Помощь студентам в учебе
Свойства тонких плёнок оксида титана (TiO2) и аморфного углерода (а-С), осаждённых с помощью дуальной магнетронной распылительной системы
|
Введение 4
Глава 1. Осаждение оксидных тонкоплёночных покрытий с помощью дуальных МРС 11
1.1. Принцип действия магнетронной распылительной системы 12
1.2. Магнетронная распылительная система с реакционным газом 14
1.3. Работа магнетронной распылительной системы при использовании
импульсного питания средней частоты 19
1.4. Осаждение покрытий с помощью дуальных магнетронных
распылительных систем 22
1.5. Конструкции дуальных МРС 25
1.6. Основные типы источников питания дуальных МРС 28
1.7 Фотокаталитические плёнки оксида титана 32
1.8. Общая характеристика углеродных покрытий 38
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методики исследований 44
2.1. Установка для ионно-плазменного осаждения покрытий «Яшма-5».... 44
2.2. Дуальная магнетронная распылительная система 51
2.3. Источник питания дуальной МРС 55
2.4. Измерение толщины и скорости осаждения покрытий 58
2.5. Измерение оптических свойств покрытий 58
2.5.1. Коэффициент пропускания 59
2.5.2. Коэффициент отражения 60
2.5.3 Коэффициент преломления 60
2.6. Методики измерений физических свойств покрытий 62
2.6.1. Твёрдость покрытий 62
2.6.2. Адгезия 63
2.6.3. Коэффициент трения 65
2.7. Спектры рамановского излучения 65
Глава 3. Осаждение плёнок оксида титана с помощью дуальной МРС 68
3.1. Режимы работы дуальной МРС при реактивном распылении титана .. 68
3.3. Исследование фотокаталитических свойств плёнок TiO2, полученных с помощью дуальных МРС 76
3.4. Оптические свойства плёнок оксида титана 82
3.5. Оптические свойства плёнок оксида титана, полученных с помощью дуальной МРС 85
Глава 4. Свойства плёнок углерода, полученных с помощью дуальной МРС95
4.1. Получение А1П1 95
4.1.1. Химические методы осаждения АПЛ 95
4.2.2. Физические методы осаждения АПЛ 96
4.2. Исследование свойств покрытий а-С, полученных с помощью дуальной
МРС 102
Заключение 114
Список используемых источников 116
Глава 1. Осаждение оксидных тонкоплёночных покрытий с помощью дуальных МРС 11
1.1. Принцип действия магнетронной распылительной системы 12
1.2. Магнетронная распылительная система с реакционным газом 14
1.3. Работа магнетронной распылительной системы при использовании
импульсного питания средней частоты 19
1.4. Осаждение покрытий с помощью дуальных магнетронных
распылительных систем 22
1.5. Конструкции дуальных МРС 25
1.6. Основные типы источников питания дуальных МРС 28
1.7 Фотокаталитические плёнки оксида титана 32
1.8. Общая характеристика углеродных покрытий 38
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методики исследований 44
2.1. Установка для ионно-плазменного осаждения покрытий «Яшма-5».... 44
2.2. Дуальная магнетронная распылительная система 51
2.3. Источник питания дуальной МРС 55
2.4. Измерение толщины и скорости осаждения покрытий 58
2.5. Измерение оптических свойств покрытий 58
2.5.1. Коэффициент пропускания 59
2.5.2. Коэффициент отражения 60
2.5.3 Коэффициент преломления 60
2.6. Методики измерений физических свойств покрытий 62
2.6.1. Твёрдость покрытий 62
2.6.2. Адгезия 63
2.6.3. Коэффициент трения 65
2.7. Спектры рамановского излучения 65
Глава 3. Осаждение плёнок оксида титана с помощью дуальной МРС 68
3.1. Режимы работы дуальной МРС при реактивном распылении титана .. 68
3.3. Исследование фотокаталитических свойств плёнок TiO2, полученных с помощью дуальных МРС 76
3.4. Оптические свойства плёнок оксида титана 82
3.5. Оптические свойства плёнок оксида титана, полученных с помощью дуальной МРС 85
Глава 4. Свойства плёнок углерода, полученных с помощью дуальной МРС95
4.1. Получение А1П1 95
4.1.1. Химические методы осаждения АПЛ 95
4.2.2. Физические методы осаждения АПЛ 96
4.2. Исследование свойств покрытий а-С, полученных с помощью дуальной
МРС 102
Заключение 114
Список используемых источников 116
Актуальность работы. Модифицирующие и функциональные тонкоплёночные покрытия широко известны и активно используются практически во всех отраслях науки и техники. Несмотря на это, технологии и оборудование для их осаждения нуждаются в совершенствовании.
