Методы физического осаждения из паровой фазы

Данная группа способов нередко обозначается британской абревеатурой PVD (Physical Vapour Deposition). Эта группа способов объединена общей схемой нанесения покрытия и внедрением вакуума. (рис. 4.17). Поначалу материал для покрытия переводится из конденсированного состояния в состояние пара, потом проводится его транспортировка к подложке (материалу на который наносится покрытие), где происходит осаждение материала Методы физического осаждения из паровой фазы покрытия из паровой фазы и формирование покрытия. Внедрение вакуума упрощает перевод материала в паровую фазу.

Рис. 4.16. Примерная классификационная схема наноориентированных технологий обработки поверхности

Рис.4.17. Обычная схема установки для нанесения покрытия PVD-методом: 1- материал для покрытия, 2- система перевода материала в паровую фазу, 3- поток испарившегося вещества, 4- подложка, 5- формирующееся покрытие, 6- система транспортировки материала покрытия в Методы физического осаждения из паровой фазы паровой фазе к подложке, 7- система фокусировки (и/либо сканирования) потока вещества, осаждающегося на подложку, 8- система закрепления подложки и ее контролируемого перемещения, 9- система регулирования температуры нагрева подложки, 10- система управления и контроля технологическими параметрами (температура подложки, скорость перевода материала в паровую фазу, давление в камере, скорость осаждения покрытия, высота покрытия и Методы физического осаждения из паровой фазы др.), 11- вакуумная камера, 12- система сотворения и поддержания высочайшего вакуума (система вакуумных задвижек, форвакуумных и высоковакуумных насосов, азотная ловушка и др.), 13- шлюзовая камера и система подачи и смены подложек, 14- смотровые контрольные окна, 15- охлаждающая система.

Систематизация способа снутри группы определяется применяемым сочетанием методов испарения, транспортировки и осаждения. Обширное распространение PVD-методов обосновано Методы физического осаждения из паровой фазы такими причинами, как: возможность получения очень равномерных поверхностных слоев шириной от <1 нм до 200 мкм с очень неплохой воспроизводимость параметров; размер покрываемой поверхности может быть ограниченным, а может в ряде всевозможных случаев (магнетронное напыление) составлять полосы фактически неограниченной длины; возможность селективного нанесения на избранные участки; практически неограниченный выбор материалов подложки Методы физического осаждения из паровой фазы (на теоретическом уровне материал подложки может быть хоть каким); достаточная упругость к требованиям по температуре подложки; широкий выбор материалов для поверхностных слоев (металлы, сплавы, хим соединения); возможность получения мультислойных покрытий со слоями разной толщины и из различных материалов; изменение состава, структуры и параметров слоев методом варьирования технологическими параметрами Методы физического осаждения из паровой фазы нанесения; возможность выполнения требований к высочайшей чистоте материала покрытия; малое загрязнение среды. К недочетам этой группы способов можно отнести: сложность и огромную цена технологического и контрольного оборудования, необходимость очень высочайшей квалификации обслуживающего персонала, сравнимо низкую производительность, сложность разработки технологического режима для определенного варианта получения покрытия, в особенности для получения Методы физического осаждения из паровой фазы покрытий из соединений при выдерживании большой точности хим состава; необходимость специальной подготовки покрываемых поверхностей.

Тепловое испарение.

В первый раз этот способ был применен для осаждения тонких слоев металлов еще в конце 19 века [100]. Но только с возникновением довольно совершенного вакуумного оборудования во 2-ой половине 20 века он отыскал обширное применение для Методы физического осаждения из паровой фазы получения, к примеру, просветляющих покрытий для оптики, зеркал, интерференционных фильтров, затемняющих оптических покрытий, декоративных покрытий на пластиках и тканях, пленок полупроводников и электронно-оптических материалов. Время от времени этот способ именуют также газофазным осаждением, вакуумным либо тепловым напылением.

Процесс теплового испарения производят в вакууме при давлении порядка 10-3-10-5 Па (10-5-10-7 мм Методы физического осаждения из паровой фазы.рт.ст.). При таком давлении длина свободного пробега атомов либо молекул составляет порядка нескольких метров [94,100]. Приобретенная в итоге нагрева паровая фаза напыляемого

Рис. 4.18. Некие варианты способа теплового испарения: а) испаритель из железного листа с защитным покрытием, б) железный испаритель в виде лодочки, в) глиняний тигель с наружным нагревательным Методы физического осаждения из паровой фазы элементом, г) испарение лазерным либо электрическим лучом.

