Содержание

Мультифункциональное стекло – характеристики, технология производства, достоинства » Статьи на сайте компании «ОСтек»

Мультифункциональное стекло имеет расширенный набор эксплуатационных характеристик и выполняет несколько защитных функций:

  • зимой отражает тепловое излучение обратно в помещение;
  • не пропускает внутрь 2/3 солнечного инфракрасного спектра;
  • поддерживает комфортный уровень освещения;
  • безопасно и надежно для полного фасадного остекления или изготовления окон от пола до потолка.

При использовании мультифункционального стекла достигается сокращение расходов на отопление и кондиционирование помещений, создается атмосфера повышенного комфорта. Оно эффективно работает и зимой, и летом, без искажения цветов. Защитные функции подбираются с учетом потребностей заказчика, назначения объекта, климатических условий.

Материал применяется для премиального оконного и архитектурного остекления. Он хорошо сочетается с фасадными конструкциями и придает зданию современный внешний вид.

Технология производства материала

Мультифункциональные стекла изготавливаются методом магнетронного напыления разных слоев металлов. Он наносится на поверхность в магнитном поле в условиях вакуума. Тончайшее напыление нельзя увидеть невооруженным глазом. В отличие от энергоэффективного стекла, в этом виде покрытия используются специальные рефлекторные добавки. В результате многослойное напыление работает с внешним и внутренним инфракрасным излучением. Состав разрабатывается на основе серебра. Этот металл имеет один из самых низких показателей излучения, благодаря чему с одной из сторон создается эффект зеркальности для отражения солнечных лучей. Другая сторона возвращает в помещение тепловые потоки.

Магнетронное напыление производится в заводских условиях. Для его нанесения используется технологически сложная установка. Образующаяся сверхтонкая пленка тоньше человеческого волоса примерно в 500 раз.

Достоинства мультифункционального стекла

Интенсивность солнечного излучения можно снизить за счет применения тонированного стекла или зеркальной пленки. Однако такие способы имеют существенные недостатки.

Цветное стекло хуже пропускает свет и имеет более высокое поглощение солнечной энергии. Оно поглощает большое количество тепла, поэтому существует риск, что помещение будет интенсивно нагреваться. Солнцезащитная пленка эффективно отражает лучи, но недолговечна и через несколько лет отслаивается. В обоих вариантах искажаются цвета за окном, пейзаж выглядит темнее. Длительное созерцание такой картины может негативно повлиять на самочувствие людей.

Тончайшее магнетронное напыление создает легкий зеркальный эффект снаружи помещения, а изнутри пейзаж выглядит совершенно естественно: точно передаются цвета, достаточное количества света. Покрытие сохраняет свои свойства на протяжении всего срока службы окна. Мультифункциональное стекло пропускает около 65 % света, обычное — 88 %. При этом разница заметна только при непосредственном сравнении. Напыление создает эффект легкого затенения. Оно комфортно не только для людей, но и для домашних растений и животных.

Комнатные цветы реже нуждаются в поливе, не подвержены агрессивному воздействию солнца.

Покрытие абсолютно безвредно и не оказывает воздействия на организм. Его размещают внутри стеклопакета, поэтому оно не смывается, а ионы металлов не проникают в дом. Стеклопакеты с мультифункциональным стеклом значительно снижают риск выпадения конденсата.

Для создания особого дизайна и архитектуры выпускаются стеклопакеты с цветным тонированием: бронзовым, серебряным, голубым. Они не влияют на восприятие цвета изнутри, а выглядят более престижно.

Процессы вакуумного напыления (Application) | Minateh

Resistive Thermal Evaporation

Резистивное термическое испарение

Резистивное испарение – это процесс осаждения в вакууме, который использует электрическую энергию для нагрева катода, который в свою очередь нагревает осаждаемый материал до такой степени, что испаряет его. Процесс может производиться в очень высоком вакууме, что позволяет увеличить длину свободного пробега атома и уменьшить тем самым возможность загрязнения пленки. Может быть достигнута высокая скорость осаждения. Более низкая энергия частиц может уменьшить эффект повреждения подложки. Angstrom Engineering разработал системы осаждения тонких пленок на основе такой технологии, которые позволяют наносить широкий спектр материалов включая: металлы, органические полимеры и неорганические полимеры. Процесс может контролироваться с использованием QCM (quality control manual),системой температурного и оптического контроля обеспечивающие результаты с высоким качеством и повторяемостью. 

Sputter Deposition

Магнетронное распыление 

Столкновение высокоэнергетических частиц содержащихся в плазме эмитируют атомы с поверхности материала мишени, которые конденсируются на поверхности подложки создавая пленку на подложке. Процессы магнетронного напыления происходят при более высоком давлении чем в испарении. Процессы могут происходить и на меньшей длине свободного пробега атома. Пленки полученные методом магнетронного распыления имеют стехиометрию лучше представляющую состав материала мишени, чем состав полученный методом испарения. Определенно, процесс имеет преимущества  по уровню адгезии получаемых пленок из-за более высокой энергии воздействия частиц.

Распыляемые мишени и источники могут быть разных размеров для оптимизации скорости, производительности и однородности получаемых пленок.

Технология напыления магнетронным распылением компании Angstrom Engineeringобъединяет в себе источники распыления высочайшего качества с системой контроля и управления давлением газа.

Системы с источниками магнетронного распыления компании Angstrom Engineering могут оснащаться RF, DC, импульсными DC или MF элекрич. источниками

Специально сконфигурированные источники позволяют наносить магнитные материалы такие как Fe, Ni и Co гораздо проще и поддерживают возможность использования более толстых мишеней.

Electron Beam Evaporation 

Электронно-лучевое испарение 

В электронно-лучевом испарении, катод эмитирует сфокусированный магнитным полем высоко энергетический пучок электронов, который попадая на материал в тигле уносит с тигля напыляемый материал, осаждаемый на подложку.

 Мощные испарители и наборы испарителей с упорядоченным дизайном позволяют получать высокие скорости роста пленки и высокие толщины пленок. Также такой дизайн позволяет увеличить количество процессов и время напыления до развакуумирования камеры для восполнения испаряемого материала в источнике.

Нанесение тугоплавких материалов может достигать высоких скоростей, что может эффективно использоваться для увеличения жаропрочности металлических и керамических пленок. Испаряемый осаждаемый материал может поддерживать поверхностный слой нерасплавленного материала, защищающий тигель от коррозии или от загрязнения.

Angstrom Engineering устанавливает электронно-лучевые испарители в системы и обеспечивает продвинутый контроль и управление распылением для самых сложных применений. Системы могут быть сконфигурированы с использованием как стандартных платформ (систем) так и по индивидуальному заказу для полного соответствия требованиям заказчика.

Ion Assisted Deposition

Ионное напыление

В IAD (ионном напылении) источник широкого пучка ионов направляет рассеянный ионный пучок ионов с различным энергиями прямо на подложку, обычно вместе с источником магнетронным распыления или источником электронно-лучевого напыления. Инертный газ такой как Ar или реактивный газы такие как О2 и N2  могут быть использованы для обеспечения дополнительных химических реакций в течение роста пленки. IAD процессы позволяют усовершенствовать процессы роста пленок через реакции на поверхности, контролировать плотность пленки и улучшать адгезию пленки.Angstrom Engineering может улучшить возможности Вашей системы добавлением ионного источника для ваших процессов. Программные решения компании Angstrom Engineeringпозволяют осуществлять прецизионный тщательный контроль процессов в системах.   

