Алмазні плівки

Запровадження 3.

Синтез вуглецевих алмазоподібних плівок іонним методом 3.

Метод ионно-лучевого осадження 3.

Опис установки 6.

Характеристики іонного джерела 8.

Синтез діамантових плівок при взаємодії низькотемпературної плазми з поверхнею молібдену 10.

Експериментальна установка 11.

Література 13.

Алмаз — самий твердий матеріал із усіх нині відомих, й у найменшої ступеня, ніж якась інша матеріал, піддається стиску. Алмаз має також велике теплопроводностью при кімнатної температурі, і якщо у неї немає дефектів і сторонніх включень, це з найпрозоріших для видимого світла материал.

Властивості алмазу обумовлені незвичайної кристалічною структурою. Крім суто науковий інтерес незвичних властивостей алмазу роблять його дуже корисним для технічних цілей. Цей дорогоцінний камінь широко використовується як абразив у промисловості, у промисловості, як ріжучий інструмент в хірургії та як теплоотвод в електронних приладах. Встановлено, що алмази, містять різні домішки, поводяться як напівпровідники. Але природні кристали дуже і дороги для практичного застосування. Зараз становище у цій галузі дослідження змінюється. У перебігу останніх спеціалістами розроблено чимало технологічних прийомів осадження діамантових плівок товщина яких лежить від сотень ангстрем за кілька міліметрів. Синтез діамантових і алмазоподібних плівок є актуальним на сьогоднішній день.

Тонкі діамантові плівки привертають до всі більшої уваги завдяки таким унікальним властивостями, як надзвичайно висока твердість, висока теплопровідність, прозорість у широкому оптичному діапазоні, велике удільне опір. З іншого боку, діамантові плівки зі спеціально уведеними домішками можна використовувати як напівпровідникових матеріалів. Найчастіше специфічні властивості плівок зумовлюються різними типами дефектів, чимало з яких може бути виявлено з допомогою Епр. Проте їх ідентифікація стикається з величезними труднощами, оскільки микрокристаллиты у тих плівках, зазвичай, частково орієнтовані. Більше певними цьому плані виявляються повністю невпорядковані полікристалічні алмази, карбонадо.

[pic] ССМ зображення алмазоподобной плівки лежить на поверхні скла. Розмір скана.

286×280 нм.

Синтез вуглецевих алмазоподібних плівок іонним методом.

Метод ионно-лучевого осаждения.

Однією з основних достоїнств методу осадження з іонних пучків є можливість отримання речовин, не що у природі чи що є при нормальних умов в метастабильном стані (наприклад, алмаз, карбід кремния).

Раніше такі матеріали одержували тільки при високих тисках і температурі чи сильних ударних хвилях. Зростання плівки при ионно-лучевом осадженні дає змогу отримувати щільні кристалічні модифікації, не вдаючись до традиційних методам.

Існує велика кількість речовин мають ряд стійких кристалічних модифікацій. У кожному стані решітка володітиме своїм мінімумом вільної енергії. Так для вуглецю є кілька стійких модифікацій відповідних графітові, алмазу, металевому вуглецю та інших щільним алмазоподобным структурам. У разі забезпечити ионам енергію, який буде необхідний подолання потенційного бар'єра, отделяющего одну кристалічну фазу одної, можна простим регулюванням потенціалу підкладки. Причому розкид іонів по енергії ні перевищувати різницю у висоті потенційних бар'єрів, поділяючих дві близьких кристалічних модифікації. Максимальна енергія падаючих іонів визначається енергетичним порогом дефектообразования (для алмаза.

