Курсовая работа: Метод магнетронного напыления покрытий с ионным ассистированием

m1 – масса образцов после чистки в УЗ-ванне,

m2 – масса образцов после ионной чистки,

Δm – масса распыленного материала при ионной чистке (Δm=m1-m2)

m3 – масса образцов после второй ионной чистки (m3=m2-Δm)

m4 – масса образцов после нанесения покрытия,

m5 – масса нанесенного покрытия.

Используя измеренные нами длину l и внешний R радиусы каждого из образцов, найдем их площадь:

Sпов=2πR l.

Зная плотность нитрида титана ρTiN=5,1 г/см3 и массу покрытия, найдем его толщину:

h==.

Погрешность Δh в определинии толщины покрытия, состоит из погрешностей измерительных приборов (весы Δm и штангенциркуль Δl) и погрешности определения площади ΔS.

;

Погрешность приборов определяем по их тех. паспортам:

Δm=5·10-5 г ; Δl=5·10-2 мм.

Погрешность определения площади связана с неидентичностью образцов. Кроме того, торцевая поверхность образцов не строго перпендикулярна боковой поверхности, что приводит к осаждению на неё распыленных атомов мишени. Следовательно, максимальная площадь, на которой может быть сформировано покрытие, равна сумме площадей боковой и двух торцевых поверхностей.

Smax=Sбок+2Sторц;

а минимальная:

Smin=Sбок.

Согласно методу Корнфельда [10]:

=2π(R2-r2);

Результаты приведенных выше расчетов для каждого из образцов представлены в таблице 4.

Табл.4. Результаты расчетов.

Рис.12. Теоретическое и эксперементальное распределение толщины покрытия.

Как видно из рис.12. распределение, рассчитанное по результатам эксперимента, не сходится в пределах погрешности с теоретическими данными. Основной причиной данного расхождения является неправильная геометрическая форма образцов. Как говорилось ранее, в сборке между образцами образуются щели, вследствие чего покрытие наносится на часть торцевой поверхности образцов. Более точно толщина покрытия может быть определена по результатам микроскопии поперечного сечения, которая в данной работе не проводилась.

Полученные распределения имеют степени неоднородности Dэксп=20% и Dтеор=32%. Причиной различия является то, что в установке используется не два, а система из шести попарно расположенных магнетронов. Таким образом, при напылении одной парой магнетронов, потоки от двух других, в меньшей степени, но воздействуют на образец, чем делают распределение более равномерным.

В ходе данной работы были изучены физические принципы, лежащие в основе работы установки для нанесения покрытий магнетронным методом с ионным ассистированием, его внутреннее устройство и основные узлы.

Была проделана экспериментальная работа, в ходе которой на стальных образцах получено покрытие нитрида титана TiN. Рассчитано его распределение по поверхности протяженных образцов, как экспериментально, так и теоретически. Показано, что использование системы из шести попарно стоящих магнетронов позволяют получить покрытие со степеню неоднородности не более Dэксп=20%, что на 12% меньше, чем при использовании одной пары магнетронов Dтеор=32%.

Список используемой литературы

1.  Данилин Б.С., Сырчин В.К., Магнетронные распылительные системы, М.: Радио и связь, 1982.

2.  Берлин Е., Двинин С., Сейдман Л., Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок, М.: Техносфера, 2007.

3.  Жуков В.В., Кривобоков В.П., Янин С.Н., Распыление мишени магнетронного диода в присутствии внешнего ионного пучка, Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 4.

4.  Никоненко В.А., Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD. Практикум, под ред, Кузнецова Г.Д., М.: МИСиС, 2001.

5.  Майссел Л., Глэнг Р., Технология тонких пленок. Справочник, пер, с англ, под ред,, Елинсона М.И., Смолко Г.Г., М.: Советское радио, 1977.

6.  Свирин В.Т., Стогний А.И., Формирование пучка равномерной плотности в холловском ионном источнике с открытым торцом, Приборы и техника эксперимента, 1996, №5.

7.  Моргулис Н. Д., Катодное распыление, Успехи физических наук, 1946, т. 28.

8.  Распыление твердых тел ионной бомбардировкой, под ред. Р. Бериша, пер. с англ. Куклин А.М., М: Наука, 1984-86.

9.  Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел. Сб. ст., пер. с англ. Засечкин Л.К., М: Наука, 1989.

10.  Яковлев Г.П., Краткие сведения по обработке результатов физических измерений: методические указания для студентов физического факультета, Екатеринбург: Издательство Уральского Университета, 2004.