Таблица 4.1. Температуры нагрева неких веществ при использовании способа теплового испарения в вакууме [94,100].
Вещество Температура плавления, оС Применяемые температуры испарения, оС
алюминий ~ 650 1250…1400
мышьяк > 300
барий > 610
бериллий >1250
висмут 650…1000
углерод ~ 3700 > 2600
хром ~ 1900 > 1400
железо > 1480
медь > 1300
золото > 1400
серебро > 1150
платина > 2100
тантал > 3100
вольфрам > 3250
цинк 350…1000
CdTe 750…850
BeO 2100…2700
Al2O3 ~ 2030 > 1850

вещества свободно осаждается на подложку Методы физического осаждения из паровой фазы, имеющую температуру намного ниже, чем температура паровой фазы. Зависимо от источника нагрева получили распространение последующие варианты способа: электротермический нагрев (прямое пропускание электронного тока либо нагрев в тигле), нагрев в индукторе, испарение за счет электродугового разряда, нагрев электрическим либо лазерным лучом (рис. 4.18). Большая часть из этих способов рассчитано Методы физического осаждения из паровой фазы на испарение железных материалов. Нагрев в тигле и внедрение лазерного излучения позволяют испарять широкую палитру материалов. При всем этом 1-ый способ может употребляться для испарения материалов с относительно низкой температурой испарения, которая определяется температурной и хим стойкостью материала тигля. Так тигли из графита обеспечивают температуру процесса до 1400 оС, из Методы физического осаждения из паровой фазы Al2O3 – до 1600 oC, из BN+TiB2 – до 1750 oC, из фольги Мо иТа с защитным покрытием – до 1850 оС, из ThO2 и ZrO2 - до 2100 оС [100]. Принципиальным условием выбора материала для тигля является отсутствие хим взаимодействия меж ним и испаряемым веществом при больших температурах. Для обеспечения наилучших критерий испарения и преодоления ряда Методы физического осаждения из паровой фазы других недочетов испарения из тиглей употребляется электронно-лучевое испарение [103,109,117]. В данном случае электропроводящий испаряемый материал помещают в водоохлаждаемый тигель и греется электрическим лучом при ускоряющем напряжении луча 2-10 кВ и тока порядка 0,1 А. Пятно фокусировки электрического луча на поверхности испаряемого материала может составлять до 1 мм, потому зона расплавления будет меньше Методы физического осаждения из паровой фазы всего объема материала и, как следует, не будет контактировать с тиглем. Недочетом электронно-лучевого испарения, как и испарения из тиглей, является сложность испарения материала, состоящего из компонент с различными упругостями паров при одной и той же температуре, что вызывает проблематичность получения покрытия с данным хим составом.

Внедрение лазерного Методы физического осаждения из паровой фазы излучения (импульсного либо непрерывного) дает возможность избежать большинства температурных и хим ограничений и избавляет потребность в тиглях. Фактически секундное испарение вещества позволяет сохранить соотношение хим компонент в осаждаемой пленке таким же как и испаряемого материала. До недавнешнего времени применение лазерного излучения в этих целях сдерживалось высочайшей ценой массивных импульсных и непрерывных лазеров Методы физического осаждения из паровой фазы и сложностью юстировки оптических систем для транспортировки, фокусировки и наведения лазерных лучей.

Внедрение вакуума приводит к тому, что в ряде всевозможных случаев температура, при которой достигается насыщенная скорость испарения, обеспечивающая желаемую производительность процесса, выходит ниже температуры плавления испаряемого вещества. Для оценки рабочих температур нагрева обычно употребляют температуру, обеспечивающую Методы физического осаждения из паровой фазы значение установившегося давления паров испаряемого материала не ниже 1 Па (10-2 мм.рт.ст.) [100]. Для большинства материалов рабочие температуры испарения находятся в границах 1100…2600 оС (см. к примеру табл. 4.1.) [94,100]. Скорость осаждения покрытий может составлять от нескольких ангстрем до нескольких микрон за секунду (к примеру, для W – до 5 мкм/с, для Al Методы физического осаждения из паровой фазы – до 40 мкм/с) [94,100]. Для улучшения адгезии либо для сотворения определенной структуры осаждающегося покрытия в ряде всевозможных случаев применяется обогрев подложки.

