Формирование плазмохимических неорганических покрытий

Методами плазмохимии получают качественные органические и неорганические покрытия.

Неорганические покрытия, сформированные полимеризацией в плазме, обладают высокой прочностью и значительной твердостью, высокими электрофизическими свойствами. В промышленности широкое распространение получили следующие процессы.

§ Получение покрытий кремния. Данный процесс широко используется в микроэлектронике. Осаждение покрытий осуществляют в плазме постоянного или переменного электрического разряда, в который вводятся пары силана (SiH₄). В результате столкновения с быстрыми частицами в плазме происходит диссоциация, атомы кремния осаждаются на подложку, водород удаляется из реакционной камеры.

§ Образование покрытий диоксида кремния SiО₂. Данные покрытия формируются из плазмы, содержащей силан и кислород или пары воды (SiH₄+O₂(H₂O)). В плазме происходит диссоциация силана и кислородсодержащего соединения. На поверхности адсорбируются продукты разложения и протекает реакция

Si+2O → SiO₂.

Получение покрытий нитрида кремния SiN. Данное покрытие осаждается из плазмы, которая содержитSiH₄ и аммиакNH₃. Механизм образования слоя аналогичен описанному выше.

4. Получение покрытий из диоксида титанаTiO₂. Их получают из плазмы, содержащейTiCl₄ и кислород.

5. Получение покрытий из карбида кремния SiC, имеющих высокую твердость и прочность. В этом случае зажигают электрический разряд в парахSiH₄иC₂H₄.

Плазмохимические методы используются для получения покрытий вольфрама, молибдена. Данные покрытия осаждают из плазмы, которая содержит легколетучие соединения этих металлов, например, карбонильные, хлориды и фториды соответствующих металлов.

32

К первой группе можно отнести ме­тоды, которые реализуются в среде неполимеризующихся газов (кислорода, азота и других). В этом случае, как правило, не происходит формирование слоев, состав которых существенно отличается от состава обрабатываемого полимера. Возможно образование модифицированных структур с участием атомов воздушной среды (кисло­рода, паров воды, азота), однако образующиеся химические соединения являются низкомолекулярными и толщина слоев составляет ~ 50 нм. Ко второй группе отно­сятся методы обработки в среде полимеризующихся газов, и при их реали­зации химический состав поверхности значительно отличается от состава материала. Это объясняется тем, что на обрабатываемой поверхности происходит полимеризация паров и в конечном счете осаждается покрытие.

33 В технологии получения полимерных пленок и покрытий полимеризацией мономера в качестве основного инициирующего агента используют потоки электронов, тлеющий разряд, УФ излучение. Образование активных молекул (ионов, радикалов), способных к полимеризации на поверхности, происходит в результате неупругого столкновения электронов с адсорбированными неактивными соединениями. При этом часть их, получив достаточную кинетическую энергию, десорбируется с поверхности и, таким образом, не участвует в процессах полимеризации. Технологическая установка для получения покрытий электронной бомбардировкой представляет собой вакуумную камеру, в которой достигается исходный вакуум ниже 10^-2Па (рисунок 3).

1–вакуумная камера; 2–подложка; 3–нагреватель; 4–поток электронов

34 При использовании данных методов исходным материалом, из которого формируется покрытие, является полимер или олигомер в конденсированной фазе. Под действием потока электронов, ионов, лазерного излучения или в результате нагрева в вакууме полимер (олигомер) разрушается (диспергируется) с образованием летучих продуктов. Продукты разрушения поступают на поверхность изделия, и на ней создаются условия для вторичной полимеризации