Метод магнетронного напыления покрытий с ионным ассистированием
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
аиболее интенсивным потоком распылённых атомов мишени. Камера помещена на вакуумный стенд 6 с безмаслянной откачкой. Для форвакуумной откачки используется пластинчато-роторный насос 2НВР-90Д (быстродействие 25л/с), для достижения предельного давления (4,2710-7 Торр) - турбомолекулярный насос ТМН-500 (быстродействие 500л/с). Рабочий газ напускается в объем камеры через ионные источники, газовый поток контролируется многоканальной электронной системой Bronkherst HIT-TECH. Для электрического питания магнетронов используется шестиканальный блок с возможностью электронного документирования параметров разряда магнетронов и автоматической блокировки работы устройств в случае нештатной ситуации. Он размещается совместно с двумя блоками питания источников ионов и блоком смещения напряжения в стойке управления.
В магнетронах используются постоянные Sa-Co магниты с напряженностью поля на полюсах 0,4 Тл. Распыляемые мишени представляют собой диски диаметром 40мм и толщиной 3-4мм. Технологический цикл обработки изделий включает в себя этап чистки мишеней. Для того чтобы распылённый при этом материал не осаждался на образцы используется экран 5. Фланцы камеры, магнетроны и источники ионов охлаждаются проточной водой.
Технические характеристики газоразрядных устройств, используемых в данной установке представлены в табл.2.
Табл.2. Технические характеристики магнетрона и источника ионов.
Ток разряда, АНапряжение горения разряда, ВМинимальное рабочее давление, ТоррМагнетрон0-0,3150-450210-3Исочник Холла0-0,5300-50010-3
Рис.11. Схема установки для нанесения покрытий. 1-вакуумная камера; 2-магнетрон; 3-источник ионов; 4-манипулятор; 5-экран; 6-вакуумный стенд; 7-смотровое окошко.
3.2 Технологический цикл нанесения покрытий
В качестве образцов для данного эксперимента использовали 12 трубок из конструкторской стали со средней длиной l=10 мм, внешним диаметром Dобр=6мм и внутренним dобр=3,7мм, закреплены на шпильке диаметром Dш=3мм и зажаты гайками с двух сторон.
Технологический цикл эксперимента:
. Очистка образцов в ультразвуковой ванне (t=30мин).
. Измерение массы образцов.
. Ионная чистка образцов (t=20мин).
Устанавливаем образцы в вакуумную камеру и откачиваем до предельного давления P=210-5 Торр. Задаём поток аргона QAr=20 мл/мин, давление 10-3 Торр. Включаем ионные источники с током Ii=0,4А и задаем напряжение смещения U=1кВ. Экран закрывает мишени.
. Чистка мишеней (t=2мин).
Устанавливаем поток аргона QAr=45 мл/мин, давление P=2,210-3 Торр. Включаем магнетроны с током Im=200 мА. Экран закрывает мишени.
. Охлаждение образцов в вакууме (t=20 мин).
Давление остаточного газа P=210-5 Торр.
. Контрольное измерение массы образцов для определения количества распылённого материала. После чего повторяем предыдущие этапы цикла (ионную чистку образцов и чистку мишеней).
. Нанесение покрытия (t=60мин).
Устанавливаем потоки газов: QAr=28,8 мл/мин, QN2=6,2 мл/мин. Напряжение смещение задаем U=100В. Открываем экран. Ток магнетронов и источников ионов 0,4 200.
. Охлаждение образцов в вакууме (t=40 мин).
Давление остаточного газа P=210-5 Торр.
. Контрольное измерение массы образцов для определения массы напыленного материала.
3.3 Результаты и их обсуждение
Результаты эксперимента представлены в таблице 3.
Табл.3. Результаты эксперимента.
№обр.lср, ммm1, гm2, г ? m, гm3, гm4, гm5, г19,251,2551,2530,0021,2511,25290,0019210,051,36221,360,00221,35781,35960,0018310,1751,37071,36840,00231,36611,3680,001949,851,35081,3480,00281,34521,34730,0021510,051,36071,35810,00261,35551,35730,0018610,3251,40371,40080,00291,39791,40010,0022710,051,37821,37520,0031,37221,37470,002589,91,34851,34570,00281,34291,34530,0024910,0751,36981,36690,00291,3641,36640,002410101,34581,34290,00291,341,3420,002119,351,26811,26550,00261,26291,26470,0018129,91,32731,32450,00281,32171,32360,0019где lср- средняя длина образца,
m1 - масса образцов после чистки в УЗ-ванне,
m2 - масса образцов после ионной чистки,
?m - масса распыленного материала при ионной чистке (?m=m1-m2)
m3 - масса образцов после второй ионной чистки (m3=m2-?m)
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=2?R l.
Зная плотность нитрида титана ?TiN=5,1 г/см3 и массу покрытия, найдем его толщину:
h==.
Погрешность ?h в определинии толщины покрытия, состоит из погрешностей измерительных приборов (весы ?m и штангенциркуль ?l) и погрешности определения площади ?S.
;
Погрешность приборов определяем по их тех. паспортам:
?m=510-5 г ; ?l=510-2 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]:
=2?(R2-r2);
Результаты приведенных выше расчетов для каждого из образцов представлены в таблице 4.
Табл.4. Результаты расчетов.
№обр.lср, ммm5, гSпов, мм2V, мм3h, мм? l, %? m,%? S,%? h, .2500.0019174.2700.37250.00210.54052.631611.009011.3321210.0500.0018189.3420.35290.00190.49752.777810.132710.5183310.1750.0019191.6970.37250.00190.49142.631610.008210.360049.8500.0021185.5740.41180.00220.50762.381010.338410.6212510.0500.0018189.3420.35290.00190.49752.777810.132710.5183610.3250.0022194.5230.43140.00220.48432.27279.8627910.1328710.0500.0025189.3420.49020.00230.49752,000010.132710.340189.9000.0024186.5160.47060.00230.50512.083310.286210.5072910.0750.0024189.8130.47060.00220.49632.083310.107510.33191010,0000.0020188.4000.39220.00210.50002.500010.183310.4976119.3500.0018176.1