Для сотворения покрытия из сплавов и соединений, обычно, проводят испарение каждой составляющие из отдельного источника. Это связано с тем, что при испарении сложного вещества его составляющие могут иметь очень различающиеся Методы физического осаждения из паровой фазы значения давления паров. В данном случае состав паровой фазы, а как следует, и состав покрытия будет отличаться от состава испаряемого вещества. Не считая того, испарение соединений нередко сопровождается процессами диссоциации и/либо ассоциации, что также препятствует получению данного состава покрытия. Конкретное испарение соединения употребляется исключительно в случае Методы физического осаждения из паровой фазы схожей летучести компонент и перехода вещества в паровую фазу в виде неразложенных молекул [100].

К плюсам способа теплового испарения относится относительная простота оборудования и контроля процесса, а к недочетам – низкая адгезия покрытия вследствие малой энергии осаждающихся на подложку атомов либо молекул и высочайшая чувствительность к наличию на поверхности подложки сторонних Методы физического осаждения из паровой фазы пленок и загрязнений. Воздействие этих недочетов можно несколько понизить за счет использования особых способов подготовки поверхности (ультразвуковая чистка поверхности, хим либо электро-химическая чистка и/либо травление, ионное травление).

Способ теплового испарения довольно обширно применяется при производстве жестких магнитных дисков для компов [74]. Подложкой служит дюралевый диск с высотой микронеровностей на поверхности наименее Методы физического осаждения из паровой фазы 20 нм с нанесенным бесформенным никель-фосфорным подслоем шириной порядка 20 мкм (для улучшения адгезиии и компенсации различий коэффициентов теплового расширения подложки и покрытия). Поначалу напыляется промежный железный слой, к примеру Ni-Fe, шириной 500-1000 нм, а уже потом основной слой из магнитного материала , к примеру сплава на базе Методы физического осаждения из паровой фазы Co либо Co-Cr, шириной 100-500 нм. Поверх всего покрытия наносится износоустойчивый защитный углеродный слой шириной 30-50 нм. Также тепловое напыление употребляют и при производстве CD-дисков [74]. На диск из пластмассы наносят алюминиевое основное покрытий с шириной нанометрового спектра. В обоих случаях для обеспечения высочайшей чистоты материалов давление в вакуумной камере Методы физического осаждения из паровой фазы составляет наименее 10-5 Па.

Такие материалы для электронно-оптической техники и для сотворения постоянных наноструктур, в том числе двумерных фотонных кристаллов, как фуллереновые и композитные фуллереноосновные пленки также получают рассматриваемым способом [47,112]. К примеру, пленки С60-CdTe (рис. 4.19) шириной 200 - 600 нм на подложках GaAs выращивают оковём испарения микста данного состава в вакууме при Методы физического осаждения из паровой фазы давлении 10-4 Па и температуре обогрева подложки около 160о С. [48].

Рис. 4.19. Изображение топографической структуры поверхности пленки С60-40%CdT, приобретенное при помощи растрового электрического микроскопа [48].

В самые последние годы интенсивно ведутся прикладные исследования по получению тонких покрытий и слоистых композитов на их базе с внедрением для испарения материалов излучения импульсного лазера с Методы физического осаждения из паровой фазы очень маленьким временем импульса (прямо до фемтосекундного спектра). Таковой способ в литературе нередко обозначают как PLD (pulsed laser deposition). К примеру, так получают пленки Y2O3-ZrO2 на кремнии для электроники [113], слоистые композиты, состоящие из покрытия Sm–Fe шириной 20 нм, подслоя Та шириной 100 нм и кремниевой подложки [114], магнитные пленки Ni Методы физического осаждения из паровой фазы со средним размером кристаллитов 40 нм [115].

