Свойства тонких плёнок оксида титана (TiO2) и аморфного углерода (а-С), осаждённых с помощью дуальной магнетронной распылительной системы

Юрьев, Юрий Николаевич
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение ……………………………………………………………………………………………………. 4
Глава 1. Осаждение оксидных тонкоплёночных покрытий с помощью
дуальных МРС …………………………………………………………………………………………. 11
1.1. Принцип действия магнетронной распылительной системы ………….. 12
1.2. Магнетронная распылительная система с реакционным газом……….. 14
1.3. Работа магнетронной распылительной системы при использовании
импульсного питания средней частоты ………………………………………………….. 19
1.4. Осаждение покрытий с помощью дуальных магнетронных
распылительных систем ………………………………………………………………………… 22
1.5. Конструкции дуальных МРС…………………………………………………………. 25
1.6. Основные типы источников питания дуальных МРС …………………….. 28
1.7 Фотокаталитические плёнки оксида титана ………………………………………. 32
1.8. Общая характеристика углеродных покрытий …………………………………. 38
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методики исследований ………. 44
2.1. Установка для ионно-плазменного осаждения покрытий «Яшма-5»…. 44
2.2. Дуальная магнетронная распылительная система …………………………….. 51
2.3. Источник питания дуальной МРС……………………………………………………. 55
2.4. Измерение толщины и скорости осаждения покрытий …………………….. 58
2.5. Измерение оптических свойств покрытий ……………………………………….. 58
2.5.1. Коэффициент пропускания ………………………………………………………… 59
2.5.2. Коэффициент отражения……………………………………………………………. 60
2.5.3 Коэффициент преломления ………………………………………………………… 60
2.6. Методики измерений физических свойств покрытий ……………………….. 62
2.6.1. Твёрдость покрытий ………………………………………………………………….. 62
2.6.2. Адгезия ……………………………………………………………………………………… 63
2.6.3. Коэффициент трения …………………………………………………………………. 65
2.7. Спектры рамановского излучения …………………………………………………… 65
Глава 3. Осаждение плёнок оксида титана с помощью дуальной МРС ………. 68
3.1. Режимы работы дуальной МРС при реактивном распылении титана .. 68
3.3. Исследование фотокаталитических свойств плёнок TiO2, полученных с
помощью дуальных МРС ………………………………………………………………………. 76
3.4. Оптические свойства плёнок оксида титана …………………………………… 82
3.5. Оптические свойства плёнок оксида титана, полученных с помощью
дуальной МРС ………………………………………………………………………………………. 85
Глава 4. Свойства плёнок углерода, полученных с помощью дуальной МРС95
4.1. Получение АПП ……………………………………………………………………………… 95
4.1.1. Химические методы осаждения АПП ………………………………………… 95
4.2.2. Физические методы осаждения АПП …………………………………………. 96
4.2. Исследование свойств покрытий а-С, полученных с помощью дуальной
МРС ……………………………………………………………………………………………………. 102
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 114
Список используемых источников ………………………………………………………….. 116

