Помощь студентам в учебе
Исследование зависимости температуры атмосферы реактивного магнетронного разряда от состава газовой смеси, контролируемого оптической эмиссионной спектроскопией
|
Введение 9
Глава 1. Литературный обзор 11
1.1 Методы получения тонких металлических покрытий 11
1.2 Импульсный биполярный источник питания магнетронной распылительной системы 14
1.3 Метод реактивного магнетронного распыления 17
1.4 Применение, полезные и уникальные свойства рассматриваемых химических
соединений 21
1.5 Термопара 23
Глава 2. Материалы и методы исследования 25
Г лава 3. Экспериментальная часть 29
3.1 Исследование гистерезиса реактивного магнетронного распыление нитрида и диоксида титана 29
3.1.1 Кислород 29
3.1.2 Азот 32
3.2 Исследование зависимости температуры плазмы и атмосферы вакуумной камеры от
состава газовой смеси 36
3.3 Верификация метода оценки температуры из соотношения расхода газа и давления... 41
3.4 Анализ оптических спектров 43
3.4.1 Аргон и азот 43
3.4.2 Аргон и кислород 44
3.4.3 Газовая смесь 1:1 N:O 45
3.4.4 Газовая смесь 2:1 N:O 46
3.4.5 Газовая смесь 3:1 N:O 47
Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 50
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 51
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 51
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 51
4.1.3 SWOT-анализ 52
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 56
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 56
4.2.2 Определение трудоёмкости выполнения работ 57
4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования 57
4.3 Бюджет научно-технического исследования 61
4.3.1 Расчёт материальных затрат 61
4.3.2 Расчёт затрат на специальное оборудование для научных работ 62
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы 63
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 65
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 65
4.3.6 Накладные расходы 66
4.3.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 66
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования 67
4.5 Вывод по разделу ’’Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение” 71
Глава 5. Социальная ответственность 74
5.1 Правовые вопросы обеспечения безопасности 74
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 74
5.1.2 Организация рабочей зоны исследователя 74
5.2 Производственная безопасность 77
5.2.1 Опасные и вредные производственные факторы 78
5.3 Пожаровзрывоопасность 88
5.4 Снижение воздействие опасных и вредных факторов 90
5.5 Безопасность в аварийных и чрезвычайных ситуациях 91
5.6 Заключение по разделу ’Социальная ответственность” 93
Заключение 94
Список источников 96
Глава 1. Литературный обзор 11
1.1 Методы получения тонких металлических покрытий 11
1.2 Импульсный биполярный источник питания магнетронной распылительной системы 14
1.3 Метод реактивного магнетронного распыления 17
1.4 Применение, полезные и уникальные свойства рассматриваемых химических
соединений 21
1.5 Термопара 23
Глава 2. Материалы и методы исследования 25
Г лава 3. Экспериментальная часть 29
3.1 Исследование гистерезиса реактивного магнетронного распыление нитрида и диоксида титана 29
3.1.1 Кислород 29
3.1.2 Азот 32
3.2 Исследование зависимости температуры плазмы и атмосферы вакуумной камеры от
состава газовой смеси 36
3.3 Верификация метода оценки температуры из соотношения расхода газа и давления... 41
3.4 Анализ оптических спектров 43
3.4.1 Аргон и азот 43
3.4.2 Аргон и кислород 44
3.4.3 Газовая смесь 1:1 N:O 45
3.4.4 Газовая смесь 2:1 N:O 46
3.4.5 Газовая смесь 3:1 N:O 47
Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 50
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 51
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 51
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 51
4.1.3 SWOT-анализ 52
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 56
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 56
4.2.2 Определение трудоёмкости выполнения работ 57
4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования 57
4.3 Бюджет научно-технического исследования 61
4.3.1 Расчёт материальных затрат 61
4.3.2 Расчёт затрат на специальное оборудование для научных работ 62
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы 63
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 65
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 65
4.3.6 Накладные расходы 66
4.3.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 66
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования 67
4.5 Вывод по разделу ’’Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение” 71
Глава 5. Социальная ответственность 74
5.1 Правовые вопросы обеспечения безопасности 74
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 74