60−80 еВ). З урахуванням можливої втрати енергії падаючих іонів і діапазон їх енергетичного розподілу є найважливішим, але з єдиним умовою, т.к. механізм взаємодії при синтезі матеріалів з енергетичних іонних пучків складний. Осадження іона на поверхню супроводжується релаксационными коливаннями, розігрівом поверхні з допомогою виділення енергії. Перелічені ефекти, безумовно, не охоплюють сув’язь явищ супроводжуючих процес конденсації. Дія декого з тих буде негативно позначиться на синтезу. Впливати на ступінь тієї чи іншої ефекту можна різними шляхами, наприклад, змінювати температуру підкладки чи умови підльоту іонів до чи разом з осадженням іонів опромінювати поверхню електронними чи ионными пучками. У дослідженні джерелом іонів є прототип космічного электрореактивного двигуна (ЕРД), що у літературі називають прискорювачем з анодним шаром і азимутальным дрейфом (УАД). У УАД розгін іонів відбувається у квазинейтральной плазмі, тому можна отримати вищі, ніж зазвичай, значення плотностей іонного струму. УАД володіє низку інших достоїнств: універсальністю до робочого речовини, можливістю управління потоку тощо. Принципова схема джерела показано на рис. 1.

З боку анода в прискорювач надходить потік іонів, які створюються поблизу анода шляхом іонізації нейтральних атомів. Металеві стінки прискорювального каналу перебувають під катодным потенциалом.

Магнітна система створює в кільцевому зазорі прискорювача радіальне магнітне полі, поступово спадаюче у сфері анода і в зрізу прискорювача. Магнітне полі основному має поперечну компоненту, а електричне — подовжню, тому такі називають ще прискорювачами в схрещених електричних і магнітних полях чи ВЕ розрядом. У схрещених У та О полях на електрони діє сила Лоренца, викликаючи їх дрейф в азимутальном напрямі. Через війну, в кільцевому зазорі формується подвійний азимутально-однородный електричний шар. У умовах рухливість електронів впоперек магнітного поля різко обмежена і зовнішня електричне полі робить роботу переважно над іонами, прискорюючи їх вздовж осі системы.

|[pic] | |Мал.1 | |Джерело іонів (ЕРД). | |1.-магнитопровод. 2.-анод. 3.-металлическая оболочка-катод. 4.-изолятор.| | | |5. канал для підвода робочого речовини. |.

Струм і енергія пучка прискорених частинок — це основні характеристики прискорювача будь-якого типу, дозволяють визначити продуктивність встановлення і можливість використання їх у тому чи іншому виробничому процесі чи експерименті. Циліндр Фарадея — це найпоширеніший прилад, вживаний у ролі первинного еталонного приладу для виміру струмів пучків заряджених частинок. При вимірі струму, пучок частинок потрапляє на ізольований від оточуючих предметів електрод, який затримує частки пучка і майже всі вторинні частки, які утворюються у зіткненні частинок пучка з матеріалом электрода.

Основні переваги аналізованого методу — висока точність і можливість виміру дуже малих струмів. До вад циліндра Фарадея ставляться великі розміри і неспроможність одержувати інформацію про струмі пучка, не порушивши його. Принципова схема циліндра Фарадея показано на мал.2. |[pic] | |Рис.2 Зонд для виміру щільності струму. |.

Опис установки.

Схема використовуваної установки для напилювання плівок показано на рис. 3. У откачиваемый обсяг поміщений джерело іонів (1), яка формує потік іонізованого газу. Перед соплом джерела кріпиться підкладка (2) — пластина монокристала кремнію, нагреваемая пропусканием постійного струму. |[pic] | |Рис.3 Схема установки. |.

Температура підкладки визначалася по температурної залежності опору кременю, вимірюваною під час попередньої работы.

Характеристики іонного источника.

Працюючи з іонним джерелом треба зазначити його характеристики.

На рис. 4,5 представлені залежності щільності іонного струму залежно від відстані до джерела і кута у площині осі джерела відповідно. |[pic] | |Рис.4 Залежність щільності щільності струму | |пучка іонів від відстані до джерела. |.

Швидкість зростання плівок у таких експериментах малі. Помістивши підкладку до області з максимальною щільністю падаючих частинок, збільшується швидкість осадження. Знаючи геометричне розподіл потоку можна оцінити неоднорідність товщини напыленной плівки чи прийняти спеціальні заходи у ліквідації цієї неоднородности.

|[pic] | |Див. Мал.5 Залежність щільності струму пучка іонів від кута. |.

СИНТЕЗ ДІАМАНТОВИХ ПЛЁНОК.