От технологии Double Silver – до «умных» стекол и стеклянной электроники » Вcероссийский отраслевой интернет-журнал «Строительство.RU»


Какое стекло нужно российскому потребителю сегодня, и какое потребуется уже завтра. На этот вопрос, пожалуй, лучше всего ответят ученые. Наш сегодняшний разговор – с заместителем начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР компании «Pilkington Glass Russia», автором более 20 научных работ и соавтором 11 патентов энергосберегающих покрытий на стекле Дмитрием БЕРНТОМ.


– Дмитрий, вы занимаетесь, по сути, изобретением стекла с новыми свойствами. Какое стекло, на ваш взгляд, больше подходит для российского региона?

– Когда зарубежные компании привносили на российский рынок свои стекольные технологии, они исходили из того, что Россия – это, в первую очередь, «там, где холодно». Поэтому готовили для России продукты с ярко выраженными низкоэмиссионными свойствами – то есть, сниженной способностью к передачи тепла из помещения на улицу.

На самом деле это несколько ошибочный взгляд на нашу российскую погоду. Большая часть России находится в зоне умеренно-континентального климата; у нас долгая зима, но одновременно с этим короткое, но достаточно жаркое лето. Есть выраженное межсезонье – осень и весна. И среднему обывателю в сегменте жилых строений, думаю, вовсе не хочется получить продукт, который создавал бы избыточный эффект термоса.

Магнетронная установка для нанесения энергоэффективных покрытий на заводе Pilkington Glass Russia

 

Так какое же стекло для нас подходит? Думаю, оптимальным для потребителя на большей части территории РФ является продукт, который не был бы лучшим с точки зрения какого-то одного параметра – например, только коэффициента излучательной способности или сниженного коэффициента светопередачи – а обладал бы оптимальным балансом по всем своим параметрам.

Это должен быть продукт с низкой излучательной способностью (такую дает низкоэмиссионное стекло с напылением из одного слоя серебра), но не слишком низкой, чтобы не создавать эффект парника.

Дальше, это должен быть продукт многофункциональный, обладающий качествами Double Silver продуктов, изготовленных по технологии двойного серебряного напыления, – снижающий также поступление солнечного жара в помещение в наиболее жаркие солнечные дни. Но опять же, это качество не должно быть избыточным, чтобы, например, ранней осенью, еще до начала отопительного сезона, но, когда уже достаточно холодные ночи и вечера, здание могло достаточно прогреваться за счет солнечного теплопритока в течение укорачивающегося светового дня.

Это должен быть продукт достаточно прозрачный, потому что у нас в средней полосе достаточно много пасмурных дней. И чем дольше люди, приходя с работы, смогут не включать свет, тем больше будет экономия электроэнергии.

Ну и, наконец, этот продукт должен быть привлекательным с точки зрения цены.

– Дмитрий, насколько нам известно, компания Pilkington разработала такое стекло под российского потребителя. Оно называется Lifeglass. Какую научную проблематику пришлось решать, работая над стеклом Lifeglass с двойным магнетронным напылением?

– Вначале я бы все-таки вернулся к самой технологии двойного серебряного напыления – Double Silver. Именно ее мы приняли за основу для нашей разработки.

Смотрите, обычное стекло достаточно свободно переизлучает поглощенную тепловую энергию. Коэффициент излучательной способностью стекла близок к  90%. Допустим, мы нагрели стекло, установив его в помещении. 90% этой энергии стекло переизлучит дальше на улицу. Мы, по сути дела, за свои деньги греем улицу. Решение этой проблемы становилось все более актуальным по мере того, как архитекторы увеличивали площади светопрозрачных конструкций.

Для того, чтобы минимизировать излучательную способность стекла, было предложено несколько решений, наиболее востребованное – нанесение тонкой пленки серебра и ряда сопутствующих слоев, которые помогают ее росту, предохраняют от внешних воздействий. Серебряная пленка отражает инфракрасное излучение, снижая общий коэффициент излучательной способности такой структуры (стекло+пленка) не менее чем до 4%. В сравнении с 90%, это существенно.

Но оставалась проблема проникновения солнечного жара в помещение. Для решения этой проблемы, толстый серебряный слой был разделен на два более тонких слоя, индивидуальная толщина которых была одного порядка с толщиной Single Silver на низкоэмиссионных продуктах. А между ними поместили промежуточный диэлектрический слой.

На основании технологии «двойного серебрения» удалось добиться следующего эффекта. Продукт, построенный по концепции «разделения толстого серебряного отражателя», сохранил качества Single Silver, (низкоэмиссионного стекла) – как по величине коэффициента излучательной способности, так и по светопрозрачности – обретя при этом ограничивающие способности по отношению к поступлению солнечного жара в помещение.

Вакуумные камеры коатера завода Pilkington Glass Russia

 

– Вы доработали продукт, привнеся свое ноу-хау…

– Совершенно верно. Мы решили уменьшить суммарную толщину серебра в тех двух слоях, которые заложены в технологии Double Silver, приведя ее к уровням, близким к толщине одинарного слоя серебра в обычных низкоэмиссионных стеклах. Что это нам дает? Стекло приобретает оптимальные, с точки зрения изложенных выше климатических предпосылок, качества низкоэмиссионного (энергоэффективного) стекла, обладая при этом дополнительно так же оптимизированной способностью защищать помещение от солнечного жара.

Но тут перед нами встала чисто практическая задача, которую нужно было решить: как существенно уменьшить толщины каждого из двух слоев серебра? И здесь мы столкнулись с определенной сложностью. Дело в том, что, начиная с некоторой нижней пороговой толщины, тонким слоям серебра не свойственно находиться в состоянии равномерных тонких пленок. При попытке смоделировать такие пленки серебро сворачивается в  небольшие глобулы микронных размеров.  Они начинают рассеивать свет видимого диапазона, и мы видим это на стекле в виде нежелательной белесой патины. Примерно также ведут себя старые зеркала, на которых видны белесые потеки.

Мы смогли решить эту проблему с помощью каталитических эффектов: используя предосаждение перед нанесением каждого слоя серебра соответствующего химического катализатора и создавая таким образом условия, чтобы серебру было выгодно сохранять форму тонкой равномерной пленки.

В итоге получилось инновационное стекло Lifeglass.

– Сложно было внедрять ваше новшество в производство?

– Что касается – как непосредственно идеи каталитической компенсации экстинкционирования серебряных слоев Lifeglass (так это звучит на научном языке), так и трансфера технологии  Double Silver с европейских площадок в целом  – то внедрение потребовало апгрейда производственной линии для того, чтобы она могла справляться с увеличенным количеством индивидуальных, и в т.ч. серебряных, слоев выпускаемых тонкопленочных структур.

 Когда же трансфер был обеспечен всем необходимым в технологическом плане, проблема свелась к обеспечению самой идеи, стоящей за продуктом, ее маркетинговому продвижению. Надо было показать, в чем рыночное преимущество продуктов Double Silver по сравнению со стеклами с одинарным напылением. То есть, клиент должен был понять, за что он доплачивает.

