2.1.3 Оборудования оптической диагностики тонко пленочных структур
Для диагностики оптических свойств используется установка
Для определения оптических параметров тонкопленочных покрытий используется метод спектрофотометрического контроля, основанный на измерении коэффициента отражения Rλ при нормальном падении на поверхность пленки.
На рисунке 15 представлена система спектрометра контроля позволяющая рассчитать спектральный коэффициент отражения при нармальном падении света на поверхность пленки
Рисунок 15 – 1.-осветитель; 2.- объектив (линза); 3.-образец; 4.-конденсирующая линза; 5.-светофильтры; 6.-световода; 7.-монохроматор S100; 8.- USB кабель подключения к ПК;
2.2 Методика формирования тонких пленок Ti
Напыление тонких пленок композиционного нитрида ТiAlN проводилось на предварительно очищенные подложки из кремния (размером 10 × 10 × 1 mm) на универсальной вакуумной установке УВН-2М-1 с помощью реактивного магнетронного распыления составной Ti – Al мишени в атмосфере смеси аргона и азота при постоянном напряжении. Перед началом процесса напыления вакуумная камера откачивалась до остаточного давления 5 · 10−3 Па. Формирование газовой смеси аргона и азота в необходимой пропорции происходило из двух независимых источников в процессе напыления. В процессе напыления парциальные давления в вакуумной камере составляли ∼ 0.35 Pa для аргона и ∼ 0.7 Pa для азота. Установленная мощность магнетрона ∼ 120 W. Процесс напыления длился ∼ 15 min при температуре подложек ∼ 570 K. Исследования кинетических коэффициентов проводились в интервале температур 77−340 K.
Давление Ar в вакуумной камере: P = 4,5•10-4 мм.рт.ст.
Напряжение: U = 2,5 кВ; Ток: I = 20 мА
Время ионной очистки: t = 5 мин
Температура подложки t1=220 C; t2=340 C
Напряжение смещения U1=90 В; U2=150 В
Суммарное давление в вакуумной камере: P = 5,4·10-3 мм.рт.ст.
Время напыления: 1) t = 3 мин 30 сек (200 нм); 2) t = 10 мин (450нм)
Степень реактивности = 0,60; напряжение 300 В; ток 1,4 А
Методом магнетронного осаждения с использованием, подававшегося на подложку, постоянного напряжения, получены покрытия TiAlN на не неметаллической подложке – Si (100); Напыление происходило в аргон-азотной атмосфере при давлении около 7∙10-2 Па при распылении составной Ti – Al мишени.
Толщина покрытия составила ~ 0,5 мкм. В таблице 2 приведен элементный состав полученного покрытия. Измерение элементного состава плёнки происходило методом резерфордовского обратного рассеяния на установка AN-2500 HVEE.
Слой |
Концентрация элементов, (ат.%) |
|||
Ti |
Al |
N |
O |
|
(Ti,Al)N |
34.69 |
31.61 |
33.69
|
0.01 |
Как видно из
Покрытия
TiAlN получали вакуумно-дуговым методом
путем распыления катода следующего
состава Тi– 85 вес. % и Al – 15 вес. %. На рис.
3.12 приведены фотографии морфологии
поверхности покрытия TiAlN
Рисунок 16 – Вид пленки на сколе образца TiAlN/Si (растровый электронный микроскоп Hitachi S-4800)