Анализ технических характеристик оборудования для исследования процессов ионного ассистирования

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

 

Кафедра проектирования информационно-компьютерных систем

 

 

Отчет по практике на тему

 

 

Ионное ассистирование в процессах образования тонкопленочных структур на поверхности твердого тела

 

 

Выполнила____________________ / магистрантка гр.84а Дятчик А.Ю. /

 

 

Проверил____________________ / канд.физ.-мат.наук, доцент Дик С.К. /

 

Минск

2014 г.

Содержание

Содержание

Введение. 4

1. Анализ технических характеристик оборудования для исследования процессов ионного ассистирования. 5

2. Поиск научно-технической литературы по теме исследования. 8

3. Исследование характеристик процесса ионно-лучевого нанесения тонких пленок. 9

Заключение. 16

Список использованных источников. 17

 

 

Введение

Технологические потребности рынка повышают актуальность получения высококачественных тонкопленочных слоев металлов, сплавов, диэлектриков и полупроводников. В настоящее время трудно найти область техники, где бы пленочные покрытия или изделия на их основе не выполняли определённой функциональной роли. В связи с развитием отраслей электронного и оптического приборостроения, машиностроения, и металлообработки, средств коммуникаций и авиастроения возрастает интерес к получению покрытий с особенными электрофизическими, оптическими, механическими, жаростойкими и антикоррозионными свойствами на различных органических и неорганических материалах.

На сегодняшний день представляются перспективными методы формирования пленок, основанные на ионной бомбардировке выращиваемой фазы. Облучение поверхности подложки ионами в процессе выращивания пленок - ионное ассистирование (ion beam assisted deposition - IBAD), позволяет в широких пределах управлять свойствами наносимых слоев независимой регулировкой потоков на подложку. Ионная бомбардировка является необходимым условием роста метастабильных фаз пленок сверх твердых элементов и соединений, таких как алмазоподобные покрытия (diamond like carbon - DLC) и кубический нитрид бора (c-BN).

IBAD процессы могут осуществляться при термическом испарении путем подведения энергии к веществу резистивным и высокочастотным нагревом, электронной бомбардировкой и нагревом с помощью лазерного излучения. Кроме того, IBAD технология может быть реализована при испарении вещества взрывом, при импульсном воздействии на него лазерного излучения, а так же при формировании пленок ионно-плазменными и ионно-лучевыми методами, что получило наибольшее распространение. Для осуществления процессов IBAD используются ассистирующие ионные источники, разработка и изучение одного из которых и является темой данного дипломного проекта.

 

Анализ технических характеристик оборудования для исследования процессов ионного ассистирования

Исследование процесса ионно-лучевого нанесение тонких пленок оксидов металлов проводится в условиях вакуума. Технические данные применяемого оборудования должны соответствовать приведенным ниже. Данное исследование будет проводиться с помощью оборудования — вакуумная установка ВУ-2Мп.

Технические характеристики:

- Рабочее давление не хуже 6·10^-2 Па;

- Проводимая мощность до 7 кВт;

- Ток разряда до 200 мА;

- Рабочее напряжение до 5000 В;

 

Рис.1.1 – Вакуумная установка ВУ-2Мп

Оборудование предназначено для нанесения в вакууме покрытий на оптические детали методом электронно-лучевого и резистивного испарения диэлектриков, полупроводниковых материалов и металлов с одновременным фотометрическим контролем толщины покрытия.

Вакуумная установка обеспечивает возможность нанесения металлических, однослойных, просветляющих, ахроматических, интерференционных, зеркальных, фильтрующих, токопроводящих и других оптических покрытий для области спектра, ограниченной длинами волн в диапазоне 250-1100мм.

Вакуумная установка должна эксплуатироваться на вакуумных участках и в лабораториях при температуре окружающего воздуха от 17 до 280 ˚С, относительной влажности от 40 до 75% и атмосферном давлении 8,4 х10⁴ – 10,6х10⁴ Па (630-800 мм рт.ст).

Вакуумная установка состоит:

- откачной пост (с высоковакуумными средствами откачки);

- агрегат форвакуумный АВР-60;

- комплекс фотометрического контроля толщины СФКТ-751В;

- стойка управления.

Цель исследования — разработка процесса осаждения тонких пленок с заданными свойствами непосредственно с помощью ионно-лучевого ассистированного распыления высокой интенсивности. Эта технология позволила улучшить такие параметры, как адгезия и плотность осаждаемых покрытий. Кроме того, так как при испарении оксидных материалов формируются пленки с недостатком кислорода, то проведение процесса с ассистированием ионами кислорода позволяет контролировать стехиометрию формируемых пленочных структур и в ряде случаев увеличить коэффициент преломления оксидных покрытий. При этом существенно уменьшаются поглощение, рассеяние и шероховатость пленок, а твердость и стойкость к истиранию повышаются.

Пучок ионов формируется ионным источником электронов, и управление свойствами осаждаемых тонких пленок осуществляется посредством изменения параметров ионных пучков в процессе осаждения, а также посредством изменение фазового состава газа-носителя (смесь аргона Ar и кислорода O₂).

Рис. 1.2 - Ионно-лучевое распыление материалов

Ионно-лучевой процесс нанесения пленок целесообразно разделить на три основных этапа:

1. распыление материала мишени;

2. перенос распыленного материала в пространстве мишень – подложка;

3. осаждение материала на подложке.

Материалами для мишени, которая, вследствие бомбардировки ионами, будет испускать частицы материала для последующего осаждения тонкой пленки, являются металл Zn, сплав Zn и Vn, а также оксиды металлов ZnO, Vn₂O₃.

Материалом подложки служит кремниевая пластина и полированное оптическое стекло марки М1. Кремниевая пластина – основной материал для производства полупроводниковых деталей, которые используются во многих областях электроники (вычислительная техника, бытовая электроника, телекоммуникация, автомобильная промышленность и др.).

Полированное стекло M1 - это универсальный материал, который используется в производстве зеркал, стеклянных дверей, автомобильных стекол, стеклопакетов, витрин, витражей и других архитектурных конструкций, другими словами в местах, где предъявляются высокие требования к пропусканию света и внешнему оформлению.