Сравнительная таблица стекол с серебряными напылениями

 

– Дмитрий,  каким, на ваш взгляд, будет стекло будущего? Каких новшеств нам следует ожидать?

– Из наметившихся трендов, которые будут реализовываться в ближайшие 10-20 лет, я бы назвал тренд ко все большему использованию сверхтонкого стекла таких толщин, на которых оно проявляет свойства практически свободного гнутья. То есть такие листы стекла можно будет сворачивать в рулоны.

Кроме того, это развитие технологий так называемых smart-стекол, которые изменяют свои оптические характеристики – например, светопрозрачность – под воздействием внешних факторов: электрохромные, фотохромные, термохромные стекла. Например, стекла с электрохромными покрытиями становятся менее прозрачными при пропускании через них электрического тока. У подобных продуктов – с помощью любого гаджета – можно регулировать степень тонировки.

Еще один тренд – расширение рынка стекол с функциональными покрытиями – каким-то дополнительным функционалом помимо энергоэффективности. Это, например, «Bird-friendly» glass – «дружелюбное» к птицам стекло. Это сейчас набирающая популярность проблематика. Птицы, видя отражение деревьев, неба в полностью стеклянном и сильно отражающем фасаде, летят на него и разбиваются. Идея состоит в том, чтобы наносить на стекло покрытие в виде тонкосегментированной сетки – эта сетка будет видна в ближнем ультрафиолетовом диапазоне и незаметна глазу человека, но птицы будут ее видеть.

– А если заглянуть в далекое будущее?..

– Это, безусловно, стекло с большим количеством добавленных «умных» свойств. Стекло, совмещающее в себе свойства управляемого локального затемнения через контролируемое перераспределение поглощающей способности и оптического пропускания, а также светоизлучения с собственной поверхности. То есть, мы на пути к стеклу, которое способно стать дисплеем: принимать информацию и отображать ее, причем как по всей поверхности листа, так и в выбранной области.

Здесь нужно упомянуть и о стекле, токопроводящем в объеме. Если мы научимся делать такое стекло, это произведет настоящую революцию в технике.

Убежден, стекло постепенно будет переходить в разряд универсального материала. Мы будем говорить, например, о светопрозрачных конструкциях с использованием полимерных и пластиковых материалов, со-ламинированных со сверхтонким стеклом, снабженным рядом специальных покрытий, внедренных в саму структуру стекломассы, которые будут обеспечивать ей различные функциональные свойства. За таким стеклом будущее!

Беседовала Елена МАЦЕЙКО

Установки магнетронного напыления | xray-optics.org

Технология магнетронного напыления

При ионно-плазменном (магнетронном) методе распыления применяется плазма тлеющего разряда. Понимание процессов, происходящих в тлеющем разряде, необходимо для постановки и интерпритации экспериментов по ионному распылению.

Тлеющий разряд

Если к двум электродам, расположенным в газе с низким давлением, приложить постоянное напряжение и вызвать эмиссию электронов из катода, то между электродами возникнет ток. С увеличением расстояния между электродами происходит увеличение тока, так как электроны при своем движении к аноду испытывают на единице длины пути определенное число ионизирующих столкновений с атомами газа, и чем больше путь, тем больше таких столкновений произойдет. Ионы, возникающие при таких столкновениях, ускоряются к катоду и могут, ударяясь, выбить вторичный электрон.

Известно, что тлеющий разряд состоит из областей, которые можно легко идентифицировать. Это (начиная от катода) область катодного свечения, темное катодное пространство, область отрицательного свечения, фарадеево темное пространство и положительный столб.

Основные области тлеющего разряда

Наибольший интерес представляет область темного катодного пространства. Это область, в которой накапливаются положительные ионы, образуя пространственный заряд. Толщина ее приблизительно равна среднему расстоянию, которое проходят эмиттированные электроны до первого ионизирующего столкновения (не следует путать с длиной свободного пробега, которая может быть существенно меньше). Если катодное падение потенциала приближенно равно напряжению на разряде в целом (а в случае магнетронного распыления чаще всего так и бывает), то это разряд с преимущественно катодным падением потенциала.

При относительно низких напряжениях площадь поперечного сечения области разряда будет меньше всей площади катода. Это объясняется тем, что для существования самостоятельного разряда необходима некоторая минимальная плотность тока. Если к разрядной трубке подвести дополнительную мощность, площадь поперечного сечения разряда возрастет, полный ток увеличится, а плотность тока не изменится. Поскольку плотность тока не увеличится, то не возрастет и катодное падение потенциала. Это минимальное падение напряжения на темном пространстве, необходимое для поддержания разряда, называется нормальным катодным падением, а соответствующий разряд именуется нормальным разрядом.

Если мощность, подводимая к трубке, превысит некоторую величину, при которой разряд займет всю площадь катода, плотность тока должна возрасти. Это возможно лишь при увеличении эмиссии вторичных электронов, а это возможно лишь при увеличении катодного падения. Тлеющий разряд при этом называется аномальным.

При магнетронном напылении используется аномальный тлеющий разряд.

Разряд, поддерживаемый магнитным полем

Если повысить эффективность ионизации электронами атомов рабочего газа, то распыление можно было бы проводить при меньших давлениях, а при постоянном давлении для данного напряжения на электродах можно было бы получать больший ток.

Магнитное поле воздействует на тлеющий разряд, изменяя главным образом характер движения электронов. Влиянием магнитного поля на более тяжелые ионы можно пренебречь. При включении магнитного поля электроны, скорость которых непараллельна ему (т. е. имеется поперечная по отношению к магнитному полю составляющая скорости) , начинают двигаться по спиральным траекториям вокруг силовых линий магнитного поля. Вращение электронов происходит с циклотронной частотой.

Движение электрона в скрещенных полях

При этом радиус спирали уменьшается с увеличением магнитного поля. Следовательно, возрастает эффективная длина пути, проходимого электронами. В этом отношении действие магнитного поля подобно увеличению давления газа.

В случае однородных и параллельных электрического и магнитного полей электроны свободно ускоряются, и шаг их спиральной траектории непрерывно растет. Когда же электрическое поле перпендикулярно магнитному, общее направление дрейфа электрона перпендикулярно обоим полям. Траектория же движения будет циклоидальной.

Локализация электронов вблизи мишени предотвращает бомбардировку ими подложек, в результате чего снижается температура и уменьшаются радиационные дефекты в создаваемых структурах. Увеличение скорости распыления с одновременным снижением давления рабочего газа позволяет существенно снизить степень загрязнения пленок посторонними газовыми включениями.

Механизм магнетронного разряда

В магнетронных распылительных устройствах используется аномальный тлеющий разряд, локализованный у поверхности мишени в неоднородных скрещенных магнитном и электрическом полях. Основным отличием метода магнетронного распыления от других является создание над определенными участками катода (мишени) области плазмы тлеющего разряда низкого давления с более высокой, по сравнению с диодным распылением, плотностью путем наложения внешнего магнитного поля определенной формы на электрическое поле, направленное от катода к аноду.