Катодное и магнетронное распыление

Более обычной вариант этого способа – двухэлектродный (рис. 4.20а). Он основан на использовании плазмы тлеющего разряда в вакууме при давлении порядка 1-0,1 Па (10-2-10-3 мм.рт.ст.) [94,100]. До процесса с целью удаления реактивных газов в вакуумной камере обычно делают вакуум до Методы физического осаждения из паровой фазы10-2-10-3 Па, после этого подают в камеру инертный газ и доводят давление до рабочих значений. В большинстве случаев употребляется аргон. Меж катодом (мишенью из распыляемого материала) и анодом (обычно, держателем подложки, на которую наносится покрытие) прикладывается неизменное напряжение 1-5 кВ. Такая величина напряжения превосходит потенциал ионизации и напряжения пробоя, потому с катода эмитируется Методы физического осаждения из паровой фазы достаточное количество вторичных электронов. Эти электроны, двигаясь от катода к аноду, сталкиваются с атомами газа и ионизируют их.

Рис. 4.20. Главные принципные схемы катодного распыления: а) двухэлектродный способ, б) четырехэлектродный способ, 1- вакуумная камера, 2- держатель подложки (в двухэлектродном способе также является анодом), 3- подложка, 4- зона плазмы тлеющего разряда, 5- мишень (распыляемый материал Методы физического осаждения из паровой фазы), 6-основной катод, 7- термический катод, 8- стабилизирующий электрод, 9- анод.

В итоге появляется тлеющий разряд. Образующиеся ионы инертного газа бомбят мишень-катод и выбивают из нее атомы покрытия. Последние осаждаются на расположенную поблизости подложку. Подложка совместно с держателем замкнута на массу, но в ряде всевозможных случаев функции анода и держателя подложки могут совмещаться. Для Методы физического осаждения из паровой фазы того, чтоб обеспечить достаточную возможность заслуги мишени ионами с высочайшими значениями энергии (и как следует обеспечить достаточную производительность процесса распыления) анод и катод н должны размещаться довольно близко. Обычно расстояние выбирают таким макаром, чтоб анод не попадала в область отрицательного свечения. С другой стороны, если придвинуть анод к Методы физического осаждения из паровой фазы краю темного места, то расстояние меж катодом и анодом будет меньше величины свободного пробега электронов, и ионизации газа происходить не будет [100]. Скорость осаждения при данном варианте способа довольно низкая (порядка 0,1 мкм/мин).

Разновидностью катодного распыления является частотное распыление. Общая схема в целом подобна схеме на рис. 4.20а, только Методы физического осаждения из паровой фазы заместо неизменного электронного тока употребляется переменный частотный ток – напряжение 0,3-2 кВ, частота 13-14 МГц. При всем этом в ряде всевозможных случаев на анод подают дополнительный потенциал смещения -0,1…0,5 кВ, что позволяет уменьшить загрязнение наносимого на подложку материала газовыми примесями.

Для увеличения производительности процесса употребляют более сложные схемы, в том числе четырехэлектродный Методы физического осаждения из паровой фазы способ и способ магнетронного распыления.

При четырехэлектродной схеме (рис. 4.20б) напряжение разряда может быть более низким, а разрядный ток и напряжение на мишени регулируются независимо друг от друга. Разряд появляется за счет разности потенциалов меж термическим катодом и анодом, а распыление происходит при столкновении ионов газа с катодом-мишенью Методы физического осаждения из паровой фазы, на который подается отрицательный потенциал. Введение термического катода, нагреваемого до температуры, обеспечивающей термическую эмиссию электронов, позволяет значительно облегчить образование плазмы и проводить процесс при более высочайшем вакууме (0,1 Па), а как следует обеспечивать наилучшую чистоту напыляемого материала. Скорость осаждения составляет порядка 1 мкм/мин. Недочетом этого варианта является приметный нагрев подложки Методы физического осаждения из паровой фазы, достигающий в ряде всевозможных случаев 300-500 оС [94].

Катодное распыление употребляют в главном для получения слоев из железных материалов.