Видимо, можно утверждать, что одним из наиболее распространённых методов получения тонкоплёночных покрытий является вакуумное осаждение из плазмы магнетронного разряда. Впервые оно было подробно описано в 1974 году [1], а в настоящее время является безусловным лидером по количеству вариантов исполнения и областей применения.
Сущность метода состоит в организации аномального тлеющего разряда в скрещенных электрическом и магнитом полях. Это позволяет удерживать плазму, частицы которой ускоряются в электрическом поле и распыляют мишень. Распылённые атомы осаждаются на подложке, образуя качественные тонкие плёнки. Метод характеризуется высокой производительностью и энергетической эффективностью.
Наиболее изученной областью применения магнетронных распылительных систем (МРС) является осаждение металлических покрытий. Технологические возможности подобных устройств сейчас вполне понятны. Но здесь есть как минимум два вопроса, которые представляют интерес для науки: высокоскоростное осаждение качественных покрытий значительной толщины (от 10 до 300 мкм) и получение тонких и сверхтонких (менее 5 нм) плёнок.
Осаждение покрытий из химических соединений обычно связано с распылением в среде, содержащей какой-либо реакционный газ: кислород, азот, ацетилен и др. Такой способ осаждения позволяет получать оксиды, нитриды, карбиды, но его применение приводит к появлению целого ряда трудностей: нежелательное окисление мишени, электрические пробои, проблемы «исчезающего анода» и т.д. Эти явления значительно влияют на стабильность рабочих параметров МРС и свойства получаемых покрытий. Схожие проблемы присущи и плёнкам углерода, который при распылении в среде инертного газа может вступать в реакции с остаточным водородом, образуя на поверхности катода диэлектрический слой гидрогенизированного углерода (а-С:Н). Подобные трудности частично устраняются конструктивными улучшениями МРС, подбором параметров источника питания и т.д.
В процессе совершенствования технологических установок было найдено два важных технических решения, которые позволили минимизировать значение этих факторов: применение импульсных
источников питания (с частотой от 1-100 кГц и 13,56 МГц) и создание дуальных систем, представляющих собой комбинацию из двух МРС, изолированных друг от друга и работающих от переменного напряжения [2]. Здесь первая система, находящаяся под отрицательным потенциалом, выполняет функцию катода, а вторая - анода. Этим магнетрон избавляется от проблемы «исчезающего анода» и одновременно нейтрализует на себе избыточный положительный заряд, накопленный в процессе распыления. При смене полярности напряжения катоды как бы меняются ролями.
Дуальная МРС, по нашему мнению, является технологически удобным, простым и относительно дешёвым источником плазмы. Она позволяет значительно повысить производительность, сократить расходы на оборудование (в частности, источники питания для дуальных МРС сопоставимы по стоимости с источниками для классических систем) и его обслуживание. Кроме того, изменяя конфигурацию магнитного поля в дуальной МРС, можно увеличивать или уменьшать влияние потоков ионов на растущую плёнку и этим контролировать её свойства.
В настоящее время одними из самых востребованных покрытий, полученных с помощью распыления в среде реакционного газа, являются плёнки оксида титана (TiO2), которые нашли широкое применение в оптике, медицине, экологии и т.д.
Изменяя соотношение концентраций Ar/O2, давление, поток ионов, воздействующий на растущую плёнку, можно управлять её составом, что позволяет получать покрытия с заданными характеристиками (фазовый состав, коэффициенты преломления и пропускания и т.д.).
Эти преимущества дуальной МРС делают процесс осаждения более стабильным и технологичным. Исследования в области получения плёнок с высокими фотокаталитическими и оптическими свойствами с использованием методов классического магнетронного осаждения, термического оксидирования, отжига и т.д. показали, что полученные покрытия TiO2 обладают неплохими, но недостаточными функциональными свойствами, и должны быть улучшены.
