книги / Эволюция представлений о структурных зонах поликристаллических наноструктурированных плёнок, формируемых методами вакуумных технологий

II* – формирование 2D образований с зернистой подструктурой

III* – зарождение поликристаллической составляющей пленки

IV* – формирование и срастание 3D образований с пластинчатой структурой

V* – формирование сплошной крупнозернистой пленки с 3D образованиями с пластинчатой структурой на поверхности

Впервые установлено, что уменьшение содержания азота ниже 70 % приводит к росту объемной доли гексагональной фазы TiN0,3, изменению основной фазы пленки с кубической (111)TiN до гексагональной (101)TiN0,3, процесса структурообразования и стадий формирования пленки.

При максимальной доле аргона в газовой смеси (70 %) основными причинами различия структурного состояния крупнозернистой дефектной пленки с зернами пластинчатого строения и наноструктурированными 3D образованиями с пластинчатой структурой на поверхности, перехода дополнительной фазы (101)TiN0,3 в основную являются усиление интенсивности ионной бомбардировки по отношению к формирующейся пленке вследствие максимальной плотности ионов и их подвижности, недостаточные температурные условия и скорости нагрева пленки для зародышеобразования и формирования основной кубической фазы (111)TiN (см. рис. 3.43).

Список литературы

1. Каменева А.Л., Сушенцов Н.И., Трофимов Е.М. Изучение влияния технологических и температурных условий формирования пленок на основе Ti-Al-N методом электродугового испарения на их структуру, свойства, механизм и стадии формирования // Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. – Пермь, 2010. – Т. 12,

№ 1. – С. 63–75.

181

2.Каменева А.Л., Каменева Д.В. Изучение процесса структурообразования ионно-плазменных пленок в зависимости от температурных условий формирования // Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. – Пермь, 2010. – Т. 12. – № 2. – С. 46–57.

3.Каменева А.Л., Сошина Т.О., Гусельникова Л.Н. Изучение влияния напряжения смещения на подложке на процесс формирования поликристаллических пленок нитрида титана методом электродугового испарения // Высокие технологии в промышленности России: материалы XVI междунар. науч.-техн. конф. (Москва, 9–11 сент. 2010 г.) / ОАО ЦНИТИ «Техномаш». – М., 2010. – С. 392–401.

4.Каменева А.Л., Сошина Т.О., Гусельникова Л.Н. Влияние концентрации азота в газовой смеси на структурные и фазовые изменения в пленках нитрида титана в процессе электродугового испарения // Высокие технологии в промышленности России: материалы XVI междунар. науч.-техн. конф. (Москва, 9–11 сент. 2010 г.) / ОАО ЦНИТИ «Техномаш». – М., 2010. – С. 402–410.

5.Установление корреляционной связи между температурными условиями формирования ионно-плазменных пленок и процессом их структурообразования / А.Л. Каменева, В.Н. Анциферов, Г.А. Сапегин, Д.В. Каменева, М.В. Баяндина // Вестник Магнитогорского технического университета им. Г.И. Носова. – 2010. – № 2(30), июнь. –

С. 61–68.

6.Каменева А.Л. Cтруктурные и фазовые превращения в пленках в зависимости от положения подложки в потоке плазмообразующих частиц // Конструкции из композиционных материалов. –

М., 2011. – № 1. – С. 51–62.

7.Kameneva A.L. Forming Stages of Polycrystalline Tin Films Depending on the Nitrogen Concentration in Mixed Gas // Journal of Materials Sciences and Applications. – 2011. – Vol. 2, No. 1, January. – Р. 6–13.

8.Kameneva A.L., Soshina T.O., Guselnikova L.N. An influence of a substrate voltage bias and temperature conditions on structure and phase modification in single-component ion-plasmas’ films // Journal of Surface Science and Nanotechnology. – 2011. – Vol. 9, № 11, February. – Р. 34–39.