5.1.2 Организация рабочей зоны исследователя 74
5.2 Производственная безопасность 77
5.2.1 Опасные и вредные производственные факторы 78
5.3 Пожаровзрывоопасность 88
5.4 Снижение воздействие опасных и вредных факторов 90
5.5 Безопасность в аварийных и чрезвычайных ситуациях 91
5.6 Заключение по разделу ’Социальная ответственность” 93
Заключение 94
Список источников 96
В настоящее время системы магнетронного распыления становятся перспективными источниками для осаждения тонких плёнок, из-за своей простоты и высокой скорости осаждения, но для получения тонких плёнок из химических соединений используется реактивное магнетронное распыление. Реактивное магнетронное распыление сложнее в контролировании процесса осаждения из-за обширных физико-химических процессов, протекающих в процессе напыления. Для необходимых характеристик нанесённой тонкой плёнки необходим строгий контроль процесса осаждения, одними из ключевых параметров работы процесса являются гистерезис и температура плазмы [1]. Изучение всех параметров работы процесса и моделирование их позволит упростить процесс получения готовых изделий за счёт избегания большого количества калибровочных экспериментов, необходимых для выбора оптимального режима реактивного магнетронного напыления покрытий. Моделирование процессов, происходящих при распылении в реактивной среде, позволяет установить взаимосвязь между внешними и внутренними параметрами процесса и определить состояние мишени и стехиометрию наносимых слоев при любом потоке реактивного газа. Данная работа посвящена исследованию гистерезиса процесса при распылении оксида и нитрида титана, зависимости температуры атмосферы реактивного магнетронного разряда в реактивной среде от газовой смеси, что в дальнейшем позволит моделировать процесс для реактивного напыления оксида и нитрида титана.
Цель научной работы - исследование параметров работы реактивной магнетронной распылительной системы для нанесения реактивных магнетронных покрытий на основе оксидов и нитридов титана.
В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
1. Определение характерных кривых гистерезиса реактивного магнетронного процесса распыления для оксидов и нитридов титана, с последующим анализом полученных результатов;
2. Исследование зависимости температуры атмосферы и плазмы от различного соотношения и состава газов;
3. Контроль и анализ атмосферы разряда с помощью оптического эмиссионного метода при измерении температуры атмосферы;
4. Сравнение двух методов оценки температуры среды вакуумной камеры, оценка с помощью размещения термопары и из соотношения расхода газа и давления.
Теоретическая значимость работы:
Полученные результаты позволят в дальнейшем составить общую модель процесса реактивного магнетронного напыления покрытий из оксида и нитрида титана. Общая модель процесса напыления способна сократить калибровочные эксперименты и успешно контролировать сам процесс, что значительно упростит весь процесс напыления.
Цель научной работы - исследование параметров работы реактивной магнетронной распылительной системы для нанесения реактивных магнетронных покрытий на основе оксидов и нитридов титана.
В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
1. Определение характерных кривых гистерезиса реактивного магнетронного процесса распыления для оксидов и нитридов титана, с последующим анализом полученных результатов;
2. Исследование зависимости температуры атмосферы и плазмы от различного соотношения и состава газов;
3. Контроль и анализ атмосферы разряда с помощью оптического эмиссионного метода при измерении температуры атмосферы;
4. Сравнение двух методов оценки температуры среды вакуумной камеры, оценка с помощью размещения термопары и из соотношения расхода газа и давления.
Теоретическая значимость работы:
Полученные результаты позволят в дальнейшем составить общую модель процесса реактивного магнетронного напыления покрытий из оксида и нитрида титана. Общая модель процесса напыления способна сократить калибровочные эксперименты и успешно контролировать сам процесс, что значительно упростит весь процесс напыления.
В ходе выполнения представленной работы были получены кривые гистерезиса характерные для реактивного магнетронного разряда. Определены режимы работы установки ТиОН-2М при том или ином соотношении реактивных и рабочего газа:
Для кислорода: 0,0 - 0,6 мл/мин - металлический режим; 0,6 - 5,4 мл/мин - переходной режим; 5,4 - 7,2 мл/мин - реактивный режим.
Для азота: 0,0 - 6,0 мл/мин - металлический режим; 6,0 - 14,4 мл/мин - переходной режим; 14,4 - 18,0 мл/мин - реактивный режим.
Гистерезисная петля в атмосфере кислорода имеет большую ширину с чёткими границами режимов работы, петля азота существенно уже и не имеет чётких границ режимов работы.