Механизм магнетронного распыления характеризуется сложным движением электронов в зоне разряда, которое в общем случае можно разделить на четыре компонента:

  • Геликообразное движение вдоль линий магнитного поля, которое является результатом их вращения вокруг вектора В и одновременно перемещения вдоль поля
  • Отражение от катода вследствие наличия на нем отрицательного потенциала и градиента магнитного поля. В результате этого эффекта электроны отражаются в одну и другую стороны между точками, где линии поля проходят через поверхность мишени
  • Дрейф электронов, обусловленный действием на них силы Лоренца в прикатодном пространстве (поля Е и В перпендикулярны друг другу), которая заставляет электроны двигаться параллельно катоду вокруг линий магнитного поля
  • Анодный дрейф, представляющий перемещение электронов с одной линии поля на другую в направлении к аноду, который в конечном счете является коллектором низкоэнергетических электронов

Часто в магнетронах используется магнитное поле арочной конфигурации, позволяющее наиболее эффективно локализовать плазму у мишени за счет фокусирующих эффектов неоднородных полей. При арочном магнитном поле осуществляется магнитная фокусировка электронов, поскольку электроны, эмиттированные с краев зоны распыления, имеют преимущественно продольную составляющую скорости, направленную вдоль магнитного поля к середине зоны распыления. Увеличение концентрации электронов в центральной части зоны приводит к увеличению интенсивности ионизирующих столкновений и к росту плотности плазмы в этой области. В результате плотность ионного тока на мишень в центре зоны распыления будет выше, чем на краях.

Ширина темного катодного пространства обратно пропорциональна плотности ионного тока. Следовательно, эта область имеет вогнутую форму, и электроны, ускоряющиеся в темном катодном пространстве, приобретают под действием электрического поля скорость в направлении к центру зоны распыления, испытывая электрическую фокусировку. Аналогичный эффект дополнительно проявляется по мере эрозии мишени, когда зона распыления становится также вогнутой, что приводит к снижению рабочего напряжения и увеличению тока разряда.

Механизм магнетронного распыления реализуется в неоднородном магнитном поле, линии которого имеют значительную кривизну. В результате действия на электроны градиента магнитного поля создается своеобразная ловушка электронов, удерживающая их довольно долго в прикатодной области.

При этом обеспечивается весьма эффективная первичная ионизация рабочего газа, необходимая для осуществления эмиссии вторичных электронов.

Установка магнетронного распыления

Общая схема установки включает пост откачки, вакуумную камеру, блок электроники, персональный компьютер с установленной программой управления. Схематическое изображение установки приведено на рисунке:

Схема магнетронной установки с четырьмя магнетронами

Пост откачки включает в себя безмасляные турбомолекулярный и форвакуумный насосы. С целью шумо- и виброизоляции форвакуумный насос удален из лаборатории в отдельное технологическое помещение. Остаточное давление газов в рабочей камере перед процессом изготовления зеркал не хуже 0,0001 Па.

Вакуумные камеры магнетронных установок представляют собой цилиндрический объем высотой до 0,5 м и диаметром от 0,5 до 1 м. Внутри по окружности установлены несколько (2, 4 или 6) планарных магнетронов. Над каждым магнетроном расположены фигурные прецизионные диафрагмы, обеспечивающие равномерное или с заданным распределением нанесение распыляемых материалов на подложку. Выше диафрагм расположен вращающийся экран, во вскрытом гнезде которого крепится подложка, имеющая возможность вращаться как вместе с экраном вокруг оси камеры, так и независимо вокруг своей оси.

Каждый магнетрон представляет собой источник с кольцевым разрядом, то есть с магнитным полем арочной конфигурации. На поверхности расположена катод-мишень распыляемого материала. Для круглым магнетронов диаметром 150 мм, для протяженных шириной 140 мм и длиной 350 мм. Как правило, толщина мишеней находится в пределах от 2 мм до 8 мм. Магнитная система магнетрона создает в зазоре между полюсами постоянное магнитное поле напряженностью 0,04-0,07 Тл. Источниками питания магнетронов служат стабилизированные блоки на постоянном токе, нашей разработки и сборки. Они позволяют варьировать ток разряда в пределах 100-2000 мА при напряжениях от 100 до 500 В. Для высокочастотного распыления мишеней (как правило, диэлектрических) используется блок фирмы «Balzers» с частотой 13,56 МГц. Охлаждение магнетронов производится за счет принудительной подачи воды с помощью помпы. Тепловой контакт мишени с магнетроном обеспечивается герметиком «Виксинт» с медным наполнителем. В качестве рабочей среды используется высокочистый (99,998%) газ аргон. Рабочее давление газа при технологическом процессе составляет 0,08-0,13 Па.

Скорость напыления можно регулировать изменением токов на магнетронах, а так же скоростью прохождения подложки над ними. Характерные значения скорости роста пленок составляют порядка 0,1-1 нм/сек.

Высокие требования к параметрам периодических структур накладывают жесткие условия на стабильность параметров технологического процесса. Решение этой задачи достигается путем использования программно-аппаратного комплекса на базе PC-совместимого промышленного контроллера i-8431. Контроль и протоколирование параметров процесса напыления осуществляется с помощью персонального компьютера.

Магнетронное стекло

Магнетронное стекло

Как широко известно, всего существую два метода нанесения напыления на стекло: пиролитический и магнетронный метод. Первый метод заключается в том, что напыление на стекло наносится в время главного процесса производства термополированного стекла. Уже после производства стекла, во время так называемого «вспомогательного» производственного процесса для нанесения напыления применяется вакуумно-магнетронная установка. Такой метод называется магнетронным. Общепризнано, что второй метод на сегодняшний день более совершенен. Он позволяет придать напылению такие характеристики, которые невозможно получить пиролитическим методом.

Магнетронное стекло – это стекло, на одну сторону которого с помощью вакуумного метода наносится несколько слоев оксидов металлов. Это называется магнетронным напылением. Такое напыление на сегодняшний день является самым совершенным и самым современным методом при изготовлении стекла высокого качества. Сам процесс происходит на молекулярном уровне.

Благодаря этому магнетронное стекло приобретает новые свойства и высокие эксплуатационные качества. Технология магнетронного напыления предусматривает применение различных газов для достижения необходимого эффекта. Используются такие газы, как аргон, азот или кислород, которые вступают в реакции с различными веществами и образуют тонкие металлические и диэлектрические слои на поверхности стекла. В результате мы получаем широкий ассортимент стекла с различными вариантами покрытий и соответственно – самыми различными характеристиками.

Стекло приобретает различные «полезные» свойства:

  1. энергосбережения;
  2. защиты от солнца летом, контроль солнечной энергии;
  3. различные оттенки цвета.

Цвет играет огромную роль, так как восприятие цвета при отражении света от фасада является одним из основных факторов в строительстве зданий. Он предопределяет законченность проекта. Цветовая палитра может варьироваться от нейтрального, синего, зеленого до серебряного. Можно создать различные эффекты: от утонченно-сдержанного, нейтрального до агрессивно-яркого. Можно подчеркнуть также нейтральность, бриллиантовый блеск или оттенки тонирования. Такое магнетронное стекло позволит привлечь внимание к любому зданию и проекту.

Стекло с магнетронным напылением можно использовать в самых разных сферах, таких как проектирование, строительство зданий. Особенно ценно такое стекло в зданиях, куда нужно пропустить как можно больше яркого солнечного света, где необходимо снизить затраты на электроэнергию, где нужно обеспечить безопасность людей. Магнетронное стекло, при все своих достоинствах, обладает еще одним – оно придает проекту более современный вид. Такие стекла используются при строительстве развлекательно-торговых центров, автосалонов и других больших зданий.