Другим типом покрытий, привлекающим внимание, являются плёнки на основе углерода типа а-С, полученные при распылении графитовой мишени. Они обладают рядом интересных свойств: электрическим сопротивлением в диапазоне от единиц Ом до единиц МОм, низким коэффициентом трения, высокой твёрдостью, значительной химической инертностью и т.д. Это позволяет использовать их при изготовлении инструмента, пар трения качения, в оптике, медицине (в качестве покрытия для искусственных суставов) и т.д.
Характеристики углеродных плёнок а-С также зависят от режимов осаждения и ими можно управлять, например, увеличивать или уменьшать твёрдость, коэффициент трения и т.д. Очень перспективным в этом смысле выглядит использование магнитных полей разных конфигураций: зеркальной и замкнутой. В первом случае магнитные системы обоих магнетронов в составе дуальной МРС идентичны, а во втором имеют противоположную полярность. Изменяя конфигурацию магнитного поля, можно изменять степень ионного воздействия на растущую плёнку и, следовательно, управлять её свойствами.
Поэтому осаждение покрытий на основе TiO2 и а-С с высокой производительностью и хорошими функциональными характеристиками представляет собой весьма актуальную задачу, результаты которой могут быть использованы в промышленности.
Однако осаждение этих покрытий сопряжено со значительными трудностями, связанными с отсутствием достоверной информации о механизмах, лежащих в основе их формирования.
Таким образом, цель работы состоит в получении и изучении свойств покрытий из оксида титана (TiO2) и аморфного углерода (а-С) с высокими функциональными характеристиками с помощью дуальной МРС.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
• изучить влияние потока кислорода и формы магнитного поля на оптические свойства и фотокаталитическую активность плёнок оксида титана;
• исследовать влияние характеристик магнитного поля на режимы осаждения и свойства плёнок a-C;
• оценить технологические возможности дуальных МРС и разработать катодные узлы для использования в промышленном производстве.
Научная новизна
1. Исследованы дуальные МРС с зеркальной и замкнутой конфигурациями магнитных полей. Выявлено, что наличие дополнительной магнитной ловушки между магнетронами приводит к сужению области стабильных режимов работы дуальной МРС, при этом характер зависимости рабочих параметров при изменении потока кислорода остаётся неизменным.
2. Показана возможность управления свойствами плёнок оксида титана как с
помощью потока реактивного газа, так и путём изменения конфигурации магнитного поля дуальной МРС. Определены конструкция и режимы осаждения, при которых покрытия обладают высокими
фотокаталитическими и оптическими свойствами.
3. Установлено, что с помощью дуальной МРС можно получать плёнки а-С с широким диапазоном свойств. Их твёрдость может достигать 20 ГПа, а коэффициент трения - 0,006. При этом полученные покрытия имеют
хорошую адгезию и устойчивость к истиранию. Изменяя степень ионного воздействия, можно уменьшать коэффициент трения плёнок при незначительном уменьшении твёрдости.
Практическая значимость работы.
1. Создана технология осаждения покрытий TiO2 с хорошими оптическими и фотокаталитическими свойствами.
2. Создана технология осаждения плёнок a-C, обладающих высокой твёрдостью, малым коэффициентом трения, а также значительной адгезией.
3. Разработано и успешно внедрено на предприятии «Argor-Aljba SA» (Швейцария) оборудование для осаждения плёнок а-С.
Методология и методы исследований. В данной работе были использованы хорошо апробированные методики исследования свойств (твёрдости, коэффициента трения, фазового состава, оптических характеристик и т.д.) тонких плёнок. Все измерения выполнены в сертифицированных центрах на современном оборудовании, внесённом в Государственный реестр измерительных приборов.
Положения, выносимые на защиту.
1. Конфигурация магнитной системы дуальной МРС оказывает заметное влияние на морфологию и фотокаталитические свойства плёнок оксида титана. Наибольшим коэффициентом фотокаталитической активности JABS обладают покрытия, полученные с использованием зеркального магнитного поля. Это связано с тем, что они имеют более развитую поверхность. Им свойственна смесь фаз рутила и анатаза.
2. Покрытия оксида титана, полученные с помощью дуальной МРС, обладают более высокими оптическими свойствами, чем осажденные другими методами. Использование замкнутой конфигурации магнитной системы приводит к повышению коэффициента преломления плёнок с 2,2 до 2,4 по сравнению с зеркальной.