В случае магнетронного распыления (рис. 4.21) для увеличения производительности процесса на область разряда накладывают магнитное поле, которое концентрирует плазму на мишени-катоде. Силовые полосы магнитного поля ориентированы от 1-го полюса неизменного магнита к другому. Траектории Методы физического осаждения из паровой фазы перемещения электронов размещаются меж местами входа и выхода силовых линий магнитного поля. В этих местах и локализуется насыщенное образование плазмы и протекание процессов распыления. За счет таковой локализации возникает возможность распыления не только лишь железных, да и диэлектрических и полупроводниковых материалов. Способ магнетронного распыления позволяет понизить нагрев Методы физического осаждения из паровой фазы подложки до 100-250 оС [94] и обеспечить скорость осаждения до 1-2 мкм/мин. На рис.4.22 показан пример дюралевого наноструктурного покрытия приобретенного на мартенситно-стареющей стали 00Н16К4М4Т2Ю с внедрением способа магнетронного распыления. Покрытия наносились при дистанции подложки от распыляемого материала ~ 70 мм по последующему технологическому режиму: ток разряда 5 А, напряжение разряда 480…500 В Методы физического осаждения из паровой фазы, давление аргона 0,4…0,5 Па, напряжение смещения, подаваемое на подложку -50 В [116].

Рис. 4.21. Схема магнетронного распыления: 1- вакуумная камера, 2- держатель подложки (в двухэлектродном способе также является анодом), 3- подложка, 4- зона концентрации плазмы тлеющего разряда, 5- распыляемый материал, 6- катод, 7- анод кольцевой либо рамочной формы, 8- магнит, 9- силовые полосы магнитного поля.

Рис. 4.22. Магнетронное покрытие из алюминия Методы физического осаждения из паровой фазы на мартенситно-стареющей стали 00Н16К4М4Т2Ю [116].

Ионно-лучевые способы

Данная группа способов получила развитие относительно не так давно и базирована на использовании концентрированных поток ионов. Ионно-лучевая разработка с полным правом относится к так именуемым «высоким технологиям» и является результатом междисциплинарного подхода к достижениям разных отраслей науки и техники Методы физического осаждения из паровой фазы.

Ионно-лучевое распыление практически представляет собой существенно улучшенный вариант способов катодного и магнетронного распыления. Главное отличие способа в том, что ионы инертного газа подаются к распыляемому материалу (мишени) из раздельно размещенного независящего ионного источника в виде концентрированного потока с энергией 1-10 кэВ [103,109,117] (рис. 4.23). Процесс ведут в вакууме 10-3…10-2 Па. Так Методы физического осаждения из паровой фазы как образование ионного луча не связано с распыляемым материалом, то может быть реализация распыления как железных, так и диэлектрических материалов (при использовании устройства, компенсирующего скопление положительного потенциала на поверхности мишени). Распыляемый ионами материал мишени может также ионизироваться и дополнительно ускоряться при приложении к подложке дополнительного потенциала смещения. Концентрация Методы физического осаждения из паровой фазы плазмы разряда снутри источника ионов дает возможность избежать сильного разогрева материала подложки. Недочетом способом ионно-лучевого распыления является сложность четкого соблюдения хим состава осаждаемого покрытия. Это связано с тем, что при столкновении ионов с поверхностью мишени, в ней протекает целый комплекс сложных процессов (в т.ч. преимущественное распыление, смешивание, радиационно Методы физического осаждения из паровой фазы-стимулированные диффузия и сегрегация, адсорбция Гиббса), которые могут изменять хим состав верхнего слоя мишени и напыляемого материала [103,109]. Способ ионно-лучевого распыления отыскал применение, а именно, для получения мультислойных слоистых структур для наноэлектроники с шириной слоев 1-10 нм [109].

Ионное плакирование (осаждение)

Этот способ представляет собой предстоящее развитие способа теплового напыления. Часть Методы физического осаждения из паровой фазы паровой фазы материала, получаемая при помощи теплового испарения, ионизируются и перебегают в состояние плазмы за счет возбуждения меж испарителем и подложкой (покрываемым изделием) тлеющего разряда (рис. 4.24). Заряженные частички под действием электрического поля ускоряются и с довольно высочайшей энергией

Рис. 4.23. Схема ионно-лучевого распыления: 1- вакуумная камера, 2- держатель подложки, 3- подложка, 4- концентрированный поток ионов Методы физического осаждения из паровой фазы, 5- распыляемый материал, 6- держатель мишени, 7- ионно-лучевой источник, 8- магнитная система концентрации плазмы тлеющего разряда, 9- устройство фокусировки ионного луча, 10- зона концентрации плазмы тлеющего разряда, 11- поток частиц осаждающегося на подложку материала.

