23. Опишите каким образом изменятся элементарные процессы при магнетронном распылении металлической мишени Ti при замене инертного газа Ar на реакционную смесь газов Ar+N₂

Для получения соедине­ний к инертному газу добавляют соответствующие реакционные газы (азот, метан, ацетилен …).При распылении мишениTiв аргоне не происходит взаимодействие между титаном и аргоном и в составе покрытия можно будет наблюдать только титан. При распылении в реакционной смеси в покрытии будет наблюдаться нитрид титана. Когда один компонент преобразовывается в нитрид это называется селективным распылением.

24.Какой метод физического осаждения из паровой фазы больше всего подходит для высокопроизводительного осаждения покрытия из оксида алюминия.Ответ обоснуйте.

Оксид алюминия Al₂O₃ благодаря уникальному сочетанию свойств (высокая механическая прочность, твердость, износостойкость, огнеупорность, теплопроводность, химическая инертность) широко применяется в современной технике. На его основе создан широкий спектр высококачественных материалов для электроники, электротехники, машиностроения и ряда других отраслей промышленности. Покрытия на основе Al₂O₃ имеют большую перспективу для применения:

• в машиностроениии как упрочняющие и другие функциональные слои, в том числе, в составе многослойных материалов и покрытий;

• в микроэлектронике как подложки электронных схем, светодиодов и солнечных батарей;

Вакуумный электродуговой метод нанесения покрытий (в практике встречаются различные названия метода - ARC-PVD deposition, Вакуумное электродуговое осаждение, метод КИБ, метод Булат. и др.) - один из ионно-плазменных методов, являющимися уникальными инструментами нанотехнологий для создания наноразмерных структур, покрытий и материалов. «Размещая» из ионных и плазменных потоков конкретные атомы в заданном месте решетки твердого тела, «строим» уникальные материалы и покрытия с уникальными свойствами, в том числе, материалы, которые невозможно получить другими методами.

Преимуществами вакуумных электродуговых технологий перед другими ионно-плазменными технологиями являются:

• возможность получения потока плазмы на широком спектре материалов;

• высокие плотности потоков плазмы и высокие скорости нанесения покрытий и образования материалов;

• управляемость потоком плазмы - возможность формировать структуру и свойства покрытий и материалов.

Технологический процесс легко управляем. Управляя параметрами источника плазмы получаем:

• травление поверхности с большими скоростями - до 10 мкм/ч;

• формирование диффузионного приповерхностного слоя - например, азотирование;

• нанесения покрытия и формирование материалов с большими скоростями - до 40 мкм/ч.

Некоторые возможности технологии:

• получение потока очищенной от микрочастиц плазмы, в том числе, на основе относительно легкоплавких элементов, таких, например, как Al, Sn и других;

• получение многокомпонентных наноструктурированных покрытий и материалов, например, таких как TiAlN, AlTiN, TiAlCrN, Al₂O₃, ZrMoN и др. с использованием монометаллических катодов;

• создание произвольного - заданного - соотношения концентраций элементов в покрытии и материалах;

• получение составов покрытия и материалов, которые невозможно получить традиционными металлургическими методами , например ZrMoN;

• получение многослойных покрытий и материалов, в том числе, с наноразмерными толщинами отдельных слоев;

• широкие возможности в управлении технологическим процессом. Управляя параметрами, получаем:

  • травление поверхности изделий с большими скоростями до 10 мкм/ч - режим плазмы инертного газа;

  • формирование диффузионного приповерхностного слоя - режим плазмы реакционного газа;

  • нанесение покрытий и формирование материалов с большими скоростями до 40 мкм/ч - режим твердотельной или газометаллической плазмы.

получение в одном технологическом цикле комбинированных слоев: диффузионный подслой+покрытие (например, азотирование+покрытие);

получение покрытий и материалов при низких температурах, что значительно расширяет класс обрабатываемых изделий, типы получаемых материалов и покрытий

Процесс осуществляется В потоке преобладают ионы металла, которые возможно ускорить. Ускоритель повышает степень ионизации Уменьшением напряжения смещения можно ускорить процесс. Чтобы подать напряжение смещения используем блок питания. Между распыляемым материалом катодом и медным водоохлаждаемым анодом возбуждается дуговой разряд. Для инициации разряда используют источник постоянного тока. Для стабилизации катодных пятен используются электромагнитные катушки. Плотность тока 10⁵ А/СМ^2. Катодные пятна переносят тока от 1 до 100 А. Распределение числа пятен по пов-ти описывается закон Гаусса. Появ возм формир потока частиц к направлению к подложке. Используются неэродирующие аноды.