СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАСХОДА ГАЗОВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ РЕАКТИВНОГО МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

Неустойчивость параметров разряда и химического состава потоков частиц, поступающих на подложку, в переходных режимах реактивного магнетронного распыления приводит к невоспроизводимости состава покрытий от процесса к процессу. Целью настоящей работы являлась разработка системы контроля расхода газа, позволяющая стационарно поддерживать неравновесное состояние магнетронного разряда в переходных режимах осаждения с неустойчивым химическим состоянием поверхности мишени. В качестве параметров контроля предложено использовать интенсивности элементов эмиссионного спектра разряда. Для регистрации интенсивностей спектральных элементов (спектральные линии и полосы химических элементов, присутствующих в разряде) применяли фотодиодные датчики. Система контроля расхода газа автоматически регулирует подачу аргона и реактивного газа, используя сигналы обратной связи с оптических датчиков интенсивности спектральных элементов разряда, вакуумметра, датчиков ионного тока, разрядного тока и напряжения. В качестве примера использования системы рассмотрен процесс реактивного магнетронного нанесения покрытий Ti-Al-N. В ходе распыления составной мишени на основе Ti с цилиндрическими Al вставками контролировались следующие параметры разряда: ток, напряжение, суммарное давление смеси аргон – реактивный газ, температура подложки, напряжение и ток смещения на подложке. Напуск азота контролировался по интенсивности спектральной линии титана TiI 506,5 нм, величина интенсивности которой связана со степенью реактивности. Элементный состав и структура сформированных покрытий Ti-Al-N исследовались с помощью резерфордовского обратного рассеяния, растровой электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Установлено, что в осажденных покрытиях Ti‑Al‑N стехиометрического состава столбчатая микроструктура переходит в лобулярную микроструктуру, с повышенной твердостью и низким коэффициентом трения покрытия. Таким образом, показано, что система контроля расхода газа позволяет контролировать стехиометрию состава и физические свойства осаждаемого покрытия. 

1. Spencer, A.G. Pressure stability in reactive magnetron sputtering / A.G. Spencer, R.P. Howson, R.W. Lewin // Thin Solid Films. – 1988. – Vol. 158. – P. 141–149.

2. Бурмаков, А.П. Алгоритмы оптического управления реактивным магнетронным осаждением пленочных покрытий / А.П. Бурмаков, В.Н. Кулешов // Журнал прикладной спектроскопии. – 2012. – Т. 79, №3. – С. 430–435.

3. Бурмаков, А.П. Спектроскопическая система контроля расхода газов и содержания примесей в процессе магнетронного осаждения пленок / А.П. Бурмаков, В.Н. Кулешов // Журнал прикладной спектроскопии. – 2007. – Т. 74, № 3. – С. 412 – 416.

4. Комаров, Ф.Ф. Формирование наноструктурированных покрытий TiAlN, TiCrN, TiSiN методом реактивного магнетронного осаждения / Ф.Ф. Комаров, С.В. Константинов, В.В. Пилько // Трение и износ. – 2014. – Т. 3, № 35. – С. 293–303.

5. Ramadoss, R. Tribological properties and deformation mechanism of TiAlN coating sliding with various counterbodies / Ramadoss R. [et al.] // Tribology International. – 2013. – № 66 – P. 143–149.

6. Soner, S. Multipass sliding wear behavior of TiAlN coatings using a spherical indenter: effect of coating parameters and duplex treatment / Soner S., Sengül D. // Tribology Transactions. – 2014. – P. 242–255.

7. Погребняк, А.Д. Структура и свойства твердых и сверхтвердых нанокомпозитных покрытий / А.Д. Погребняк [и др.] // Успехи физичесих наук. – 2009. – T. 179, № 1. – С. 35–64.

8. Белоус, В.А. Твердые покрытия Ti-Al-N, осажденные из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы / В.А. Белоус [и др.] // Физическая инженерия поверхности. – 2009. – Т. 7. – № 3. – С. 216–222.

9. Cavaleiro A., De Hosson J.Т. Nanostructured Coatings. Berlin, Springer-Verlag, 2006. 648 p.

10. Santana, A.E. Thermal treatment effects on microstructure and mechanical properties of TiAlN thin films / A.E. Santana [et al.] // Tribology Letters. – 2004. – Vol. 17, № 4. – P. 689–696.

11. Shum, P.W. Structural and mechanical properties of titanium-aluminium-nitride films deposited by reactive closefield unbalanced magnetron sputtering / P.W. Shum [et al.] // Surface & Coating Technology – 2004. – № 185. – P. 245–253.

12. Комаров, Ф.Ф. Контролируемое нанесение Ti Al-N покрытий методом реактивного магнетронного распыления / Ф.Ф. Комаров [и др.] // Доклады НАН Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 5. – С. 40–43.