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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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