Осаждение тонких пленок тугоплавких металлов на стекла через диафрагмы на установке плазменного фокуса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты экспериментов по осаждению на силикатных стеклах тонких пленок тугоплавких металлов: молибдена, тантала и вольфрама. Использовался метод получения пленок, основанный на осаждении металлосодержащей плазмы, образующейся при воздействии на поверхность фольги из тугоплавких металлов мощных плазменных и ионных импульсов. В качестве генератора таких импульсов была использована установка типа плазменный фокус, позволяющая получать ионные пучки и плазменные потоки с плотностью потока энергии в диапазоне 1010−1012 Вт/см2. С помощью металлических диафрагм с диаметром отверстий: 2.5, 3.5 и 4.5 мм выделялась наиболее интенсивная центральная часть ионно-плазменного потока. Получены пленки металлов: Мо, Та и W размерами ∅ 3–5 мм на поверхности стекол. Металлические пленки характеризуются хорошей адгезией, так как сплавляются с поверхностью стекла. Обнаружено нарушение планарности пленок из-за ухода расплавленных частиц металла под поверхность стекла. Пленки имеют неоднородный рельеф, что объясняется наличием металлических частиц микронных размеров в потоке плазмы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Н. Колокольцев

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

В. Я. Никулин

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Email: nikulinvy@lebedev.ru
Россия, Москва

П. В. Силин

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

И. В. Боровицкая

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

Е. Н. Перегудова

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

А. И. Гайдар

Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий

Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

Л. И. Кобелева

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

А. М. Мезрин

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

А. А. Ерискин

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Email: v.kolokoltsev@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Бушминский И. П., Морозов Г. В. Технологическое проектирование микросхем СВЧ. М.: МГТУ, 2001.
  2. Chalapathy R. B.V., Ramakrishna Reddy K. T. // Adv. Mater. Sci. Technol. 1998. V. 1. P. 1.
  3. Технология тонких пленок. Справ. Т. 1 / Ред. Л. Майселл, Р. Глэнг. М.: Советское радио, 1977. С. 664.
  4. Пичугин В. Ф. Материаловедение поверхности и тонких пленок. Томск: ТПУ, 2008. С. 173.
  5. Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериалах. М.: Техносфера, С. 352.
  6. Палатник Л. С. Материаловедение в микроэлектронике. М.: Энергия, 1977. С. 280.
  7. Епифанов Г. И., Мома Ю. А. Физические основы конструирования и технология РЭА и ЭВА. М.: Советское радио, 1979. С. 352.
  8. Технология тонких пленок. Справ. Т. 2 / Ред. Л. Майселл, Р. Глэнг. М.: Советское радио, 1977. С. 768.
  9. Behrisch R. Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to MeV Energies. Berlin: Springer, 2007.
  10. Данилин Б. С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 328.
  11. Polukhin S. N., Nikulin V. Ya., Silin P. V. // Plasma Phys. Rep. 2022. V. 48. P. 346. https://doi.org/10.1134/S1063780X22040110
  12. Nikulin V. Ya., Kolokoltsev V. N., Silin P. V., Polu-khin S. N. // Bull. Lebedev Phys. Inst. 2019. V. 46. P. 360. https://doi.org/10.3103/S1068335619110083
  13. Bondarenko G. G., Borovitskaya I. V., Pimenov V. N., Gribkov V. A., Paduch M., Gaidar A. I., Paramonova V. V., Morozov E. V. // Russ. Metall. 2017. P. 928. https://doi.org/10.1134/S0036029517110064
  14. Kolokoltsev V. N., Maslyaev S. A., Borovitskaya I. V., Nikulin V. Ya., Silin P. V. Peregudova E. N. // J. Phys.: Confer. Ser. 2020. V. 1647. P. 012017. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1647/1/012017
  15. Физические величины. Справ. М.: Энергоатомиздат, 1991. C. 289.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. а – Схема установки ПФ-4 и последовательные фазы движения ТПО: 1 — изолятор, 2 — фаза пробоя и формирования токово-плазменной оболочки (ТПО), 3 — фаза ускорения ТПО, 4 — фаза радиального сжатия, 5 — ионный пучок и плазменный поток, 6 — пинч, 7 — внешний электрод (катод), 8 — внутренний электрод (анод), 9 — разрядник, 10 — конденсаторная батарея.; б – анодный узел установки ПФ-4: 1 — анод; 2 — конусное отверстие; 3 — катод.

