НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o197.Pdf (1215.49Кб)

УДК 66.088

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Тонкие плёнки из кремния и его соединений востребованы в современной промышленности для производства литий-ионных аккумуляторов, защитных и износостойких покрытий, тонкоплёночных изоляторов и т.п. Такие покрытия наносят методами газофазного химического осаждения, методами магнетронного распыления или электронно-лучевого испарения. Метод вакуумного дугового испарения в настоящее время не используется в связи с трудностями обеспечения стойкости катода, который разрушается вследствие термических напряжений.
В работе продемонстрирована возможность длительной работы вакуумного дугового испарителя с катодом из поликристаллического сплава кремний-алюминий (90 % кремния) и с магнитной системой, создающей на поверхности катода арочное магнитное поле переменной конфигурации. Было показано, что данная конфигурация магнитного поля обеспечивает стабильное горение разряда и равномерное быстрое перемещение катодных пятен со скоростью до 5 м/с при индукции магнитного поля около 10 мТл. При этом отсутствуют локальные перегревы катода, что обеспечивает его длительную работу без растрескивания, сколов и разрушения. Катодные пятна движутся по поверхности катода, оставляя на его поверхности крупные кратеры с оплавленными краями. Размеры кратеров составляют от 150 до 450 мкм. Характер движения катодных пятен и вид кратеров, оставленных ими на поверхности катода, близок к движению катодных пятен при работе на катоде из меди или алюминия. При снижении магнитного поля менее 1 мТл движение катодного пятна становится таким же, как на монокристаллическом кремниевом катоде без магнитного поля. При этом движение катодных пятен становится неравномерным, скорость перемещения низкая, что приводит к локальным перегревам и появлению глубоких кратеров с сильно оплавленной поверхностью.
Получены вольт-амперные характеристики разряда при различных значениях индукции магнитного поля. Вольт-амперные характеристики разряда были возрастающими и смещались в область более высоких напряжений при увеличении индукции магнитного поля. При токе разряда от 30 до 130 А напряжение составило от 18,7 до 26,5 В.
Подтверждено, что метод вакуумно-дугового испарения может быть использован для эффективного испарения кремния и его сплавов, а также для осаждения тонких плёнок из этих материалов.

1. Герасименко Н.Н., Пархоменко Ю.Н. Кремний – материал для наноэлектроники. М.: Техносфера, 2007. 351 с.
2. Naoe M ., Yamanaka Sh . Evaporation of silicon by vacuum-arc discharge // Japanese Journal of Applied Physics. 1969. Vol. 8 , no. 2 . P. 287-288. DOI: 10.1143/JJAP.8.287
3. Марахтанов М.К., Духопельников Д.В., Жуков А.В., Кириллов Д.В., Мелик-Парсаданян А.К., Пархоменко Ю.Н. Вакуумная дуга с монокристаллическим кремниевым катодом для получения наноструктурированных материалов // Справочник. Инженерный журнал. 2008. № 9. С. 22-27.
4. Кесаев И.Г., Пашкова В.В. Электромагнитная фиксация катодного пятна // Журнал технической физики. 1959. Т. 29, № 3. С. 287-298.
5. Духопельников Д.В., Жуков А.В., Костин А.А., Юрченко А.А. Управление движением катодного пятна в линейных вакуумно-дуговых испарителях // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. № 11. С. 45 -49 .
6. Аксёнов И.И., Падалка В.Г., Хороших В.М. Формирование потоков металлической плазмы: Обзор. М.: ЦНИИатоминформ, 1984. 83 с.
7. Дороднов А.М. Некоторые применения плазменных ускорителей в технике // Физика и применение плазменных ускорителей: сб. / под ред. А.И. Морозова. Минск, Наука и техника, 1974. С. 330-365.
8. Духопельников Д.В., Кириллов Д.В., Рязанов В.А. Исследование профиля выработки катода дугового испарителя с арочным магнитным полем // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 11. С. 21-32. DOI: 10.7463/1112.0482485
9. Духопельников Д.В., Кириллов Д.В., Щуренкова С.А. Динамика движения катодных пятен по поверхности катода в поперечном магнитном поле // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2012. № 1. Режим доступа: http://technomag.stack.net/doc/256359.html (дата обращения 10.12.2014).
10. Марахтанов М.К., Марахтанов А.М. Формирование катодного кратера в низковольтной вакуумной дуге с холодным катодом // Письма в Журнал технической физики. 1998. Т. 24, № 13. С. 14-19.