Современные стеклопакеты обычно состоят из двух или более магнетронных стекол, между которыми находится герметично закрытое пространство. Архитектор, как и дизайнер, получает сравнительно больше возможностей при создании и визуализации внешнего вида проектов, зданий, так как физические, а главное эстетические характеристики  магнетронного стекла выше, чем у любого другого.

Пьезоэлектрические пленки AlN, выращенные реактивным ВЧ-магнетронным распылением

Главная > Журналы > «Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век» > Журнал «Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век» №3 за 2021 г. > Пьезоэлектрические пленки AlN, выращенные реактивным ВЧ-магнетронным распылением

Журнал «Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век» №3 за 2021 г.

Статья в номере:

Пьезоэлектрические пленки AlN, выращенные реактивным ВЧ-магнетронным распылением

Тип статьи: научная статья

DOI: 10.18127/j19998465-201907-02

УДК: 537.9

Авторы:

А.Ф. Белянин − д.т.н., профессор, начальник отдела, 

АО «Центральный научно-исследовательский институт «Техномаш» (Москва) E-mail: [email protected]

А.С. Багдасарян – д.т.н., профессор, академик АН Республики Армения, гл. науч. сотрудник, 

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (Москва)

E-mail: [email protected]

С. А. Налимов – ст. науч. сотрудник, 

АО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш» (Москва) E-mail: [email protected]

Аннотация:

Постановка проблемы. Для изготовления устройств электронной техники перспективными являются слоистые структуры на основе веществ, характеризующихся комплексом уникальных свойств. К таким веществам относится AlN, который обладает свойством автоэлектронной эмиссии, является пьезоэлектрическим и широкозонным полупроводниковым материалом и имеет высокие твердость, теплопроводность, скорость звука, стабильность при высоких температурах. Для создания СВЧустройств акустоэлектроники в качестве пьезоэлектрика перспективен AlN, как материал, обладающий сильным пьезоэлектрическим эффектом. Основной фактор, определяющий достижение и воспроизводимость необходимых физико-химических свойств пленок AlN, в частности, пьезоэлектрических – это строение пленки. Для решения проблемы получения пленок с упорядоченным атомным строением перспективны методы распыления, в частности, магнетронное распыление, при применении которого нет ограничений по температуре синтеза и требований к материалу подложек. Недостатком выращивания пленок методом магнетронного распыления является получение многофазного материала, что требует тщательной отработки условий синтеза и контроля свойств получаемых веществ. 

Цель. Исследовать взаимосвязь условий синтеза пленок AlN с их строением и пьезоэлектрическими свойствами.

Результаты. Методом реактивного ВЧ-магнетронного распыления на подложках аморфных и кристаллических материалов выращены пленки AlN толщиной от 10 нм до 10 мкм. Установлено, что пленки AlN состоят из рентгеноаморфной и аксиально текстурированной по <0001> кристаллической фаз. С использованием электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, энергетической дисперсионной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света изучено влияние условий синтеза на состав и строение пленок AlN. Показаны спектры комбинационного рассеяния света пленок AlN с различным содержанием и строением кристаллической фазы. Пьезоэлектрическую эффективность пленок определяли на макетах линий задержки на поверхностных акустических волнах.  

Практическая значимость. Понимание особенностей кристаллизации и фазовых превращений при выращивании пленок методами распыления способствует созданию слоистых структур с управляемыми значениями функциональных свойств и эксплуатационных характеристик. Показана возможность контролировать пьезоэлектрическую эффективность пленок AlN по спектрам комбинационного рассеяния света. 

Статья опубликована в журнале «Наукоемкие технологии», т. 20, № 7, 2019 г., c. 25−34.

Страницы: 28-37

Ученые ТПУ разрабатывают покрытие против радиации, обладающее эффектом самовосстановления


Новые радиационно-стойкие материалы, как объяснили специалисты, позволят не только усовершенствовать многие объекты ядерной промышленности, но и эффективно защитить электронику от разрушения радиацией. Особенно актуальна такая защита для космонавтики — космическая радиация способна быстро вывести из строя электронику вне защиты земной атмосферы.

Главная опасность радиации — воздействие заряженных частиц и нейтронов. Ученые ТПУ экспериментально подтвердили, что создаваемое ими многослойное композитное нанопокрытие из циркония и ниобия способно самостоятельно “залечивать” дефекты, причиняемые этими факторами.

“Радиационные дефекты в материалах — либо вакансии, то есть выбитые из кристаллической решетки атомы, либо дополнительные атомы, “застрявшие” в ней. Оба типа повреждений могут накапливаться, приводя к негодности изделий. После длительного облучения нашего покрытия пучком протонов концентрация дефектов или остается неизменной, или уменьшается за счет стока дефектов к границам слоев, где они взаимоликвидируются”, — объяснил доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Роман Лаптев.Такие свойства покрытия открывают широкие возможности для повышения радиационной стойкости различных материалов в ядерной и авиакосмической промышленности, уверены исследователи. Композит, получаемый методом магнетронного напыления, состоит из пяти слоев каждого материала толщиной около 100 нм.

“Просвечивающая микроскопия и рентгеноструктурный анализ показали, что после облучения в структуре возникают напряжения за счет накопления протонов. И расчеты, и эксперименты выявили смещение атомов циркония из оптимального положения с образованием областей пониженной электронной плотности, вблизи которых накапливаются внедренные ионы и при анализе аннигилируют позитроны”, — рассказал Лаптев.

Для экспериментального анализа структуры дефектов до и после облучения использовался уникальный метод высокой чувствительности — спектрометрия доплеровского уширения аннигиляционной линии с применением пучков позитронов с регулируемой энергией, отметили ученые.
Исследования проводились в рамках проекта Российского научного фонда № 20-79-10343 в сотрудничестве со специалистами НОЦ имени Вейнберга и лаборатории ядерных проблем им. Джелепова Объединенного института ядерных исследований. В дальнейшем научный коллектив планирует исследования нового материала при более высоких дозах облучения.

(PDF) Влияние частоты магнетрона на режим нагрева в домашней печи

Влияние частоты магнетрона на режим нагрева

Режим нагрева в домашней печи

Сохан Бирла, Кришнамурти Питчай, Джеямкондан Суббиа, Дэвид Джонс

Факультет инженерии биологических систем, Университет Небраска-Линкольн

РЕЗЮМЕ

В этом исследовании была разработана компьютерная модель для имитации микроволнового нагрева модельного продукта питания с диапазоном

частот магнетрона.Диапазон был определен после выполнения анализа частотного спектра микроволн

утечки из микроволновой печи. Результаты моделирования показали, что вход магнетрона в виде синусоидальной частоты от

2,44 ГГц до 2,48 ГГц создает различные профили нагрева. Смоделированные профили нагрева сравнивались с

экспериментальными профилями нагрева, полученными с помощью ИК-камеры. Ни одно из симуляций с индивидуальной частотой

точно не совпадает с экспериментальным профилем температуры.Близкое соответствие между смоделированными и наблюдаемыми

профилями температуры было обнаружено при частоте 2,46 ГГц. Это исследование помогло нам понять динамическую природу магнетрона

и то, как он влияет на схему микроволнового нагрева любых пищевых материалов.

