Ионно-плазменное напыление

Установка ионно-плазменного напыления – это полупромышленный комплекс оборудования, созданный для нанесения тонкопленочных оптических покрытий методом ионно-плазменного осаждения. Установка выпущена калининградским предприятием ОКБМ-ТО (Фирма создана сотрудниками отдела по разработке вакуумного напылительного оборудования ОКБМ «ПО КВАРЦ») и изначально предназначалась для промышленного производства лазерных зеркал на основе оксидных пленок. Приобретенная в 2009 году, она многократно дорабатывалась инженерами и лаборантами НОЦ, благодаря чему возможности по нанесению различных тонкопленочных покрытий существенно расширились.

 

Технология ионно-плазменного осаждения

 

В общих чертах процесс можно описать как травление мишени ионным пучком и конденсацию стравленного материала на подложке.

Сначала плазма формируется из инертного газа внутри газоразрядной камеры источника, затем с помощью магнитного поля и ионной оптики (сеток) поток положительно заряженных ионов формируется и направляется к мишени, нейтрализуясь проходя через облако электронов, формируемое нейтрализатором из того же газа, который поступает к источнику. Направленный пучок нейтралей выбивает из мишени ионы и небольшие фракции материала, которые затем конденсируются на подложках.

К данному процессу можно добавить активный газ, с которым будет связываться материал, выбитый из мишени, формируя тем самым слои определенных соединений (например, оксиды и нитриды). Также на подложки можно направить еще один поток нейтралей из дополнительного ионного источника, который будет влиять на осаждаемый материал, заставляя его кристаллизоваться и расти эпитаксиально.

 

Об установке

 

На данный момент установка обладает следующими характеристиками:

  • источник положительных ионов Кауфмана диаметром 12 см с ионной оптикой, состоящей из 3х сеток,
  • держатель распыляемых мишеней, рассчитанный на 3 мишени и снабженный поворотным механизмом,
  • планетарная система (вращающаяся) держателей образцов,
  • кварцевый и оптический контроль толщины напыляемых пленок in situ,
  • газовая система, позволяющая применять Ar и Kr в качестве источников плазмы,
  • система подвода дополнительных газов (O2 и N2) для создания пленок оксидов и нитридов,
  • дополнительный бессеточный источник Кауфмана для травления и ассистирования во время осаждения,
  • откачная система, состоящая из спирального форвакуумного насоса и криовакуумного насоса для достижения высокого вакуума порядка 2*10-5 Па.

Совокупность особенностей установки ИПН открывает большие возможности по получению простых и сложных тонких пленок для разных задач, таких как:

  • отражающие элементы для синхротронных, рентгеновских и лазерных исследований,
  • укрепляющие покрытия,
  • проводящие и не проводящие покрытия для наноэлектроники,
  • биосовместимые покрытия,
  • тонкие пленки различных материалов на сложных поверхностях (например, покрытые нанослоем серебра марлевые повязки, получившие название «СильверВет»).

Сама по себе технология ионно-плазменного осаждения является гибким инструментом получения функциональных наноматериалов, а все сделанные за время эксплуатации установки модификации только увеличивают наши возможности по получению и контролю необходимых свойств полученных пленок индивидуально для каждой задачи.

Суммируя все вышесказанное, можно выделить следующие особенности процесса осаждения на нашей установке ИПН:

  • большой диапазон энергий ионного пучка (50-1500 кэВ),
  • большой выбор распыляемых материалов (практически любые материалы, которые можно сформировать в твердую плоскую мишень), в настоящий момент в лаборатории создания тонких пленок применяются Ag, Ta, W, Ni, Al, Cu, Ti, Sn, Zr, Fe, Si, FeSi и SiO2 мишени,
  • с помощью активных газов из существующих мишеней можно также напылять оксидные и нитридные пленки,
  • в одном вакуумном процессе может участвовать 3 мишени, то есть, при необходимости, можно составить слоистую структуру, состоящую из максимум 9 различных материалов (не считая возможности получить соединения веществ разной валентности),
  • возможность очистки подложек с помощью дополнительного источника непосредственно в вакуумной камере,
  • возможность применять дополнительный источник и нагрев подложек для изменения кристаллических и адгезивных свойств во время осаждения,
  • толщина получаемых пленок от 1нм,
  • низкая шероховатость получаемых пленок,
  • возможность длительной непрерывной работы источника,
  • площадь осаждения до 200х200 мм., площадь гарантированного равномерного осаждения до 50х50 мм.,
  • возможности контроля in situ толщины пленок вплоть до 2Å,
  • возможность распыления проводящих и не проводящих материалов;
  • применение плазмы Kr позволяет выполнять многослойные структуры, в которых критично отсутствие остаточного Ar в готовом продукте.