3. Дуальные МРС позволяют осаждать плёнки а-С с относительно высокой твёрдостью (около 20 ГПа), хорошими адгезионными свойствами и низким коэффициентом трения (до 0,006). Их характеристиками можно управлять, изменяя конфигурацию магнитного поля и давление рабочего газа.
Достоверность полученных результатов подтверждается их непротиворечивым характером, внутренним единством, взаимной согласованностью, использованием современной измерительной аппаратуры, а также надежных методов статистической обработки результатов измерений.
На основе материалов, изложенных в диссертации, был разработан и успешно внедрён в условиях реального промышленного производства комплект дуальных МРС, функциональные характеристики которых подтвердили корректность результатов, достигнутых в процессе подготовки диссертационной работы.
Достоверность выводов и защищаемых положений основана на их строгом соответствии полученным результатам, тщательной проверке, сравнении с данными других авторов.
Апробация результатов работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры экспериментальной физики ТПУ и следующих конференциях:
- X Международной конференции «Газоразрядная плазма и её применение в технологиях», Томск, 2007 г.;
- III Международном конгрессе по радиационной физике и химии конденсированных сред, сильноточной электронике и модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы, Томск, 2012 г.;
- VII Международном форуме по стратегическим технологиям «IFOST 2012», Томск, 2012 г.;
- XI Международной конференции «Газоразрядная плазма и её применение», Томск, 2013 г.;
- IV Республиканской научно-технической конференции
«Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», Казань, 2013 г.;
- IV Международном конгрессе по радиационной физике и химии конденсированных сред, сильноточной электронике и модификации материалов пучками частиц и потоками плазмы, Томск, 2014 г.;
- III Международной научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике», Томск, 2014 г.;
- VI Всероссийской научно-практической конференции «Современные наукоёмкие инновационные технологии», Самара, 2014 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 работы, в том числе 22 статьи в рецензируемых изданиях, получен 1 патент на изобретение.
Вклад автора состоит в следующем:
- разработал технологию осаждения тонких плёнок оксида титана с высокими оптическими и фотокаталитическими свойствами, а также покрытий на основе а-С; провёл их экспериментальные исследования и испытания;
- внёс определяющий вклад в создание дуальных магнетронных источников плазмы и плазменных установок на их основе;
- выполнил внедрение разработанного оборудования в условиях промышленного производства.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений. Она изложена на 134 страницах, содержит 58 рисунков, 9 таблиц, 1 приложение и список цитируемой литературы из 173 наименований.
Видимо, можно утверждать, что одним из наиболее распространённых методов получения тонкоплёночных покрытий является вакуумное осаждение из плазмы магнетронного разряда. Впервые оно было подробно описано в 1974 году [1], а в настоящее время является безусловным лидером по количеству вариантов исполнения и областей применения.
Сущность метода состоит в организации аномального тлеющего разряда в скрещенных электрическом и магнитом полях. Это позволяет удерживать плазму, частицы которой ускоряются в электрическом поле и распыляют мишень. Распылённые атомы осаждаются на подложке, образуя качественные тонкие плёнки. Метод характеризуется высокой производительностью и энергетической эффективностью.
Наиболее изученной областью применения магнетронных распылительных систем (МРС) является осаждение металлических покрытий. Технологические возможности подобных устройств сейчас вполне понятны. Но здесь есть как минимум два вопроса, которые представляют интерес для науки: высокоскоростное осаждение качественных покрытий значительной толщины (от 10 до 300 мкм) и получение тонких и сверхтонких (менее 5 нм) плёнок.
Осаждение покрытий из химических соединений обычно связано с распылением в среде, содержащей какой-либо реакционный газ: кислород, азот, ацетилен и др. Такой способ осаждения позволяет получать оксиды, нитриды, карбиды, но его применение приводит к появлению целого ряда трудностей: нежелательное окисление мишени, электрические пробои, проблемы «исчезающего анода» и т.д. Эти явления значительно влияют на стабильность рабочих параметров МРС и свойства получаемых покрытий. Схожие проблемы присущи и плёнкам углерода, который при распылении в среде инертного газа может вступать в реакции с остаточным водородом, образуя на поверхности катода диэлектрический слой гидрогенизированного углерода (а-С:Н). Подобные трудности частично устраняются конструктивными улучшениями МРС, подбором параметров источника питания и т.д.