Ключевые слова: микроволновый нагрев, неравномерность, моделирование, частотный спектр

ВВЕДЕНИЕ

Микроволновые печи обычно используются для разогрева и приготовления непосредственно перед употреблением, следовательно, микроволновый нагрев

должен обеспечивать безопасность пищевых продуктов.Проблема безопасности пищевых продуктов в первую очередь является инженерной, а не микробиологической. Для решения этой проблемы крайне важно иметь представление о том, как микроволны взаимодействуют с компонентами пищи в

бытовых микроволновых печах.

Чан и Ридер (2000) сыграли важную роль в развитии понимания распределения электрического поля

в полости многомодовой бытовой печи. В прошлом исследователи делали одно или несколько допущений, чтобы упростить задачу

и минимизировать время вычислений при моделировании.Например, вместо моделирования уравнения Максвелла

несколько исследователей упростили задачу, используя закон Ламберта, который вычисляет рассеиваемую мощность с помощью простого выражения

, предполагая, что мощность убывает в пище экспоненциально (Campañone and Zaritzky, 2005;

Chamchong and Датта, 1999). Сообщалось о нескольких моделях, сочетающих электромагнитную и тепловую модели

(Geedipalli et al., 2007; Wäppling-Raaholt et al., 2002; Чжан и Датта, 2003 г.).

До сих пор исследователи предполагали, что микроволновая печь представляет собой простую полость, в которой один порт расположен в определенном

месте, а микроволны подаются с фиксированной частотой. Внимательный взгляд на сложность конструкции современной печи показывает, что

конструкция микроволновой печи должна учитывать гораздо больше результатов моделирования, предназначенных для прогнозирования правильного температурного профиля

. Например, микроволновый источник питания — магнетрон — несовершенное устройство, которое при нагреве

меняет свою частоту и даже может «перескакивать» с одной частоты на другую.Мгновенная частота

, излучаемая магнетроном в микроволновой печи, зависит от двух параметров: напряжения катод-анод и

высокочастотного выходного сопротивления магнетрона, которое задается нагрузкой (Ghammaz et al., 2003). Поэтому магнетрон

генерирует микроволны не на фиксированной частоте, а в диапазоне 2450 ± 50 МГц (Risman, 2009). Изменение температуры нагрузки изменяет ее электрические свойства, тем самым расстраивая резонатор.Это означает, что порошок

, подаваемый в полость магнетроном, будет изменяться в зависимости от условий нагрузки в течение времени нагрева. Расстройка

изменит не только скорость нагрева, но и изменит распределение поля за счет изменения рабочей частоты

(Celuch and Kopyt, 2009).

В этой статье мы представляем разработку модели, которая включает все детали геометрии современной микроволновой печи, и

изучаем влияние частоты магнетрона на режимы нагрева в бытовой микроволновой печи. Это исследование позволит нам понять сложность микроволнового нагрева.

Фотоэлектрокаталитический эффект несбалансированной ВЧ-магнетронной тонкой пленки TiO2, напыленной на узорчатые массивы наноконусов SiO2 с покрытием из ITO

TiO 2 продемонстрировал потенциал для улучшения каталитической активности с использованием недавно разработанной морфологической системы. Здесь была разработана и продемонстрирована фотоэлектрокаталитическая активность новой каталитической системы SiO 2 /ITO/TiO 2 матричных структур наноконусов с несбалансированным ВЧ-распылением.Массивные структуры были изготовлены методом мягкой нанолитографии с использованием полидиметилсилоксанового штампа SiO 2 со сферическим рисунком. Пленки TiO 2 наносились на покрытые ITO наноконусы SiO 2 с использованием несбалансированного ВЧ-магнетронного напыления с различными внешними магнитными полями, приложенными соленоидом. Наноструктуры исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеновской дифракционной кристаллографии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.Было обнаружено, что отклик фототока при расщеплении воды увеличивается на 400% для пленок TiO 2 на наноструктурных массивах по сравнению с таковым на плоской поверхности. Дополнительное увеличение фотокаталитической активности было достигнуто за счет осаждения пленки TiO 2 во внешнем магнитном поле 6 мТл. Это резкое улучшение было связано с поверхностными активными центрами, созданными дополнительным приложенным магнитным полем, и увеличенной площадью поверхности массивов наноконусов.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент. .. Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Параметры магнетронного распыления PVD и их влияние

Эвтектический припой

80Au20Sn мас.% часто используется в процессе упаковки полупроводников из-за его высокой прочности, сопротивления ползучести, а также электро- и теплопроводности.С появлением новых применений в области металлизации тыльной стороны, особенно в таких продуктах, как светодиоды, растет спрос на тонкие (несколько микрон) слои припоя с физическим осаждением из паровой фазы (PVD). Для этих применений состав припоя имеет решающее значение для надлежащей текучести и прочности. Materion и один из их клиентов, NEXX Systems, объединились для оптимизации производственных методов изготовления мишеней для напыления AuSn и параметров магнетронного напыления методом PVD для контроля состава напыляемого припоя.

В ходе опытно-конструкторских испытаний были изучены многие аспекты материала припоя и производственных процессов. Включены: функционирование эвтектического припоя в сложных полупроводниковых приложениях, рассмотрение всей системы пайки и ее влияние на химический состав, а также смачивание и прочность припоя.

Существует несколько параметров распыления, влияющих на состав осаждаемого слоя, включая мощность напыления и давление в камере (поток аргона).Существует значительный сдвиг состава между химическим составом мишени для распыления AuSn и осажденной пленки AuSn, в первую очередь из-за потери Sn во время распыления. Величина этого сдвига состава довольно сильно различается для разных систем распыления.

Исследования, проведенные Materion и NEXX, показали, что некоторый сдвиг (1-2%) может контролироваться параметрами процесса, такими как мощность осаждения и давление в камере (поток аргона). Более высокая мощность осаждения и более низкое давление в камере приводят к большим потерям Sn в процессе PVD-напыления. Однако большая часть сдвига должна быть компенсирована за счет корректировки состава мишени для распыления. Обычно используются мишени для распыления, богатые оловом, из-за предполагаемой потери олова. Цель состоит в том, чтобы нанести пленку, которая немного более богата оловом (79,5 Au 20,5 % масс. Sn) по сравнению с эвтектической композицией (80,25 Au 19,75 %). будет взаимодействовать с нанесенным слоем AuSn во время пайки. Таким образом, во время пайки состав сплава AuSn будет смещаться по составу эвтектики в сторону богатой золотом стороны эвтектики.

Полный документ со всеми результатами этого исследования будет представлен на конференции CS Mantech 2012 в Бостоне, Массачусетс, 23-26 апреля.

Влияние импульсного смещения на шероховатость пленок TiO2:Nb, осажденных магнетронным распылением с помощью сетки | Applied Adhesion Science

Камера осаждения

Камера осаждения представляет собой вакуумный сосуд из нержавеющей стали размером 30 см (диаметр) и 30 см (высота). Предельное давление внутри камеры составляет 10 −5 Торр, создаваемое вакуумной системой, состоящей из механического насоса и турбомолекулярного насоса.Внутри камеры находятся магнетрон, заземленная сетка, держатель образцов на 6 образцов и электронагреватель (управляемый ПИД). Температуру контролируют с помощью термопары, вставленной в держатель подложки, и поддерживают ее температуру на уровне 300°С. Рабочее давление измеряется емкостным манометром Adixen ASD 2004, а базовое давление измеряется манометром Пеннинга Edwards CP 25 EK. Газы, поступающие в камеру, контролируются двумя массовыми расходомерами по 200 см3/мин.