Актуальность работы. Модифицирующие и функциональные
тонкоплёночные покрытия широко известны и активно используются
практически во всех отраслях науки и техники. Несмотря на это, технологии
и оборудование для их осаждения нуждаются в совершенствовании.
Видимо, можно утверждать, что одним из наиболее распространённых
методов получения тонкоплёночных покрытий является вакуумное
осаждение из плазмы магнетронного разряда. Впервые оно было подробно
описано в 1974 году [1], а в настоящее время является безусловным лидером
по количеству вариантов исполнения и областей применения.
Сущность метода состоит в организации аномального тлеющего
разряда в скрещенных электрическом и магнитом полях. Это позволяет
удерживать плазму, частицы которой ускоряются в электрическом поле и
распыляют мишень. Распылённые атомы осаждаются на подложке, образуя
качественные тонкие плёнки. Метод характеризуется высокой
производительностью и энергетической эффективностью.
Наиболее изученной областью применения магнетронных
распылительных систем (МРС) является осаждение металлических
покрытий. Технологические возможности подобных устройств сейчас вполне
понятны. Но здесь есть как минимум два вопроса, которые представляют
интерес для науки: высокоскоростное осаждение качественных покрытий
значительной толщины (от 10 до 300 мкм) и получение тонких и сверхтонких
(менее 5 нм) плёнок.
Осаждение покрытий из химических соединений обычно связано с
распылением в среде, содержащей какой-либо реакционный газ: кислород,
азот, ацетилен и др. Такой способ осаждения позволяет получать оксиды,
нитриды, карбиды, но его применение приводит к появлению целого ряда
трудностей: нежелательное окисление мишени, электрические пробои,
проблемы «исчезающего анода» и т.д. Эти явления значительно влияют на
стабильность рабочих параметров МРС и свойства получаемых покрытий.
Схожие проблемы присущи и плёнкам углерода, который при распылении в
среде инертного газа может вступать в реакции с остаточным водородом,
образуя на поверхности катода диэлектрический слой гидрогенизированного
углерода (а-С:Н). Подобные трудности частично устраняются
конструктивными улучшениями МРС, подбором параметров источника
питания и т.д.
В процессе совершенствования технологических установок было
найдено два важных технических решения, которые позволили
минимизировать значение этих факторов: применение импульсных
источников питания (с частотой от 1-100 кГц и 13,56 МГц) и создание
дуальных систем, представляющих собой комбинацию из двух МРС,
изолированных друг от друга и работающих от переменного напряжения [2].
Здесь первая система, находящаяся под отрицательным потенциалом,
выполняет функцию катода, а вторая – анода. Этим магнетрон избавляется
от проблемы «исчезающего анода» и одновременно нейтрализует на себе
избыточный положительный заряд, накопленный в процессе распыления.
При смене полярности напряжения катоды как бы меняются ролями.
Дуальная МРС, по нашему мнению, является технологически удобным,
простым и относительно дешёвым источником плазмы. Она позволяет
значительно повысить производительность, сократить расходы на

По результатам выполненной работы можно сделать следующие
выводы.
1. Дуальная МРС является эффективным инструментом для осаждения
плёнок оксида титана с высокими фотокаталитическими и оптическими
характеристиками.
2. Изменяя конфигурацию магнитной системы, можно управлять свойствами
получаемых покрытий за счет изменения степени ионного воздействия на
растущую плёнку.
3. Использование дуальной МРС с зеркальной конфигурацией магнитного
поля позволяет получать плёнки оксида титана с наиболее высоким
коэффициентом фотокаталитической активности. Это достигается за счет
более пористой структуры и наличием в составе покрытия фаз рутила и
анатаза.
4. Замкнутая конфигурация магнитного поля дуальной МРС делает покрытия
оксида титана более плотными, т.к. в процессе роста плёнки подвергаются
высокому ионному воздействию. Это подтверждается более высоким
коэффициентом преломления. Полученные плёнки обладают лучшими
оптическими характеристиками и больше подходят для использования в
качестве просветляющего слоя низкоэмиссионных покрытий.
5. Использование дуальной МРС в качестве инструмента для осаждения
плёнок а-С позволяет избежать проблемы дугообразования из-за
взаимодействия углеродной мишени с присутствующим в рабочей камере
водородом.
7. Конфигурация магнитного поля не оказывает существенного влияния на
скорость осаждения плёнок а-С. Она мало влияет на твёрдость и модуль
упругости. Наиболее твёрдые плёнки получены при минимальном давлении
(0,1 Па).
8. Плёнки а-С, осажденные с помощью дуальной МРС с замкнутой
конфигурацией магнитного поля, имеют меньшие коэффициенты трения и
большую стойкость к скрэтч-тесту, чем образцы, полученные с помощью
дуальной МРС, обладающей зеркальной конфигурацией магнитного поля.
9. Содержание sp3-фазы в плёнках а-С падает с увеличением давления
рабочего газа. Плёнки, полученные с помощью дуальной МРС с зеркальной
конфигурацией магнитного поля, обладают более высоким содержанием
алмазоподобной фазы.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Радиационное упрочнение и оптические свойства материалов на основе SiO2
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Особенности формирования реальной структуры эпитаксиальных CVD-пленок алмаза с природным и модифицированным изотопным составом
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Исследование комплексной диэлектрической проницаемости конденсированных сред на основе новых методов терагерцовой импульсной спектроскопии
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»