Научный архив: статьи

Обзор посвящен анализу преимуществ и недостатков существующих реактивных методов осаждения пленок оксида титана. Особое внимание уделено традиционным методам – магнетронному распылению в атмосфере активных газов и вакуумно-дуговому осаждению, а также обсуждаются возможности реактивного электронно-лучевого испарения, в том числе альтернативного электронно-лучевого испарения титана в форвакууме (1–15 Па) в атмосфере кислорода с последующим осаждением паров на подложку. Показано, что к преимуществам электронно-лучевого испарения в форвакууме следует отнести простоту реализации и возможность получения стехиометрических пленок TiO2, причем при более высокой скорости осаждения и меньшем энергопотреблении.

В обзоре приводится сравнительный анализ результатов экспериментов по исследованию параметров и характеристик плазмы, создаваемой различными способами в диэлектрическом сосуде: при инжекции непрерывного электронного пучка током 10–40 мА и энергией 2–8 кэВ в цилиндрическую кварцевую полость, а также безэлектродным индуктивным ВЧразрядом, генерируемым внешней квадрупольной антенной, причем в форвакуумном диапазоне давлений (1–15 Па) рабочих газов (Ar, N2). Приводятся сравнения продольных и радиальных профилей концентрации, а также величин температуры электронов и потенциала, характерных для упомянутых видов плазмы. Показано, что оба способа позволяют осуществить генерацию однородной плазмы в диэлектрической полости с концентрацией 109–1011 см-3 и температурой электронов 2–4 эВ.

Представлены результаты экспериментов по исследованию взаимодействия электронного пучка с поверхностью непроводящей мишени в форвакуумной области давлений (1–10 Па). Показано, что распределение потенциала существенно зависит от энергии пучка, давления газа и плотности тока электронного пучка на мишень. На основе численного моделирования анализируется эволюция распределения потенциала на поверхности мишени при изменении профиля распределения плотности тока пучковых электронов.

В статье представлены результаты измерения потенциала изолированного коллектора, облучаемого электронным пучком в среднем вакууме, при различных значениях  – коэффициента вторичной электронной эмиссии электронов (ВЭЭ). Изменение  обеспечено плавным перемещением относительно электронного пучка коллектора, составленного из двух металлов (алюминия и титана) с резко различающимися значениями коэффициента ВЭЭ. Предложена модель, удовлетворительно описывающая измеренную зависимость, и методика, позволяющая по установившемуся потенциалу изолированного коллектора оценивать коэффициент ВЭЭ различных материалов, в том числе и диэлектриков.

Приводятся результаты экспериментального исследования и численного моделирования долевого содержания ионов аргона и меди в плазме, генерируемой в планарном магнетроне постоянного тока с медной мишенью в газовом режиме (при давлении аргона уровня 0,1 Па), и в вакуумном режиме (при давлении остаточного газа 0,004 Па). Показано, что доли ионов меди в газовом и вакуумном режимах при токе разряда, достаточном для поддержания режима самораспыления (10 А), достаточно близки и
составляют 97 % и 100 %, соответственно. Результаты экспериментов и численных оценок свидетельствуют о возможности осуществления стабильного функционирования непрерывного разряда и получения потока металлических ионов в высоком вакууме в планарном магнетроне без эффектов термического испарения или сублимации
медной мишени.

Выполнено численное моделирование влияния отражательного электрода на ионный состав плазмы планарного магнетрона, в разрядную область которого инжектируется электронный пучок с независимыми током и энергией электронов. Результаты численного моделирования свидетельствуют о том, что в такой конфигурации, более высокие значения концентрации ионов рабочего газа (аргона) и катода-мишени (меди) магнетрона достигаются за счет более высокой степени удержания в области гене-рации плазмы инжектированных электронов вследствие их частичного отражения и отклонения в тормозящем поле отражательного электрода. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальным масс-зарядовым составом ионов плазмы такого магнетрона.

Приводятся результаты исследования влияния подслоя хрома на магнитные свойства (эффективную намагниченность насыщения) магнито-диэлектрических покрытий, состоящих из тонких (1,2–1,8 мкм) слоев магнитных металлов (никеля, железа) и алюмооксидной керамики, и получаемых при испарении мишеней электронным пучком в форвакуумном диапазоне (5–8 Па) давлений гелия. Обнаружено, что добавление подслоя хрома ухудшает магнитные свойства пленок, поэтому синтез магнито-диэлектрических покрытий в описанных условиях целесообразно осуществлять без такого подслоя.

Описаны результаты эксперимента по осаждению тонкопленочного магнито-диэлектрического покрытия при последовательном электронно-лучевом испарении в гелии и кислороде форвакуумного диапазона давлений (5 Па) мишени из стали и алюмооксидной керамики. Методом ферромагнитного резонанса продемонстрировано наличие у покрытия магнитных свойств, рентгенографическое исследование под-твердило наличие в покрытии магнитного оксида Fe3O4, а измеренные оптическим профилометром толщины покрытий составили 3–6 мкм.