Кафедра ВЭПТ
«Плазменные покрытия»
Лекция 7
Комбинированные методы нанесения
покрытий
1. Метод ионного осаждения.
2. Ионно-ассистированное осаждение покрытий.
3. Ионизированное кластерно-лучевое нанесение
покрытий.
1
Схема оборудования для нанесения
покрытий методом ионного осаждения.
Рис. 1.
А —рабочий газ;
В-подвижная заслонка;
С-держатель подложки;
D-подложка;
Е-катодное
темное
пространство;
F-заземленный экран.
I —источник питания;
2-поток частиц материала покрытия;
3-ванна с жидким испаряемым
материалом;
4 —вакуумное уплотнение;
5-первичный
электронный
пучок;
6-электронно-лучевой
испаритель;
7—вакуумный насос.
2
Схема установки ионного осаждения с триодной
системой и дополнительной ионизацией паровой фазы
материала, испаряемого электронным пучком.
6
+
4
5
+
-
3
2
1 – мишень,
2 – электронный пучок,
3 – электронно-лучевая
пушка,
4 – накальный катод,
5 – анод,
6 – подложка.
1
Рис. 2.
3
Способы нанесения покрытий испарением и распылением.
аструктура
покрытия,
нанесенного
испарением
или
распылением
без
ионной
бомбардировки;
б
—ионная
бомбардировка
перпендикулярно
поверхности
подложки
(улучшает
качество
покрытия);
в —ионная бомбардировка под
острым
или
тупым
углом
(сглаживаются
только
определенным
образом
ориентированные ступеньки);
г - методика распыления вперед,
предотвращающая образование пор
в микроструктуре пленки.
Рис. 3.
4
Схема нанесения покрытий ионноассистированным методом.
подложк
а
электрический
зонд
источник
ионов
Ar
O2
Источник осаждаемого
материала
Рис. 4.
5
Схема источника кластеров.
область формирования
кластеров
диаметр сопла D
.
толщина сопла
L
давление
паров Р0
.
.
.. .
.
..
.
.
.
.
. .
. .
.
наносимый
материал
давление в
камере Р
.
.
.
тигель
Рис. 5.
давление в тигле Р0 = 10 Тор, диаметр сопла D = 0.5-2
мм, отношение L/D = 1.
6
Схематическое изображение устройства
для ионизованного кластерно-лучевого
нанесения покрытий.
подложка
электрод для
ускорения
ионизованных
кластеров
нагреватель
ионизованные и
нейтральные
кластеры
электрод для
ускорения
электронов
. ..
.
. . .
° . ..
. .
. .. .. .
°
.
эмиттер
электронов для
ионизации
сопло
. .
.
. .
..
. .
. .
. .
. .
. .
. .
эмиттер
электронов для
нагрева тигля
наносимый
материал
.
.
. . .
.
.
Рис. 6.
.
тигель
7
Основными факторами, определяющими свойства
получаемых пленок, являются:
- интенсивная миграция адатомов по
поверхности подложки,
- создание активизированных центров
нуклеации растущей пленки,
- десорбция поверхностных примесей,
- нагрев поверхности подложки,
- увеличение скорости химических
реакций,
- ионная имплантация.
8
Процессы, происходящие при нанесении
покрытий ионизованным кластерно-лучевым
методом.
нейтральный
кластер
ионизованный
кластер
распыление наносимого
материала
испарение
миграция
распыление
подложки
подложка
имплантация
Рис. 7.
9
Схема применения 400-кВ ускорителя Ван-деГраафа для ионной имплантации.
Рис. 8.
a-ионный источник; b- ускоритель; с-анализирующий магнит;
d -пластины сканирования пучка; е-сканирующий пучок; fобразец; g-система вращения образца на углы от 0 до 90°.10
Гауссово распределение концентрации
имплантированных ионов по глубине.
1 - направление ионного пучка при имплантации
подложки; 2-поверхность подложки; с-концентрация;
d—глубине проникновения в подложку.
11
Достоинства метода ионной имплантации:
- для проведения процесса не требуется высокая
температура;
-отсутствие границы раздела между подложкой и
покрытием исключает опасность отслаивания последнего
под действием механических напряжений и коррозии;
- улучшение качества поверхности вследствие
сглаживания существующего после механической
обработки рельефа посредством распыления выступов;
- вследствие максимально возможной дисперсности
имплантируемых частиц оказываемый ими эффект,
например на коррозионную стойкость, максимален;
12
Достоинства метода ионной имплантации:
-имплантация вызывает появление двуосных сжимающих
напряжений в облучаемом поверхностном слое, и в
случае керамики это может быть очень полезным с точки
зрения залечивания поверхностных микротрещин (в
металлах и сплавах такие напряжения можно снять
отжигом);
- имплантация как промышленный технологический
метод легко контролируется и автоматизируется (в
противоположность методам термохимической
обработки).
13
