📄Работа №202573
Тема: Исследование зависимости температуры атмосферы реактивного магнетронного разряда от состава газовой смеси, контролируемого оптической эмиссионной спектроскопией
Характеристики работы
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
Физика
Объем:
98 листов
Год:
2023
Просмотров:
71
4245
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
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
📖 Аннотация
В данной работе проведено экспериментальное исследование параметров реактивного магнетронного распыления для осаждения тонких плёнок оксида и нитрида титана, сфокусированное на анализе гистерезисных явлений и зависимости температуры плазмы от состава газовой смеси (Ar/O₂/N₂), контролируемого методами оптической эмиссионной спектроскопии. Актуальность исследования обусловлена необходимостью точного контроля сложных физико-химических процессов при реактивном распылении для получения покрытий с заданной стехиометрией и свойствами, что является ключевой задачей современного тонкоплёночного материаловедения. Основные результаты включают количественное определение границ металлического, переходного и реактивного режимов работы установки для кислорода и азота, демонстрацию различий в ширине и чёткости гистерезисных петель, а также измерение температуры плазмы, которая варьировалась от 134°C (для азота) до 161°C (для смеси N₂:O₂ = 2:1). Научная значимость работы заключается в установлении корреляций между составом газовой среды, термическими характеристиками разряда и режимами осаждения, что вносит вклад в фундаментальное понимание физики реактивной плазмы. Практическая ценность состоит в получении экспериментальных данных, необходимых для верификации и разработки моделей, позволяющих оптимизировать технологические режимы и сократить количество калибровочных экспериментов. Краткий обзор литературы, основанный на трудах Е.В. Берлина и Л.А. Сейдмана по ионно-плазменным процессам, А.И. Кузьмичёва по физике магнетронного распыления, а также на учебных пособиях по вакуумно-технологическому оборудованию, подтверждает востребованность подобных исследований.
📖 Введение
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.
✅ Заключение
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.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.