Температура плазмы разряда в атмосфере аргона составила 147 оС, температура термопары не вошла в равновесие с температурой плазмы и следует считать температуру плазмы в данном случае около 155 оС. Для магнетронного разряда полученного в атмосфере чистого газа либо смеси составило: кислород - 152 оС; азот - 134 оС; смесь 1:1 N:O - 155 оС; смесь 2:1 N:O - 161 оС; смесь 3:1 N:O - 159 оС.
Температура атмосферы вакуумной камеры в зоне подложкодержателя при напуске аргона, азота или кислорода составила 31 оС.
Верификация оценки температуры из соотношения расхода газа и давления показала, что давление аргона находилось в диапазоне 0,13 - 0,16 Па, расчет температуры показал значении равное 139 оС, при давлении 0,16 Па, температура составила 167 оС.
Были расшифрованы и проанализированы оптические спектры реактивного магнетронного разряда. Все оптические спектры подтверждают нахождение системы в том или ином режиме работы, полученные спектры являются характеристическими для магнетронного разряда полученного в атмосфере кислорода и/или азота.
В ходе выполнения раздела ’’Финансовый менеджмент” был выполнен анализ конкурентоспособности, который подтвердил конкурентоспособность данной работы. Проведён SWOT-анализ проекта, который показал, что потенциальных сильных сторон у проекта больше, чем слабых, что доказывает перспективность данного проекта. Бюджет научно-технического исследования составил 372192 рубля.
В ходе выполнения раздела ’Социальная ответственность” были рассмотрены вредные и опасные факторы при эксплуатации экспериментальной ионно-плазменной установки. Приведены возможные аварийные и чрезвычайные ситуации, которые могут возникнуть в лаборатории 131 19-го корпуса ТПУ, меры предосторожности, а также меры по ликвидации последствий АС/ЧС. Было определено, что все вредные и опасные факторы находились в допустимом диапазоне.
Для кислорода: 0,0 - 0,6 мл/мин - металлический режим; 0,6 - 5,4 мл/мин - переходной режим; 5,4 - 7,2 мл/мин - реактивный режим.
Для азота: 0,0 - 6,0 мл/мин - металлический режим; 6,0 - 14,4 мл/мин - переходной режим; 14,4 - 18,0 мл/мин - реактивный режим.
Гистерезисная петля в атмосфере кислорода имеет большую ширину с чёткими границами режимов работы, петля азота существенно уже и не имеет чётких границ режимов работы.
Температура плазмы разряда в атмосфере аргона составила 147 оС, температура термопары не вошла в равновесие с температурой плазмы и следует считать температуру плазмы в данном случае около 155 оС. Для магнетронного разряда полученного в атмосфере чистого газа либо смеси составило: кислород - 152 оС; азот - 134 оС; смесь 1:1 N:O - 155 оС; смесь 2:1 N:O - 161 оС; смесь 3:1 N:O - 159 оС.
Температура атмосферы вакуумной камеры в зоне подложкодержателя при напуске аргона, азота или кислорода составила 31 оС.
Верификация оценки температуры из соотношения расхода газа и давления показала, что давление аргона находилось в диапазоне 0,13 - 0,16 Па, расчет температуры показал значении равное 139 оС, при давлении 0,16 Па, температура составила 167 оС.
Были расшифрованы и проанализированы оптические спектры реактивного магнетронного разряда. Все оптические спектры подтверждают нахождение системы в том или ином режиме работы, полученные спектры являются характеристическими для магнетронного разряда полученного в атмосфере кислорода и/или азота.
В ходе выполнения раздела ’’Финансовый менеджмент” был выполнен анализ конкурентоспособности, который подтвердил конкурентоспособность данной работы. Проведён SWOT-анализ проекта, который показал, что потенциальных сильных сторон у проекта больше, чем слабых, что доказывает перспективность данного проекта. Бюджет научно-технического исследования составил 372192 рубля.
В ходе выполнения раздела ’Социальная ответственность” были рассмотрены вредные и опасные факторы при эксплуатации экспериментальной ионно-плазменной установки. Приведены возможные аварийные и чрезвычайные ситуации, которые могут возникнуть в лаборатории 131 19-го корпуса ТПУ, меры предосторожности, а также меры по ликвидации последствий АС/ЧС. Было определено, что все вредные и опасные факторы находились в допустимом диапазоне.