ПРИ ВЗАЄМОДІЇ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОЇ ПЛАЗМЫ.

З ПОВЕРХНЕЮ МОЛИБДЕНА.

Особливо цікавить синтезу діамантових плівок представляють плазмові «тонкоплёночные «технології, що дозволяють отримувати плівки високого якості [2,3]. Зазвичай, це вакуумні способи. У працях [4,5] описаний плазмовий метод синтезу діамантових полікристалічних плівок при горінні ацетилену в кисні при атмосферному давлении.

Одне з найважливіших проблем і при отриманні покриттів даним способом пов’язана зі стабільністю властивостей плівки при нормальних умов її охолодження (адгезія, наприклад). Необхідно оптимізувати теплофизические умови синтезу, серед яких — зниження температури підкладки — одну з основних проблем.

Установлено, що з синтезу плівок оптимальна температура підкладки (Мо, Si): Тп = 1070−1300К [6 -14]. Проте постає запитання, пов’язані з точністю виміру температури поверхні. З використанням пирометрического двух-лучевого способу виміру необхідні поправки з урахуванням властивостей полум’я і оптичних властивостей мінливих зростання вуглецевої плівки. Термопарный метод як і потребує поправках, пов’язані з теплофизическими властивостями підкладки і всіма засобами кріплення термопари. Відомо, що полум’яний метод характеризується значними тепловими потоками (> 2 Mвт/м2) і температура поверхні зростання може суттєво відрізнятимуться від вимірюваною температури підкладки. Важливо визначити температуру поверхні у початковій стадії зростання, коли монокристали ростуть вільно: до того, як виросте суцільна плёнка. Такий їхній підхід дозволить краще зрозуміти механізм зародження алмазної плёнки.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА Установка дозволяє провести дослідження при відомих [6−14] умовах синтезу: температура підкладки — від 300 до 1500 До; витрата газів: 1 — 4 л /мін та їхнє ставлення: R = О2 /C2H2 — до 2.5; відстань між ядром полум’я і підкладкою — більш 0.5мм. На мал.1 зображені: горілка — 1 (діаметр сопла: 1мм) від поверхні підкладки — 2, вміщеній в теплообмінник — 3 з затискачами — 4; теплоизолятор — 5 між підкладкою і теплообмінником, укреплённым на координатнике — 6; термопара — 7 вставлена в тіло підкладки і поджата пружинами — 8; вимірювачі витрати води — 9 і газів -10. Як матеріалу підкладки використовували молибденовые циліндри (висота 5 і діаметр 10 мм). Спай термопари притискався до підкладці з допомогою пружин. Проведене дослідження з допомогою теплового датчика показало, що температура поверхні вище температури підкладки у точці виміру лише на 17 До при Тп = 900 До, а помилка у вимірі температури, пов’язана з способом кріплення термопари в молибденовой підкладці, вбирається у 60К при температурі 900К і визначалася по точкам плавлення хімічно чистого олова і міді як реперів у спеціальній эксперименте.

Поверховий шар плівок досліджувався на спектрометрі комбинационного розсіювання (КР) «TRIPLEMATE (SPEX — USA) і сканирующем електронному мікроскопі «Fillips ». При электронно-графическом дослідженні на просвечивающем мікроскопі «Jeol — 100 СX «для калібрування використовували частки золота і природні алмазы.

|[pic] | |Рис. 1. Схема експериментальної установки. |.

1. АЛМАЗ в електронної техніці. Збірник статей. Відп. ред. В. Б. Квасков.

Москва, Энергоатомиздат. 1990 р. 245стр. 2. Розсіювання світла твердих тілах. Під. ред. М. Кардона і Р. Гюнтеродта//.

Вип. 3, М.: Світ, 1985. 3. В. А. Черепанов, О. С. Золкин, Б. А. Колесов, К. Т. Мурзахметов, B.И.

Семенов. АЛМАЗОПОДОБНЫЕ ГРАНУЛЬОВАНІ ПЛІВКИ НА КРЕМНІЇ, ОТРИМАНІ ПРИ.

ГОРІННІ АЦЕТИЛЕНУ. internet in/psj?fname=internet.