Скачать (36KB)
Метаданные
3. Рис. 2. а – Производная разрядного тока в относительных единицах, развертка 2 мкс на клетку; б – фотография плазменной струи, снятая через зеленый светофильтр ЗС-8.

Скачать (25KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема осаждения пленок металлов на стеклянные подложки: а – 1 — шток держателя образцов; 2 — диск держателя образцов из нержавеющей стали Х18Н10Т; 3 — прижимная пластинка из стали Х18Н10Т; 4 — стеклянная подложка; 5 — мягкие прокладки; 6 — диафрагма из стали Х18Н10Т; 7 — мишень (металлическая фольга); 8 — катод; 9 — анод; 10 — струя плазмы; б – держатель образцов в сборке с металлической фольгой: 1 — стальной диск ∅ 100 мм, толщиной 5 мм; 2 — контрольная мишень из титана; 3 — диафрагмы.

Скачать (42KB)
Метаданные
5. Рис. 4. а) – Танталовая пленка на поверхности стеклянной пластинки, осажденная через диафрагму с отверстием ∅2.5 мм. Рабочий газ аргон. Особенность 80 отн. ед.; б) – Фото пленки в характеристическом спектре Ta, снятое на сканирующем микроскопе EVO-40, увеличение 49×. Линией отмечено направление сканирования пленки при измерении относительной концентрации Та и элементного состава (рис. 5).

Скачать (29KB)
Метаданные
6. Рис. 5. а) – Относительная концентрация Ta в области осаждения пленки; б) – элементный состав пленки, полученный растровым микроскопом EVO-40.

Скачать (32KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Профиль поверхности пленки Та, измеренный в срединной части области напыления (см. рис. 4б): а) – получен с помощью оптического профилометра фирмы Sensobar-Tech Sl; б) – получен с помощью цифрового профилометра фирмы AMBIOS XP-200.

Скачать (35KB)
Метаданные
8. Рис. 7. а) – Пленка молибдена, осажденная на стеклянную пластинку через диафрагму с отверстием ∅ 3.5 мм. Рабочий газ аргон. Особенность 130 отн. ед.; б) – Микроструктура поверхности пленки молибдена, снятая сканирующим микроскопом EVO-40.

Скачать (31KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Микроструктура поверхности пленки Мо, полученная с помощью микроскопа Leica DM: напыление пленки в центральной области (а), на краю пленки (б).

Скачать (43KB)
Метаданные
10. Рис. 9. а) – Образование кратера глубиной 0.35 мкм на стеклянной пластинке при осаждении пленки молибдена. Особенность 130 отн. ед. б) – Профиль распределения частиц Мо в центре кратера. Получен на цифровом профилометре XP-200 фирмы AMBIOS.

Скачать (27KB)
Метаданные
11. Рис. 10. а) – Осаждение пленки W на стеклянную подложку толщиной 1.5 мм через диафрагму с отверстием ∅ 15 мм. Рабочий газ аргон. Особенность 80 отн. ед. Расстояние от анода до мишени 30 мм; б) – Фольга W после воздействия импульса плазмы Ar.

Скачать (17KB)
Метаданные
12. Рис. 11. а) – Осаждение пленки вольфрама на стеклянную подложку толщиной 3 мм через диафрагму с отверстием ∅ 4.5 мм. Расстояние от мишени до анода — 16 мм. Рабочий газ азот. Особенность 280 отн. ед.; б) – Фольга W толщиной 20 мкм после воздействия плазменной струи.

Скачать (21KB)
Метаданные
13. Рис. 12. а) – Осаждение пленки вольфрама на стеклянную подложку толщиной 1.5 мм через диафрагму с отверстием ∅ 4.5 мм. 1 – пленка вольфрама; 2 – пенное стекло. Расстояние от анода до мишени 15 мм. Рабочий газ азот. Особенность 230 отн. ед. б) – Профиль пленки W по диаметру области осаждения, полученный с помощью цифрового профилометра XP-200 фирмы AMBIOS.

Скачать (25KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024