Курсовая работа: Метод магнетронного напыления покрытий с ионным ассистированием
m1 – масса
образцов после чистки в УЗ-ванне,
m2 – масса
образцов после ионной чистки,
Δm – масса
распыленного материала при ионной чистке (Δm=m1-m2)
m3 – масса
образцов после второй ионной чистки (m3=m2-Δm)
m4 – масса
образцов после нанесения покрытия,
m5 – масса
нанесенного покрытия.
Используя измеренные
нами длину l и внешний R радиусы каждого из
образцов, найдем их площадь:
Sпов=2πR l.
Зная
плотность нитрида титана ρTiN=5,1 г/см3 и массу
покрытия, найдем его толщину:
h==.
Погрешность Δh в определинии толщины покрытия, состоит из погрешностей
измерительных приборов (весы Δm и штангенциркуль Δl) и погрешности определения площади ΔS.
;
Погрешность приборов определяем по их
тех. паспортам:
Δm=5·10-5 г ; Δl=5·10-2 мм.
Погрешность определения площади
связана с неидентичностью образцов. Кроме того, торцевая поверхность образцов
не строго перпендикулярна боковой поверхности, что приводит к осаждению на неё
распыленных атомов мишени. Следовательно, максимальная площадь, на которой может
быть сформировано покрытие, равна сумме площадей боковой и двух торцевых
поверхностей.
Smax=Sбок+2Sторц;
а минимальная:
Smin=Sбок.
Согласно методу
Корнфельда [10]:
=2π(R2-r2);
Результаты приведенных
выше расчетов для каждого из образцов представлены в таблице 4.
Табл.4.
Результаты расчетов.
№обр. |
lср, мм |
m5, г |
Sпов, мм2 |
V, мм3 |
h, мм |
Δ l, % |
Δ m,% |
Δ S,% |
Δ h, % |
1 |
9.250 |
0.0019 |
174.270 |
0.3725 |
0.0021 |
0.5405 |
2.6316 |
11.0090 |
11.3321 |
2 |
10.050 |
0.0018 |
189.342 |
0.3529 |
0.0019 |
0.4975 |
2.7778 |
10.1327 |
10.5183 |
3 |
10.175 |
0.0019 |
191.697 |
0.3725 |
0.0019 |
0.4914 |
2.6316 |
10.0082 |
10.3600 |
4 |
9.850 |
0.0021 |
185.574 |
0.4118 |
0.0022 |
0.5076 |
2.3810 |
10.3384 |
10.6212 |
5 |
10.050 |
0.0018 |
189.342 |
0.3529 |
0.0019 |
0.4975 |
2.7778 |
10.1327 |
10.5183 |
6 |
10.325 |
0.0022 |
194.523 |
0.4314 |
0.0022 |
0.4843 |
2.2727 |
9.86279 |
10.1328 |
7 |
10.050 |
0.0025 |
189.342 |
0.4902 |
0.0023 |
0.4975 |
2,0000 |
10.1327 |
10.3401 |
8 |
9.900 |
0.0024 |
186.516 |
0.4706 |
0.0023 |
0.5051 |
2.0833 |
10.2862 |
10.5072 |
9 |
10.075 |
0.0024 |
189.813 |
0.4706 |
0.0022 |
0.4963 |
2.0833 |
10.1075 |
10.3319 |
10 |
10,000 |
0.0020 |
188.400 |
0.3922 |
0.0021 |
0.5000 |
2.5000 |
10.1833 |
10.4976 |
11 |
9.350 |
0.0018 |
176.154 |
0.3529 |
0.0020 |
0.5348 |
2.7778 |
10.8913 |
11.2526 |
12 |
9.900 |
0.0019 |
186.516 |
0.3725 |
0.0020 |
0.5051 |
2.6316 |
10.2862 |
10.6295 |
Среднее |
9.915 |
0.0021 |
186.791 |
0.4036 |
0.0021 |
0.5048 |
2.4624 |
10.2809 |
10.5868 |
Рис.12.
Теоретическое и эксперементальное распределение толщины покрытия.
Как видно из
рис.12. распределение, рассчитанное по результатам эксперимента, не сходится в
пределах погрешности с теоретическими данными. Основной причиной данного
расхождения является неправильная геометрическая форма образцов. Как говорилось
ранее, в сборке между образцами образуются щели, вследствие чего покрытие
наносится на часть торцевой поверхности образцов. Более точно толщина покрытия
может быть определена по результатам микроскопии поперечного сечения, которая в
данной работе не проводилась.
Полученные
распределения имеют степени неоднородности Dэксп=20% и Dтеор=32%.
Причиной различия является то, что в установке используется не два, а система из шести попарно
расположенных магнетронов. Таким образом, при напылении одной парой
магнетронов, потоки от двух других, в меньшей степени, но воздействуют на
образец, чем делают распределение более равномерным.
Заключение
В ходе данной работы были
изучены физические принципы, лежащие в основе работы установки для нанесения
покрытий магнетронным методом с ионным ассистированием, его внутреннее
устройство и основные узлы.
Была
проделана экспериментальная работа, в ходе которой на стальных образцах
получено покрытие нитрида титана TiN. Рассчитано его распределение по поверхности протяженных
образцов, как экспериментально, так и теоретически. Показано, что использование
системы из шести попарно стоящих магнетронов позволяют получить покрытие со
степеню неоднородности не более Dэксп=20%, что на 12% меньше, чем при использовании одной
пары магнетронов Dтеор=32%.
Список используемой литературы
1.
Данилин Б.С.,
Сырчин В.К., Магнетронные распылительные системы, М.: Радио и связь, 1982.
2.
Берлин Е., Двинин
С., Сейдман Л., Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления
тонких пленок, М.: Техносфера, 2007.
3.
Жуков В.В.,
Кривобоков В.П., Янин С.Н., Распыление мишени магнетронного диода в присутствии
внешнего ионного пучка, Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 4.
4.
Никоненко В.А.,
Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD. Практикум, под ред, Кузнецова Г.Д.,
М.: МИСиС, 2001.
5.
Майссел Л., Глэнг
Р., Технология тонких пленок. Справочник, пер, с англ, под ред,, Елинсона М.И.,
Смолко Г.Г., М.: Советское радио, 1977.
6.
Свирин В.Т.,
Стогний А.И., Формирование пучка равномерной плотности в холловском ионном
источнике с открытым торцом, Приборы и техника эксперимента, 1996, №5.
7.
Моргулис Н. Д.,
Катодное распыление, Успехи физических наук, 1946, т. 28.
8.
Распыление
твердых тел ионной бомбардировкой, под ред. Р. Бериша, пер. с англ. Куклин
А.М., М: Наука, 1984-86.
9.
Фундаментальные и
прикладные аспекты распыления твердых тел. Сб. ст., пер. с англ. Засечкин Л.К.,
М: Наука, 1989.
10.
Яковлев Г.П.,
Краткие сведения по обработке результатов физических измерений: методические
указания для студентов физического факультета, Екатеринбург: Издательство
Уральского Университета, 2004.
|