Базовая плазма генерируется источником постоянного тока (до 1000 В и 2.0 А). На (рис. 1) показан схематический рисунок экспериментальной установки.

Рисунок 1

Схема системы магнетронного распыления с использованием сетки.

Пленки TiO 2 :Nb были нанесены на нержавеющую сталь с использованием системы магнетронного распыления с использованием сетки [12]. В качестве мишени использовали титановый диск (чистота 99,5 %) диаметром 100 мм, содержащий 12 вставок из ниобия (99,5 %).5%) диаметром 3 мм каждая, расположенные в зоне эрозии, образуя пленки Ti/Nb с соотношением 9:1. В качестве рабочего газа, используемого в процессе напыления, использовалась смесь Ar и O 2 для получения пленки TiO 2 :Nb – детали эксперимента показаны в (Таблица 1).

Таблица 1 Сводка экспериментальных параметров

Форма сигнала смещения подложки была получена с помощью осциллографа Tektronix TDS 2024B.На (Рисунок 2) показан пример сигналов напряжения и тока подложки во время осаждения пленки. Время «включения», деленное на период, называется «рабочим циклом» ( t / T , как показано на (рис. 2)). Это означает процент времени в течение одного периода, на который подложка смещена. Импульсный блок питания – это самодельное устройство, специально разработанное для этой работы.

Рисунок 2

Приложено напряжение и измерен ток. Зеленая кривая показывает импульсы смещения напряжения, а синяя — соответствующий ток через подложку (пример для рабочего цикла 70 %; 50 В/дел; 2 А/дел).

Рабочий цикл варьировался от 30% до 70%. Пиковое смещение подложки составляло -100 В.

(Таблица 1) показывает сводку экспериментальных параметров, установленных для эксперимента.

Кристаллические плоскости идентифицировали на приборе SHIMADZU XRD-6000, используя угол дифракции 2θ, излучение Cu K α 1,5406 Å.

Химический состав, а также толщина пленки измерялись с помощью энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного спектрометра (EDX), модель SHIMADZU EDX-720, настроенного в режиме тонких пленок fp для получения сигнала от твердотельного рентгеновского детектора, что хорошо согласуется с конфокальными измерениями. Следуйте приведенной ниже процедуре:

  1. 1.

    Измерение исходного субстрата для определения его собственного состава;

  2. 2.

    Вставьте данные о составе сырья для определения толщины с использованием режима тонких пленок fp и измерьте несколько образцов, чтобы проверить точность, сравнив результаты с предварительными конфокальными измерениями;

  3. 3.

    Измерьте образцы, используя метод объемного fp для спектрометров с дисперсией по длине волны.

Важно уточнить, что используемое оборудование не измеряет атомы малого размера, такие как кислород.

Для характеристики морфологии поверхности и шероховатости в нанометровом масштабе использовалась установка NANOSURF AFM NANITE B S200, настроенная в режиме динамической силы (постоянная высота).

Средняя толщина пленки, измеренная с помощью EDX, составила (0,28 ± 0,05) мкм, а ее химический состав показан в таблице 2.

Таблица 2 Сводка экспериментальных результатов для пленок, осажденных с V уклон = −100 В в импульсном режиме на частоте 100 кГц

%PDF-1. 4 % 1 0 объект > поток 01Sqt+D5a&6+B2q[0esk*+>=om1*AS2+?),7/i”PKD$hs>0H`%lEb>_`-p]:;-t76H /MSYq.=f.5WGd.4m8.-t+P]-uLIc0eb”g.5-q#L>.!$gh0dn/R ALT2h-tXna-uX,T1FQf`/N,””@4=#]DIaku.5WGb.5NAo.4m;’[email protected]/M\__.4mG+ B.5Ph-uNTF1amGp/M\_p.5NAjDBLA[0eb”r.5NA`.5WGlCagqj1+6Q[1ali_1aloa1am2i/M\_c .5WGjF=Ads-nZr(2)&endstream эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >] >> эндообъект 4 0 объект > эндообъект 5 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект >/ExtGState>>> /Содержание 1 0 Р /MediaBox[0 0 612 792] >> эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 0 10 0000000000 65535 ф 0000000015 00000 н 0000010152 00000 н 0000010199 00000 н 0000010238 00000 н 0000010343 00000 н 0000010447 00000 н 0000010502 00000 н 0000010686 00000 н 0000010752 00000 н трейлер ] >> startxref 10952 %%EOF

Влияние температуры на характеристики пленок ITO с магнетронным напылением на постоянном токе

Исследовано влияние как температуры напыления, так и последующего отжига на удельное сопротивление и оптическую прозрачность пленок ITO. Прозрачные проводящие пленки ITO были нанесены на стеклянные подложки с использованием процесса магнетронного распыления на постоянном токе при давлении Ar 5 × 10 -3 торр, плотности мощности 5,5 Вт/см 2 и диапазоне температур от 25°C до 240°C. затем пленки ITO отжигали при 250°C в вакууме в течение 5 минут. Было обнаружено, что поверхностное сопротивление пленок ITO в состоянии после осаждения уменьшалось с температурой и определялось подвижностью носителей при температуре ниже 120°C и концентрацией носителей при температуре выше 120°C.Однако после отжига наименьшее поверхностное сопротивление 1,6 × 10 -4 Ом-см/ и наибольшее падение поверхностного сопротивления, представленное в [ρ с (как выращено) – ρ с (отожжено)] /ρ s (как выращено) 78 процентов для пленки ITO, изготовленной при 90°C. Оптическое пропускание пленок ITO после осаждения в области видимого света составляло 76 процентов и быстро увеличивалось с температурой до T процентов, равного 88 процентам при 120 ° C, после чего оптическое пропускание мало менялось с максимальным значением 90. 2% при 200°С. Однако после отжига коэффициент пропускания уменьшился для пленок ITO, осажденных при температуре выше 120°C, и увеличился для пленок выше 120°C с максимальным коэффициентом пропускания 89,8% при 90°C. Считалось, что это связано с большим уменьшением плотности дефектов в пленках ITO для низкотемпературной обработки и с появлением сильной предпочтительной ориентации (222) для высокотемпературных пленок ITO. Было обнаружено, что показатель качества как F t c (T%/ρ s ), так и Φ tc (T% 10 s ) соответствует наилучшему значению 14.8×10 -3 Ом -1 и 5,5×10 -3 Ом -1 соответственно при температуре подложки 90°С после отжига. Результаты показали, что оптимальная температура распыления для получения пленок ITO может быть достигнута в диапазоне умеренных температур 90 ° C, а не при высоких температурах, если будет введен последующий отжиг.

Типы процессов нанесения покрытия и преимущества

  • 9 сентября 2019

Введение

Магнетронное напыление быстро развивалось в течение последних двадцати лет вслед за растущим промышленным спросом на высококачественные функциональные пленки. Сегодня магнетронное распыление часто превосходит другие методы, используемые для нанесения покрытий, представляющих промышленный интерес .