182

9.Kameneva A.L., Soshina T.O., Guselnikova L.N. Forming and

nanostructuring processes of film with main hexagonal phase TiN0,3 during arc spraying // Journal of Biophysical Chemistry. – 2011. – Vol. 2,

№1, January. – P. 26–31.

10.Каменева А.Л. Изменение процесса структурообразования, фазового состава и механических свойств ионно-плазменных пленок TiN под влиянием тока дуги // Конструкции из композиционных ма-

териалов. – 2011. – № 2. – С. 60–70.

11.Каменева А.Л. Влияние давления газовой смеси на структурные и фазовые изменения в пленках нитрида титана в процессе электродугового испарения // Упрочняющие технологии и покры-

тия. – 2011. – № 7. – С. 20–30.

12.Морфологически зависимый акустический резонанс в тонких пленках: лазерная генерация акустических колебаний / Н.В. Чернега, М.И. Самойлович, А.Г. Кудрявцева, А.Ф. Белянин, П.В. Пащенко, Н.Н. Дзбановский // Высокие технологии в промышленности России: материалы XVI междунар. науч.-техн. конф. (Москва, 9–11 сент. 2009 г.) / ОАО ЦНИТИ «Техномаш». – М., 2009. – С. 376–382.

13.Problems of structure evolution in polycrystalline films: correlation between grain morphology and texture formation mechanisms / M. Adamik, P.B. Barna, L. Tomov, D. Biro // Pkys. Stat. Sol. (A). – 1994. – Vol. 145. – P. 275–281.

14.Barna P.B., Adamik M. Formation and Characterization of the structure of surface coatings // Protective Coatings and Thin Films / ed. by Y. Paleau, P.B. Barna. – Kluwer Acadtmic, Dordrecht, The Netherlands, 1997. – Р. 279–297.

15.Preparation of thin AlOx (0 ≤ x ≤ 1,5) films on gold and polycarbonate characterized by XPS, EPMA, AFM and TEM / A. Csanady, Y. Pitton, H.J. Mathieu, K. Kessler, R. Fuchs, M. Textor // J. Surf. interface Anal. – 1994. – Vol. 21. – Р. 546–552.

16.Ройтбурд А.Л. Теория формирования гетерофазной структуры при фазовых превращениях в твердом состоянии // Успехи физи-

ческих наук. – 1974. – Т. 113, вып. 1. – С. 69–104.

183

17.Schneider J.M., Sproul W.D., Matthews A. Magnetron sputtering Reactive ionized magnetron sputtering of crystalline alumina coatings // Surf. Coat. Technol. – 1998. – Vol. 98. – Р. 1473–1476.

18.Multiscale Modeling of Thin-Film Deposition: Applications to Si Device Processing / F.H. Baumann, D.L. Chopp, T. Diaz de la Rubiа, G.Н. Gilmer, J.E. Greene, H. Kodambaka, S. Huang, O. Sullivan, I. Petrov // MRS Bull. – 2001. – Vol. 26. – Р. 182–188.

19. Lattice Monte Carlo Models of Thin Film Deposition / G.H. Gilmer, H. Huang, T. Diaz de la Rubia, J. Dalla lone, F. Baumann // Thin Solid Films. – 2000. – Vol. 365. – Р. 189–200.

20.Белянин А.Ф., Самойлович М.И. Пленки алмаза и алмазоподобных материалов: формирование, строение и применение в электронике / ОАО ЦНИТИ «Техномаш». – М., 2003. – С. 19−110.

21.Технология тонких пленок / под ред. Л. Майссела и Р. Глэнга. – М.: Советское радио, 1977. – Т. 1. – 662 с.

22.Белянин А.Ф., Самойлович М.И. Тонкие пленки алмазоподобных материалов как наноструктурированные системы // Наноматериалы: моногр. / ОАО ЦНИТИ «Техномаш». – М., 2006. – 241 с.

23.Microstructural evolution during film growth / I. Petrov, P.B. Barna, L. Hultman, J.E. Greene // J. of Vacuum Science and Technology. – 2003. – Vol. A 21, № 5. – Р. 117–128.