Рис. 4.24. Схема способа ионного плакирования 1- вакуумная камера, 2- держатель подложки - катод, 3- подложка, 4- зона плазмы тлеющего разряда, 5- испаряемый материал, 6- испаритель - анод Методы физического осаждения из паровой фазы, 7- лазер и устройства фокусировки и управления лазерным лучом, 8- лазерное излучение, 9- прозрачное для лазерного излучения окно.

(обычно 0,5-1,2 кэВ) подлетают к подложке. В итоге меж частичками материала и подложкой создается более крепкое соединение, а формирующееся покрытие обладает неплохой адгезией и высочайшей плотностью. Процесс ведут при остаточном давлении 0,1-1 Па, что обеспечивает сохранение скорости Методы физического осаждения из паровой фазы подлета к подложке ионизируемых частиц при вероятном их переходе в неионизируемое состояние. К плюсам способа относятся также сравнимо низкая температура нагрева подложки и простота реализации. Но эффект рассеяния и одновременное осаждение ионизированных и неионизированных частиц не всегда позволяют обеспечить неплохую равномерность и однородность покрытий [94]. Подложка должна быть электропроводной. Для Методы физического осаждения из паровой фазы испарения материала может применяться хоть какой способ теплового испарения, но более многообещающим обычно считается внедрение лазерного излучения [103,109]. В последнем случае довольно просто можно воплотить получение покрытий состоящих из нескольких нанослоев разных материалов.

Ионная имплантация

Способ основан на внедрении ионов больших энергий в поверхность материала. Процесс проводят в вакууме порядка 10-4…10-3 Па Методы физического осаждения из паровой фазы при помощи ионно-лучевых ускорителей (имплантеров). Эти установки (рис. 4.25) включают один либо несколько ионных источников, в каких происходит перевод материала в ионизированное состояние плазмы. Имплантируемые ионы могут создаваться электродуговым способом, способами теплового испарения (в том числе лазерного испарения), совмещенными с тлеющим разрядом и т.п. Образовавшиеся ионы поступают в систему Методы физического осаждения из паровой фазы анализа и сепарации, где от основного пучка отделяются ионы ненужных примесей. После сепарации пучок ионов при помощи фокусирующих линз концентрируется в луч, который попадает в ускоритель, где ионы разгоняются до больших энергий в электронном поле. Для предстоящей стабилизации ионного луча и воплощения его сканирования служит система электронных Методы физического осаждения из паровой фазы линз и отклоняющих пластинок.

Попадая на модифицируемый материал ионы внедряются в него на глубину 5-500 нм зависимо от их энергии. Условно выделяют низкоэнергетическую ионную имплантацию с энергией ионов 2-10 кэВ и высокоэнергетическую имплантацию с энергией ионов 10-400 кэВ. Зависимо от конструкции имплантера поперечник пятна ионного луча на поверхности обрабатываемого материала может составлять от 10 до Методы физического осаждения из паровой фазы 200 мм, а значение среднего ионного тока 1-20 мА [103-106]. Величина дозы ионного облучения обычно составляет 1014-1018 см-2.

При содействии бомбардирующих ионов с поверхностными слоями модифицируемого материала протекает целый комплекс сложных процессов [103,106,109]. Не считая фактически имплантации (проникания) ионов в поверхность материала протекают, а именно такие процессы, как: распыление поверхности, развитие каскадов Методы физического осаждения из паровой фазы столкновений, каскадное (баллистическое) смешивание атомов материала в поверхностном слое, радиационно-стимулированная диффузия, образование метастабильных фаз, радиационно-стимулированная сегрегация (перераспределение атомов материала в поверхностном слое), преимущественное распыление, адсорбция Гиббса (изменение состава поверхности за счет уменьшения свободной энергии), разогрев и др. Соотношение меж этими процессами находится в зависимости от типа имплантируемых ионов Методы физического осаждения из паровой фазы, модифицируемого материала и технологического режима обработки.

Рис. 4.25. Схема способа ионной имплантации: 1- источники ионов, 2- поток ионов, 3- систему анализа и сепарации ионов, 4- система фокусировки, 5- ускоритель ионов, 6- система стабилизации и сканирования ионного луча, 7- ионный луч, 8- вакуумная камера, 9- модифицируемый материал, 10- держатель модифицируемого материала (образцов).

