Наши исследования показывают, что наиболее существенное увеличение скорости осаждения металлических покрытий с использованием плазмы магнетронных распылительных систем (МРС) достигается за счёт создания испарения на поверхности мишени МРС дополнительно к столкновительному распылению.
Нам удалось получить ряд экспериментальных результатов на примере осаждения медных, алюминиевых и хромовых покрытий, в которых обнаружено значительное (в 10 раз и более) увеличение скорости роста покрытий по сравнению с обычными МРС. Для этого были использованы специальные конструкции катодного узла, в которых мишень теплоизолирована от охлаждаемого корпуса магнетрона.
Мы создали модели тепловых и эмиссионных процессов в катодных узлах с теплоизолированными мишенями, испытывающими плавление и испарение, разработали методику расчёта плотности потока осаждаемых частиц и скорости роста покрытий, предложили структуру баланса энергии на подложке, подготовили программный код для расчёта температуры подложки.
Расчёты по разработанным моделям в комбинации с экспериментальными исследованиями позволили выявить особенности механизмов эмиссии атомов и переноса эрозионного вещества от мишени к подложке при работе магнетронов на постоянном токе и импульсных МРС в зависимости от их мощности и ряда других параметров. Были рассмотрены случаи жидкофазных мишеней, помещённых в тигли из тугоплавких металлов, а также «горячих» твердотельных мишеней из металлов, имеющих высокую скорость сублимации (хром, титан). Определены диапазоны мощности МРС, в которых испарительный компонент является доминирующим. Изучены возможности современных МРС по наращиванию скорости осаждения покрытий из разных металлов. К примеру, производительность нанесения медных покрытий при работе МРС с испарением мишени может быть увеличена в 10..100 раз. Результаты наших расчётов хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Комбинация расчётов и экспериментов позволила обнаружить факторы, влияющие на усиление скорости эрозии мишеней и осаждение металлических покрытий. Это – излучательная способность вещества тигля, поверхностная энергия связи атомов мишени, специфическая зависимость давления насыщенного пара вещества мишени от температуры. Для импульсных МРС выяснено, что температура мишени и скорость испарения практически не изменяются между импульсами тока. Здесь испарительный компонент эрозионного потока определяется усреднённой по периоду мощностью источника питания.
Нами предпринято исследование условий осаждения с испарением мишеней на свойства формируемых покрытий. Оказалось, что свойства покрытий неоднозначно зависят от условий осаждения. На примере нанесения медных и хромовых покрытий выявлено, что морфология поверхности, направления роста, механические свойства и адгезия сложным образом зависят от сочетания теплового потока на подложку и плотности потока осаждаемых атомов.
Исследование поддержано Российским научным фондом (грант № 15-19-00026).
| Файл тезисов: | Тезисы доклада_для отправки на конф.pdf |