Применение эффекта квазизамкнутого пространства при формировании проводящих пленок на керамике методом магнетронного напыления

Обсуждается применение эффекта квазизамкнутого пространства при формировании проводящих пленок на керамике магнетронным распылением, которое предоставляет наиболее гибкие возможности варьирования технологических условий и влияния за счет этого на характеристики получаемых пленок. Одним из технологических условий магнетронного распыления, оказывающим влияние на однородность состава получаемой пленки, является формирование квазизамкнутого пространства в зоне осаждения пленки. Предложен вариант реализации квазизамкнутого пространства и сформированы серии пленок меди с применением квазизамкнутого пространства и без его применения. Определена адгезия, удельное поверхностное сопротивление полученных пленок, а также с помощью растровой электронной микроскопии определена толщина и оценена однородность полученных структур. Снижение количества дефектов проводящих пленок связано с более высоким давлением в зоне формирования пленки по отношению к остальному пространству вакуумной камеры при реализации квазизамкнутого пространства, разница давлений и плазмообразующего газа позволяет, с одной стороны, стабилизировать основные характеристики магнетронного разряда, а следовательно, и процесса формирования пленки, а с другой — минимизировать возможность включения в структуру пленки загрязняющих включений различного рода.

1. Abid N., Shujait S., Chaudhary K. et al. Synthesis of nanomaterials using various top-down and bottom-up approaches, influencing factors, advantages, and disadvantages: A review // Advances in Colloid and Interface Science. 2022. Vol. 300. P. 102597. DOI: 10.1016/j.cis.2021.102597.

2. Pan Yu., Wang J., Lu Zh. et al. A review on the application of magnetron sputtering technologies for solid oxide fuel cell in reduction of the operating temperature // Intern. Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 50. P. 1179–1193. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.10.143.

3. Barranco A., Borras A., Gonzalez-Elipe A. R., Palmero A. Perspectives on oblique angle deposition of thin films: From fundamentals to devices // Progress in Materials Science. 2016. Vol. 76. P. 59–153. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2015.06.003.

4. Deng Y., Chen W., Li B. et al. Physical vapor deposition technology for coated cutting tools: A review // Ceramics International. 2020. Vol. 46, N 11. P. 18373–18390. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.04.168.

5. Calderon Velasco S., Carvalho S., Cavaleiro A. Functional properties of ceramic-Ag nanocomposite coatings produced by magnetron sputtering // Progress in Materials Science. 2016. Vol. 84. P. 158–191. DOI: 10.1016/j. pmatsci.2016.09.005.

6. Stan G. E., Montazerian M., Shearer A. et al. Critical advances in the field of magnetron sputtered bioactive glass thin-films: An analytical review // Appl. Surface Science. 2024. Vol. 646. P. 158760. DOI: 10.1016/j.apsusc.2023.158760.

7. Vahl A., Veziroglu S., Henkel B. et al. Pathways to tailor photocatalytic performance of TiO2 thin films deposited by reactive magnetron sputtering // Materials. 2019. Vol. 12, N 7. P. 2840. DOI: 10.3390/ma12172840.

8. Buchinger J., Koutná N., Mayrhofer P. H. et al. Toughness enhancement in TiN/WN superlattice thin films // Acta Materialia. 2019. Vol. 172. P. 18–29. DOI: 10.1016/j.actamat.2019.04.028.

9. Molaei M. J., Rezakazemi M., Younas M. A Comprehensive Review on Recent Advances in Two-Dimensional (2D) Hexagonal Boron Nitride // ACS Applied Electronic Materials. 2021. Vol. 3, N 12. P. 5165–5187. DOI: 10.1021/acsaelm.1c00720.

10. Ma Z. Y., Zhang H., Sun X. et al. Preparation and characterization of nanostructured Ni2N thin film as electrode for lithium ion storage // Appl. Surface Science. 2017. Vol. 420. P. 196–204. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.05.139.

11. Шашин Д. Е., Дьячков А. Д. Формирование фотокаталитических пленок TiO2 методом реактивного магнетронного распыления с применением квазизамкнутого пространства // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2024. T. 148, № 3. C. 75–90.

12. Белянин А. Ф., Налимов С. А., Борисов В. В. и др. Влияние отжига на строение пленок ZnO, выращенных магнетронным распылением // Вакуумная наука и техника : Материалы XXV науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. М.: НОВЕЛЛА, 2018. С. 170–176.

13. Шашин Д. Е. Разработка математической модели формирования тонких пленок оксида цинка с заданными значениями комплексной диэлектрической проницаемости // Вестн. Поволжского гос. техн. ун-та. Сер. Радиотехн. и инфоком. сист. 2018. № 4(40). С. 74–81. DOI: 10.15350/2306-2819.2018.4.74.

14. Шашин Д. Е., Степанов С. А., Сушенцов Н. И. Формирование и исследование тонкопленочных структур на основе оксида меди и оксида цинка, получаемых методом реактивного магнетронного распыления, для применения в солнечной энергетике // Вестн. Поволжского гос. техн. ун-та. Сер. Радиотехн. и инфоком. сист. 2017. Т. 35, № 3. С. 69–77. DOI: 10.15350/2306-2819.2017.3.69

15. Шашин Д. Е., Сушенцов Н. И., Будкина И. М. Технологические особенности повышения фотокаталитической активности пленок TiO2, сформированных методом реактивного магнетронного распыления // Вестн. Поволжского гос. техн. ун-та. Сер. Радиотехн. и инфоком. сист. 2021. № 4(52). С. 77–85. DOI: 10.25686/23062819.2021.4.77.

16. Шашин Д. Е. Фотодиэлектрический чувствительный элемент ультрафиолетового диапазона и особенности его изготовления // Вестн. Поволжского гос. техн. ун-та. Сер. Радиотехн. и инфоком. сист. 2019. № 4(44). С. 75–84. DOI: 10.25686/2306-2819.2019.4.75.

17. Shashin D. E., Sushentsov N. I. Development of Manufacturing Technology of Photo-Dielectric Sensitive Element of Ultraviolet Range on the Basis of Thin Films of Zinc Oxide // Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Instrument Engineering. 2019. N 6(129). P. 99–109. DOI: 10.18698/0236-3933-2019-6-99-109.

18. Кашин А. С., Анаников В. П. Формирование наноразмерных покрытий и наночастиц металлов путем магнетронного распыления и их исследование методом сканирующей электронной микроскопии // Изв. Академии наук. Сер. химическая. 2011. № 12. С. 2551.

19. Белянин А. Ф., Борисов В. В., Багдасарян А. С. Наноструктурированные углеродные материалы в эмиссионной электронике // Российский технологический журнал. 2017. Т. 5, № 3(17). С. 22–40.