Обычные магнетроны, разработанные в начале 1970-х годов, стали важным шагом в преодолении ограничений раннего процесса распыления, который был известен и использовался в течение многих лет, несмотря на его ограниченные промышленные возможности. Затем появление несбалансированного магнетрона в конце 1980-х годов и разработка систем «замкнутого поля» с несколькими источниками в начале 1990-х снова изменили правила игры, предложила отрасли набор исключительно универсальных и эффективных технологий осаждения .Еще одна недавняя разработка, импульсное магнетронное распыление (ПМС), позволяет наносить полностью плотные, бездефектные покрытия из изоляционных материалов, особенно оксидов, с высокой скоростью напыления, избегая образования дуги и улучшая качество наплавки.

Магнетронное напыление

В начальном, базовом процессе распыления пластина-мишень (или катод) бомбардируется энергичными ионами, исходящими из плазмы тлеющего разряда: по существу, ионы действуют как крошечные метеориты, которые ударяются о поверхность мишени, что приводит к выбросу, i . е., «распыление» атомов мишени. Последние, будучи обычно нейтральными, могут свободно улетать от цели, в конечном итоге ударяясь о поверхность подложки, где они конденсируются в виде тонкой пленки . Ионные удары также приводят к эмиссии вторичных электронов с поверхности мишени, что способствует поддержанию плазмы. Этот первый процесс характеризуется низкой скоростью осаждения и сильным нагреванием подложки и не подходит для напыления изоляционных материалов.

Магнетронное распыление преодолевает эти ограничения, используя магнитное поле, параллельное поверхности мишени, для захвата вторичных электронов, удерживая их вблизи мишени.Этот эффект захвата увеличивает плотность плазмы вблизи мишени, что приводит к увеличению числа метеоритов, попадающих в саму мишень, распыленных атомов и, наконец, к более высокой скорости осаждения на подложке.

В обычном магнетроне плазма ограничена областью, близкой к мишени: подложка может располагаться внутри этой области или вне ее . В первом случае она будет подвергаться одновременной ионной бомбардировке, что может сильно повлиять на структуру осаждаемой пленки, возможно, сделав ее более плотной, и деф.Если вместо этого подложку поместить вне области плазмы, ионная бомбардировка и ее эффекты прекращаются. Если необходимо покрыть большой компонент, он может быть смещен отрицательно, что увеличивает эффект ионной бомбардировки. Однако часто это приводит к более дефектным и напряженным пленкам из-за увеличения кинетической энергии ионов.

Для решения проблемы высокого потока ионов низкой энергии, что является идеальным условием для получения плотных и качественных пленок, были изобретены несбалансированные магнетроны.

Несбалансированное магнетронное напыление

Неуравновешенные магнетроны имеют «утечку» магнитного поля в том смысле, что не все линии поля замкнуты между центральным и внешним полюсами. Некоторые силовые линии доходят до подложки, что позволяет некоторым вторичным электронам следовать за ними. Следовательно, плазма распространяется к подложке , что приводит к протеканию к ней высоких ионных токов. Кроме того, эти ионы представляют собой частицы с низкой энергией, то есть 90 268, лучше всего подходят для реструктуризации покрытия и идеально подходят для получения наилучших свойств отложений 90 269 .Windows и Savvides были учеными, которые первыми подробно изучили эту технологию, показав, что с несбалансированным магнетроном поток ионов может быть в десять раз больше, чем с обычными магнетронами .

Представление различных режимов работы магнетрона – Из [1]

В качестве последнего замечания следует отметить, что при несбалансированном магнетроне соотношение поступления ионов к атомам подложки не меняется при изменении скорости осаждения, что упрощает управление процессом.

Несбалансированное магнетронное напыление в замкнутом поле

Для равномерного покрытия сложных компонентов с приемлемой скоростью необходимо учитывать несколько источников. В системе с несколькими магнетронами магнитные поля могут располагаться либо с одинаковой, либо с противоположной магнитной полярностью . В первом случае мы имеем «зеркальную» конфигурацию , где силовые линии расходятся к стенкам вакуумной камеры, что приводит к низкой плотности плазмы вокруг подложки. Во втором случае мы, в свою очередь, имеем конфигурацию «замкнутого поля» , где силовые линии связаны между магнетронами.Это приводит к образованию области плазмы высокой плотности вокруг подложки, которая может быть примерно в 2-3 раза больше, чем полученная при тех же условиях в зеркальных или одиночных неуравновешенных магнетронных конфигурациях.

Системы с несколькими магнетронами идеально подходят для осаждения многокомпонентных материалов , поскольку каждая из мишеней магнетрона, в принципе, может быть из другого материала. Это можно сделать также с использованием реактивных газов, что дает возможность осаждения высококачественных нитридов, оксидов и т. д.
Более того, путем распыления мишеней с различной скоростью 90, 268 можно получить сплав любого желаемого состава 90, 269 . Кроме того, изменяя либо скорость распыления, либо состав газовой смеси во время осаждения, состав и, следовательно, свойства можно варьировать по толщине покрытия , тем самым оптимизируя желаемые свойства покрытия.

Импульсное магнетронное напыление

Напыление изоляционных материалов сопряжено с некоторыми трудностями: зарядка мишени и искрение, контроль стехиометрии и отравление в системах реактивного напыления, низкая скорость напыления и высокая стоимость ВЧ (радиочастотного) напыления.Процесс импульсного магнетронного распыления (PMS) был специально разработан для преодоления этих проблем и, таким образом, для производства высокоизолирующих пленок .

За счет пульсации магнетронного разряда в диапазоне средних частот (10–200 кГц) можно значительно уменьшить образование дуг, что приводит к лучшему качеству наплавки , при этом скорость наплавки приближается к скорости наплавки чистого металла (десятки микрон в час) . Источники питания PMS представляют собой сложные и дорогие элементы оборудования с различными режимами работы и доступными настраиваемыми параметрами процесса; тем не менее, для некоторых трудно наносимых изоляционных материалов, они стали предпочтительным выбором .Причина этого очевидна на следующих изображениях, где можно визуально сравнить полученное покрытие из Al2O3 с реактивным напылением постоянным током и PMS: покрытие PMS имеет стехиометрический состав Al2O3 и является чрезвычайно плотным с небольшой плотностью дефектов и структурными неоднородностями.

СЭМ-микрофотографии участков излома оксида алюминия, нанесенного (а) реактивным напылением на постоянном токе и (б) ПМС. – Из [1]

Библиография

[1] https://doi.org/10.1016/S0042-207X(99)00189-X – П.Дж. Келли, Р.Д. Арнелл, Магнетронное распыление: обзор последних разработок и приложений, Вакуум, том 56, выпуск 3, 2000 г., страницы 159-172, ISSN 0042-207X .

[2] https://doi.org/10.1116/1.4998940 — Э. Грин, Дж. (2017). Обзорная статья: Отслеживание записанной истории осаждения тонких пленок: с 1800-х по 2017 год . Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки. 35.

[3] https://doi.org/10.1016/B978-0-8155-2031-3.00005-3 – Д. Депла, С. Махье, Дж. Э. Грин, Глава 5 – Процессы напыления, редактор (ы): Питер М. Мартин, Справочник по технологиям осаждения пленок и покрытий (третье издание), издательство William Andrew Publishing, 2010 г. , страницы 253-296.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.