В процессе совершенствования технологических установок было найдено два важных технических решения, которые позволили минимизировать значение этих факторов: применение импульсных
источников питания (с частотой от 1-100 кГц и 13,56 МГц) и создание дуальных систем, представляющих собой комбинацию из двух МРС, изолированных друг от друга и работающих от переменного напряжения [2]. Здесь первая система, находящаяся под отрицательным потенциалом, выполняет функцию катода, а вторая - анода. Этим магнетрон избавляется от проблемы «исчезающего анода» и одновременно нейтрализует на себе избыточный положительный заряд, накопленный в процессе распыления. При смене полярности напряжения катоды как бы меняются ролями.
Дуальная МРС, по нашему мнению, является технологически удобным, простым и относительно дешёвым источником плазмы. Она позволяет значительно повысить производительность, сократить расходы на оборудование (в частности, источники питания для дуальных МРС сопоставимы по стоимости с источниками для классических систем) и его обслуживание. Кроме того, изменяя конфигурацию магнитного поля в дуальной МРС, можно увеличивать или уменьшать влияние потоков ионов на растущую плёнку и этим контролировать её свойства.
В настоящее время одними из самых востребованных покрытий, полученных с помощью распыления в среде реакционного газа, являются плёнки оксида титана (TiO2), которые нашли широкое применение в оптике, медицине, экологии и т.д.
Изменяя соотношение концентраций Ar/O2, давление, поток ионов, воздействующий на растущую плёнку, можно управлять её составом, что позволяет получать покрытия с заданными характеристиками (фазовый состав, коэффициенты преломления и пропускания и т.д.).
Эти преимущества дуальной МРС делают процесс осаждения более стабильным и технологичным. Исследования в области получения плёнок с высокими фотокаталитическими и оптическими свойствами с использованием методов классического магнетронного осаждения, термического оксидирования, отжига и т.д. показали, что полученные покрытия TiO2 обладают неплохими, но недостаточными функциональными свойствами, и должны быть улучшены.
Другим типом покрытий, привлекающим внимание, являются плёнки на основе углерода типа а-С, полученные при распылении графитовой мишени. Они обладают рядом интересных свойств: электрическим сопротивлением в диапазоне от единиц Ом до единиц МОм, низким коэффициентом трения, высокой твёрдостью, значительной химической инертностью и т.д. Это позволяет использовать их при изготовлении инструмента, пар трения качения, в оптике, медицине (в качестве покрытия для искусственных суставов) и т.д.
Характеристики углеродных плёнок а-С также зависят от режимов осаждения и ими можно управлять, например, увеличивать или уменьшать твёрдость, коэффициент трения и т.д. Очень перспективным в этом смысле выглядит использование магнитных полей разных конфигураций: зеркальной и замкнутой. В первом случае магнитные системы обоих магнетронов в составе дуальной МРС идентичны, а во втором имеют противоположную полярность. Изменяя конфигурацию магнитного поля, можно изменять степень ионного воздействия на растущую плёнку и, следовательно, управлять её свойствами.
Поэтому осаждение покрытий на основе TiO2 и а-С с высокой производительностью и хорошими функциональными характеристиками представляет собой весьма актуальную задачу, результаты которой могут быть использованы в промышленности.
Однако осаждение этих покрытий сопряжено со значительными трудностями, связанными с отсутствием достоверной информации о механизмах, лежащих в основе их формирования.
Таким образом, цель работы состоит в получении и изучении свойств покрытий из оксида титана (TiO2) и аморфного углерода (а-С) с высокими функциональными характеристиками с помощью дуальной МРС.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
• изучить влияние потока кислорода и формы магнитного поля на оптические свойства и фотокаталитическую активность плёнок оксида титана;
• исследовать влияние характеристик магнитного поля на режимы осаждения и свойства плёнок a-C;
• оценить технологические возможности дуальных МРС и разработать катодные узлы для использования в промышленном производстве.
Научная новизна
1. Исследованы дуальные МРС с зеркальной и замкнутой конфигурациями магнитных полей. Выявлено, что наличие дополнительной магнитной ловушки между магнетронами приводит к сужению области стабильных режимов работы дуальной МРС, при этом характер зависимости рабочих параметров при изменении потока кислорода остаётся неизменным.