Основными плюсами ионной имплантации как способа сотворения измененных Методы физического осаждения из паровой фазы поверхностных нанослоев являются [103]: возможность получать фактически любые сочетания материалов в поверхностном нанослое, независимость от пределов растворимости компонент в жесткой фазе (т.е. можно получать такие сплавы, которые невозможны в обыденных критериях из-за термодинамических ограничений), низкие температуры модифицируемого материала и отсутствие приметных конфигураций размеров, структуры и параметров основного материала, нет очевидной границы Методы физического осаждения из паровой фазы раздела, отсутствие трудности адгезии, контролируемость глубины обработки, отменная воспроизводимость и стабильность процесса, высочайшая чистота процесса в вакууме, возможность за счет высокоточного сканирования ионного луча по обрабатываемой поверхности создавать сложные поверхностные наноструктуры, возможность одновременной либо поочередной имплантации ионов разных материалов.

К недочетам способа относятся: возможность обработки поверхностей материалов исключительно Методы физического осаждения из паровой фазы в зоне прямого деяния ионного луча, малая глубина проникания ионов в материал (в особенности при низких энергиях), протекание процессов распыления поверхности, высочайшая цена и сложность оборудования и обработки, сложность, недостающая изученность и трудность контролирования всего комплекса протекающих при ионной имплантации процессов.

Ионно-лучевое смешивание

В данном способе ионному облучению подвергается Методы физического осаждения из паровой фазы композиция из материала с уже нанесенным поверхностным слоем. Бомбардирующие поверхность ионы инертного газа выбивают поверхностные атомы материала слоя и базы из их сбалансированных положений, вызывая каскады атомных столкновений [103,109]. В итоге граница меж поверхностным слоем и основой размывается и происходит смешивание. Этот способ позволяет преодолеть такие недочеты ионной Методы физического осаждения из паровой фазы имплантации, как ограничение предельной концентрации легирующего элемента эффектом распыления, возможность понижения энергии ионов, времени и доз ионного облучения.

Процесс ведут в вакууме 10-3…10-2 Па. В качестве инертного газа употребляют в большинстве случаев аргон либо ксенон. Внедрение ионов с более высочайшими атомными номерами приводит к увеличению эффективности процессов смешивания [103].

Лазерная группа способов

Наноструктурное состояние при Методы физического осаждения из паровой фазы данных способах достигается в тонких поверхностных слоях железных материалов либо изделий, приобретенных по обычным технологиям, методом взаимодействия вещества с лазерным излучением высочайшей плотности [106,1177,118]. Употребляется импульсное лазерное излучение с плотностью энергии 103…1010 Вт/см2 и временем импульса 10-2…10-9 с. В ряде всевозможных случаев применяется и непрерывное излучение СО2-лазеров с плотностью энергии Методы физического осаждения из паровой фазы 105…107 Вт/см2 со скоростями сканирования луча, обеспечивающими время взаимодействия материала с излучением 10-3…10-8 с. Под действием лазерного облучения поверхностный слой материала шириной 0,1…100 мкм очень стремительно расплавляется и потом затвердевает со скоростями остывания 104…108 К/с. При всем этом основная масса железного материала вследствие кратковременности теплового воздействия не греется и обеспечивает Методы физического осаждения из паровой фазы высочайшие скорости теплоотвода. Высочайшие скорости остывания позволяют достигать получения нанокристаллической либо даже бесформенной структуры. В последнем случае нанокристаллическое состояние получают при помощи проведения дополнительной контролируемой кристаллизации при термической обработке.

Лазерное легирование либо лазерная имплантация связана с дополнительным введением в оплавляемый поверхностный слой легирующих веществ. Такое введение может Методы физического осаждения из паровой фазы проводиться как за счет подготовительного нанесения узкой пленки легирующего вещества на поверхность обрабатываемого материала, так и за счет инжекции частиц порошка (в том числе микрочастиц) в струе газа в зону воздействия лазерного излучения. При всем этом легирование может преследовать две главные цели: 1. создание на поверхности измененного слоя с хим составом и, как Методы физического осаждения из паровой фазы следует, качествами, отличающимся от основного металла; 2. облегчение формирования наноструктурного либо бесформенного состояния при затвердевании оплавленного поверхностного слоя.


metodi-fizicheskogo-osazhdeniya-iz-parovoj-fazi.html
metodi-formirovaniya-cen.html
metodi-formirovaniya-kadrovogo-sostava-referat.html