
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 42
ресурсосбережение
4.1 Предпроектный анализ 43
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 43
4.1.2 Анализ конкурентных технический решений 43
4.1.3 SWOT-анализ 45
4.1.4 Планирование научно-исследовательских работ 48
4.2 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 52
4.2.1 Расчет материальных затрат НТИ 52
4.2.2 Основная заработная плата исполнителей темы 54
4.2.3 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 57
4.2.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 58
4.2.5 Накладные расходы 59
4.2.6 Формирование бюджета затрат НИП 59
4.2.7 Реестр рисков проекта 60
Вывод к разделу 63
5. Социальная ответственность 64
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. 65
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) 65
правовые нормы трудового законодательства.
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 66
исследователя.
5.2 Профессиональная социальная безопасность. 69
5.2.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов. 69
5.2.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия 70
опасных и вредных факторов.
5.3 Экологическая безопасность. 73
5.3.1 Анализ возможного влияния объекта исследования на 73
окружающую среду.
5.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды. 73
5.4 Электробезопасность 74
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 77
Вывод к разделу 80
Заключение 82
Список использованных источников 84
Приложение А 88

Настоящая работа посвящена комплексному исследованию свойств
a-C:H:SiOx пленок, формируемых плазмохимическим методом осаждения в
смеси Ar/N2 и паров полифенилметилсилосана с приложением к подложке
импульсного биполярного напряжения смещения.
Благодаря уникальным механическим, оптическим и трибологическим
свойствам, a-C:H:SiOx пленки получили широкое распространение для
использования в качестве антифрикционных, защитных и износостойких
покрытий. Наиболее распространенным методом для осаждения a-C:H:SiOx
пленок является метод плазмохимического осаждения с использованием
высокочастотного смещения (RF PACVD). Для нанесения a-C:H:SiOx пленок
в работе используется импульсное биполярное смещение, имеющее ряд
преимуществ по сравнению с высокочастотным смещением – отсутствие
систем согласования, большее количество варьируемых параметров
импульсов и возможность последующего масштабирования технологии.
Такой подход позволил получить a-C:H:SiOx пленки с высокими
механическими, трибологическими и оптическими свойствами сопоставимые
с зарубежными аналогами, формируемыми с использованием
высокочастотного смещения.
Основываясь на литературных данных, включение в структуру
углеродной пленки соединений с азотом позволяет повысить
гемосовместимость плёнок. Немаловажным является исследование
механических свойств, играющих важное значение в случае применения
плёнок в медицинских устройствах и инструментах.
– Показано, что включение N2 в структуру кремний-углеродных
а-С:Н:SiOx:Nx пленок позволяет повысить краевой угол смачивания с водой
от 80о до 94о за счет увеличения содержания новых функциональных групп в
плёнках, таких как C≡N и N-H;
– Установлено, что с увеличением расхода азота N2 происходит
снижение механических характеристик получаемых пленок (твердость
с 16,3 ГПа до 12,5 ГПа; сопротивление пластической деформации с 196 МПа
до 110 МПа) за счет образования новых центров sp2-фазы;
– Показано, что с увеличением расхода азота N2, в процессе
формирования пленок, адгезионная прочность практически не изменяется и
составляет 20 Н.
– Показано, что увеличение расхода N2 приводит к росту
среднеквадратичной шероховатости поверхности (с 1,2 нм до 11,1 нм) за счет
высокоинтенсивной ионной бомбардировки растущей плёнки.