2. Показана возможность управления свойствами плёнок оксида титана как с
помощью потока реактивного газа, так и путём изменения конфигурации магнитного поля дуальной МРС. Определены конструкция и режимы осаждения, при которых покрытия обладают высокими
фотокаталитическими и оптическими свойствами.
3. Установлено, что с помощью дуальной МРС можно получать плёнки а-С с широким диапазоном свойств. Их твёрдость может достигать 20 ГПа, а коэффициент трения - 0,006. При этом полученные покрытия имеют
хорошую адгезию и устойчивость к истиранию. Изменяя степень ионного воздействия, можно уменьшать коэффициент трения плёнок при незначительном уменьшении твёрдости.
Практическая значимость работы.
1. Создана технология осаждения покрытий TiO2 с хорошими оптическими и фотокаталитическими свойствами.
2. Создана технология осаждения плёнок a-C, обладающих высокой твёрдостью, малым коэффициентом трения, а также значительной адгезией.
3. Разработано и успешно внедрено на предприятии «Argor-Aljba SA» (Швейцария) оборудование для осаждения плёнок а-С.
Методология и методы исследований. В данной работе были использованы хорошо апробированные методики исследования свойств (твёрдости, коэффициента трения, фазового состава, оптических характеристик и т.д.) тонких плёнок. Все измерения выполнены в сертифицированных центрах на современном оборудовании, внесённом в Государственный реестр измерительных приборов.
Положения, выносимые на защиту.
1. Конфигурация магнитной системы дуальной МРС оказывает заметное влияние на морфологию и фотокаталитические свойства плёнок оксида титана. Наибольшим коэффициентом фотокаталитической активности JABS обладают покрытия, полученные с использованием зеркального магнитного поля. Это связано с тем, что они имеют более развитую поверхность. Им свойственна смесь фаз рутила и анатаза.
2. Покрытия оксида титана, полученные с помощью дуальной МРС, обладают более высокими оптическими свойствами, чем осажденные другими методами. Использование замкнутой конфигурации магнитной системы приводит к повышению коэффициента преломления плёнок с 2,2 до 2,4 по сравнению с зеркальной.
3. Дуальные МРС позволяют осаждать плёнки а-С с относительно высокой твёрдостью (около 20 ГПа), хорошими адгезионными свойствами и низким коэффициентом трения (до 0,006). Их характеристиками можно управлять, изменяя конфигурацию магнитного поля и давление рабочего газа.
Достоверность полученных результатов подтверждается их непротиворечивым характером, внутренним единством, взаимной согласованностью, использованием современной измерительной аппаратуры, а также надежных методов статистической обработки результатов измерений.
На основе материалов, изложенных в диссертации, был разработан и успешно внедрён в условиях реального промышленного производства комплект дуальных МРС, функциональные характеристики которых подтвердили корректность результатов, достигнутых в процессе подготовки диссертационной работы.
Достоверность выводов и защищаемых положений основана на их строгом соответствии полученным результатам, тщательной проверке, сравнении с данными других авторов.
Апробация результатов работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры экспериментальной физики ТПУ и следующих конференциях:
- X Международной конференции «Газоразрядная плазма и её применение в технологиях», Томск, 2007 г.;
- III Международном конгрессе по радиационной физике и химии конденсированных сред, сильноточной электронике и модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы, Томск, 2012 г.;
- VII Международном форуме по стратегическим технологиям «IFOST 2012», Томск, 2012 г.;
- XI Международной конференции «Газоразрядная плазма и её применение», Томск, 2013 г.;
- IV Республиканской научно-технической конференции
«Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», Казань, 2013 г.;
- IV Международном конгрессе по радиационной физике и химии конденсированных сред, сильноточной электронике и модификации материалов пучками частиц и потоками плазмы, Томск, 2014 г.;
- III Международной научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике», Томск, 2014 г.;
- VI Всероссийской научно-практической конференции «Современные наукоёмкие инновационные технологии», Самара, 2014 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 работы, в том числе 22 статьи в рецензируемых изданиях, получен 1 патент на изобретение.