24.Combadiere L., Machet J. Reactive magnetron sputtering deposition of TiN films. II. Influence of substrate temperature on the mechanical properties of the films // Surf. Coat. Technol. – 1997. – Vol. 88. – Р. 28–37.

25.Microstructural features of wear-resistant titanium nitride coatings deposited by different methods / S.V. Fortuna, Y.P. Sharkeev, A.J. Perry, J.N. Matossian, I.A. Shulepov // Thin Solid Films. – 2000. – Vol. 377–378. – Р. 512–517.

26. Optical interference coatings topical meeting / N. Kaiser,

M.Bischoff, T. Feigl, U. Schuiz, O. Stenzel. – Arizona, June, 2010.

27.Microstructural Evolution in Thin Films of Electronic Materials / C.V. Thompson, C. Ballentine, P.D. Bristowe, J. Melngailis, R.C. O'Handley // RLE Progress Report. – 1992. – Chapter 5, No. 134. – P. 39–45.

184

28.Thompson C.V., Tsao J.Y.. Srolovitz D.J. Evolution of Thin Film and Surface Microstructure // Materials Research Society Symposium Proceedings. 1991. – Vol. 202. – P. 555–560.

29.Чернов А.А. Теория устойчивости гранных форм роста кри-

сталлов // Кристаллография. – М., 1971. – Т. 16, вып. 4. – С. 842–863.

30.Pashley D.W. Epitaxial Growth / ed. by J.W. Matthews. – Academic Press, 1975. – Part A. – Р. 2.

31.Pocza J.F., Barna A., Barna P.B. The formation of texture in vacuum-deposited indium films // Krist. Tech. – 1970. – Vol. 5. – Р. 315– 321.

32.Honjo G., Yagi K. Studies of epitaxial grouth of thin films by insitu electron microscopy // Current Topics in Materials Science / ed. by E. Kaldis. – 1975. – Vol. 6. – P. 195.

33.Sürgers C., Strunk C., Löhneysen H.V. Effect of substrate temperature on the microstructure of thin niobium films // Thin Solid Films. – 1994. – Vol. 239. – P. 51–56.

34.Бобров В.Г., Илбин А.А. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование): учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004. – 624 с.

185

В процессе осаждения пленки при температурах зоны 1 каждый параметр, выбранный в качестве основного переменного технологического параметра: давление газовой смеси, напряжение смещения на подложке, содержание азота в газовой смеси, ток дуги и расстояние катод–подложка, в большей или меньшей степени увеличивает температуру пленки и оказывает влияние на скорость протекания стадий формирования и процесса структурообразования пленки. Нанокристаллическая бездефектная пленка формируется не только в строго определенном температурном интервале и последовательности стадий формирования, но и при определенных начальной температуры пленки и скорости ее нагрева. Максимального эффекта можно добиться предварительной стабилизацией структуры поверхности подложки перед осаждением пленки путем продолжительной термической подготовки подложки. При уменьшении технологических и температурных характеристик (относительно оптимальных) получение бездефектной пленки в зоне 1 модели Торнтона практически невозможно.

Установлено, что к структурно управляемым параметрам относятся:

1)технологические параметры ионной очистки подложки: высокое напряжение, скорость увеличения его до требуемого значения, продолжительность ионной очистки, окончательная температура подложки;

2)технологические параметры процесса осаждения пленки: давление газовой смеси, напряжение смещения на подложке, содержание азота в газовой смеси, ток дуги и расстояние катод–подложка;

3)температурные характеристики процесса осаждения пленки: начальная температура пленки и скорость ее нагрева в процессе осаждения.

Воснову разработанных позже МСЗ была положена зависимость структурных изменений в пленках от гомологической температуры и технологических параметров для различных методов осаждения пленок, управляющих ее структурой: скорость нагрева подложки, скорость нагрева пленки, гомологическая температура,

187