Вклад автора состоит в следующем:
- разработал технологию осаждения тонких плёнок оксида титана с высокими оптическими и фотокаталитическими свойствами, а также покрытий на основе а-С; провёл их экспериментальные исследования и испытания;
- внёс определяющий вклад в создание дуальных магнетронных источников плазмы и плазменных установок на их основе;
- выполнил внедрение разработанного оборудования в условиях промышленного производства.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений. Она изложена на 134 страницах, содержит 58 рисунков, 9 таблиц, 1 приложение и список цитируемой литературы из 173 наименований.
По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы.
1. Дуальная МРС является эффективным инструментом для осаждения плёнок оксида титана с высокими фотокаталитическими и оптическими характеристиками.
2. Изменяя конфигурацию магнитной системы, можно управлять свойствами получаемых покрытий за счет изменения степени ионного воздействия на растущую плёнку.
3. Использование дуальной МРС с зеркальной конфигурацией магнитного поля позволяет получать плёнки оксида титана с наиболее высоким коэффициентом фотокаталитической активности. Это достигается за счет более пористой структуры и наличием в составе покрытия фаз рутила и анатаза.
4. Замкнутая конфигурация магнитного поля дуальной МРС делает покрытия оксида титана более плотными, т.к. в процессе роста плёнки подвергаются высокому ионному воздействию. Это подтверждается более высоким коэффициентом преломления. Полученные плёнки обладают лучшими оптическими характеристиками и больше подходят для использования в качестве просветляющего слоя низкоэмиссионных покрытий.
5. Использование дуальной МРС в качестве инструмента для осаждения плёнок а-С позволяет избежать проблемы дугообразования из-за взаимодействия углеродной мишени с присутствующим в рабочей камере водородом.
7. Конфигурация магнитного поля не оказывает существенного влияния на скорость осаждения плёнок а-С. Она мало влияет на твёрдость и модуль упругости. Наиболее твёрдые плёнки получены при минимальном давлении (0,1 Па).
8. Плёнки а-С, осажденные с помощью дуальной МРС с замкнутой конфигурацией магнитного поля, имеют меньшие коэффициенты трения и большую стойкость к скрэтч-тесту, чем образцы, полученные с помощью дуальной МРС, обладающей зеркальной конфигурацией магнитного поля.
9. Содержание зр3-фазы в плёнках а-С падает с увеличением давления рабочего газа. Плёнки, полученные с помощью дуальной МРС с зеркальной конфигурацией магнитного поля, обладают более высоким содержанием алмазоподобной фазы.
1. Дуальная МРС является эффективным инструментом для осаждения плёнок оксида титана с высокими фотокаталитическими и оптическими характеристиками.
2. Изменяя конфигурацию магнитной системы, можно управлять свойствами получаемых покрытий за счет изменения степени ионного воздействия на растущую плёнку.
3. Использование дуальной МРС с зеркальной конфигурацией магнитного поля позволяет получать плёнки оксида титана с наиболее высоким коэффициентом фотокаталитической активности. Это достигается за счет более пористой структуры и наличием в составе покрытия фаз рутила и анатаза.
4. Замкнутая конфигурация магнитного поля дуальной МРС делает покрытия оксида титана более плотными, т.к. в процессе роста плёнки подвергаются высокому ионному воздействию. Это подтверждается более высоким коэффициентом преломления. Полученные плёнки обладают лучшими оптическими характеристиками и больше подходят для использования в качестве просветляющего слоя низкоэмиссионных покрытий.
5. Использование дуальной МРС в качестве инструмента для осаждения плёнок а-С позволяет избежать проблемы дугообразования из-за взаимодействия углеродной мишени с присутствующим в рабочей камере водородом.
7. Конфигурация магнитного поля не оказывает существенного влияния на скорость осаждения плёнок а-С. Она мало влияет на твёрдость и модуль упругости. Наиболее твёрдые плёнки получены при минимальном давлении (0,1 Па).
8. Плёнки а-С, осажденные с помощью дуальной МРС с замкнутой конфигурацией магнитного поля, имеют меньшие коэффициенты трения и большую стойкость к скрэтч-тесту, чем образцы, полученные с помощью дуальной МРС, обладающей зеркальной конфигурацией магнитного поля.
9. Содержание зр3-фазы в плёнках а-С падает с увеличением давления рабочего газа. Плёнки, полученные с помощью дуальной МРС с зеркальной конфигурацией магнитного поля, обладают более высоким содержанием алмазоподобной фазы.