К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Физические свойства таких материалов можно условно разделить на электронные и конформационные. Электронные свойства определяются состояниями электронных оболочек макромолекул; к ним относятся оптические свойства, элекгропроводность и т.д. Конформационные свойсща связаны с расположением и движением атомов и атомных групп макромолекул. Эти свойства во многом определяют механические характеристики молекулярных материалов. Существование пространатвенных трехмерных, двухмерных и одномерных структур, в которых электрические и оптические свойства в значительной мере зависвт от степени локализации и делокализации П-электронов в системе, позволяет пленки о - С и сс — С: Н разделить на апмазоподобные, графигоподобные, карбиноподобные.
Анализ углеводородных материалов показал, что в соединениях углеводородов (С„Н,„) существует четкая взаимосвязь между молекулярным строением, нвдмолекулярной структурой и свойствами материала, а технология формирования пленок обеспечивает аоздание покрытий на основе комбинации рассмотренных выше предельных структуру и дает возмохносп, синтеза новых структур и макромолекул. Существуют три направления синтеза пленок на основе углерода: моиокристаллических, имеющих структуру алмаза (алмазных) — ппвнтских макромолекул; поликристаллических, состоящих из кристаллов, имеющих структуру алмаза (набор ' гигантских макромолекул); Глав 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК в) б) а) Рве. 2.6.39.
Таам струатур ва еевеве углерода, эвааиве развив харапер еаюв иаазу атеизмы а - алмаз; 6- грзфвт; в - карбии а - С: Н, включал алмазоподобные. Перспектива применения пленок на основе упюрода связана с увеличением коррозионной стойкости, повьплением срока службы элементов лазерной оптики; увеличением срока службы и улучшением антистатических свойств элементов дифракционной оптики и других оптических полимерных изделий; увеличением коэффициента отражения селективнъ|х отражающих зеркал до 20 % и поворотных зеркал мягкого рентгеновского излучения до 60 % при многократном отражении и другими свойствами. Основные свойства элмазоподобных пленок: Толщина, мкм ...,......,,...,... 0,01 - 20 Микротвердость, кг/ммз ..........
3.102-104 Плотность, г/смз ...................... 1,0 - 3,4 Оптическая ширина запрещенной зонм, эВ ............................ 0,6- 3,2 Удельное электрическое сопротивление, Омом ....................... 1 — 10'1 Коэффициент преломления .....
1,6 - 2,3 К предельным структурам на основе углерода относятся'элмаз, графит и карбин. Их молекулярное строение, т.е. химический состав, и способ соединения атомов в молекуле определяется кристзллохимической формулой (рис. 2.6.39). Алмаз представляет собой структуру с бесконечным трехмерным комплексом, или каРкасную структуру ("ппаитская трехмерная макромолекула). В алмазе все атомы упгерода имеют БРз-гибридизалию связи и все электроны локализованы на этих гибридных орби- Графит предстюишет собой структуру с бесконечным двухмерным комплексом, или слоистую структуру (плоскне бесконечные молекулы, слабо связанные между собой). Графит по структуре близок к полимерным материалам.
В графите существует ЗРзгибридизация связей между атомами упгерода, и пояюиются П-электроны. Графит явллеюя предельным представителем всех ароматических полициклических рядов, в которых степень делокализации П- электронов максимальна. Карбин представляет собой структуру с бесконечным одномерным комплексом, или цепочечную структуру. В карбине существует БР-гибридизация связи.
Отличительная особенность данного соединения - наличие цепочек упгерода с чередующимися тройными связями. Это полупроводниковый материал с шириной запрещенной зоны около 1 - 2 эВ, который по структуре может быль также отнесен к полимерам. Кроме этих предельных структур, образованных на основе Брз-, ЕР2- и БР- гибридизированных связей в атомах углерода, существуют молекулы со смешанным типом гибридизщии. К ним можно отнести фулереньь имеющие ЕРЗ- и ЕРЗ-гибрдлиэацию свэзей. Пленки а - С: Н и а - С подразделявпся на полимерные и алмазоподобиые. Они характеризуются относительной простотой синтеза и широкой гаммой потребительских характеристик. Алмазоподобные пленки обющают оптическими, механическими, корр о знои ными свойствами, близкими к свойствам алмазов, и используются юш получения пассивирующих, защитных, антистатических и коррозионностойхих покрьпий в лазерной, рентгеновской, традиционной оптике и в электронике.
Они применяются в виде покрытий для защиты от воздействия механических повреждений и химической защиты от влияния агрессивных сред, антифрикционных покрытий, а также фоторезистов для субмикроиной литографии. Возможность варьирования оптических свойств злмазоподобных пленок в процессе нх осаждения позволяет использовыь их двя просветления оптических элементов ИК- диапазона из материалов с показателем преломления 3,4 - 4. В качестве химически инертного, непроницаемого материала пленки а - С: Н используются для защиты хирургических и биоинженерных устройств от воздействия биологически активной среды и самой среды от вредного воздействия, вызванного внесением этих устройств.
Так, они используются в качестве покрытий при юаивлении вставных суставов и покрытий ортопедических игл. Кроме того, поскольку пленки а - С: Н имеют хорошую адгезшо к различным пластикам, они могут быть иопальзованы в качестве покрытий для злапанов искусственного сердпа и вен. НАНЕСЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ АЕМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК Массовой областью применения углеродных пленок и одновременно наиболее удачным с точки зрения оптимального сочетания их природных особенностей яюшеюя использование твердых углеродных пленок в качестве покрытий солнцезащитных стекол.
Прозрачность линз, цветовой оттенок и адгезия могут регулироваться подслоями металла, а сама углеродная пленка должна иметь только вьгсохую твердость. Более широкое использование углеродных пленок ограничивается следующимк факторами: ограниченной прозрачностью в видимой и ультрафиолетовой областях спектра; высокими внутренними напряжениями, пропзводейотвующими силам сцепления с подложкой и потому ограничивающими круг материалов теми, которые могут образовывать химические связи с углеродом; сложностью упраююния типом и концентрацией заряда путем легирования.
Методы нанесения углеродных алмазоведебяых вюнек. Углеродные алмазоподобиые пленки можно получать практически любым известным методом нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме. Наиболее распространенными являвпся термоиоиное осаждение и осаждение ионным (катодным) распылением, а также комбинированные методы. Термоионное осахдение ззюпочается в конденсации тонких углеродных пленок из плазмы паров твердофазного упюрода в вакууме. Термоиоиное осзждение осузцеспвшется путем изменения фазового и энергетического состояния исходного вещеспю: [твердая фаза] -+ [пар] -+ [ионизированный пар] -+ [ускоренный поток ионов пара иви плазмы] -+ [твердая фаза]. Изменение фазового и энергетического состояния проводится последовательно с помощью отдельных узлов термоионного устройства (испаригеля, иоиизатора и ускорителя) или параллельно.
Конструктивное решение зависит от следующих Условий: способа нагрева испаряемого вещеспи, его температуры испарения и теллопроводности, массы, общей н удельной мощностей, передаваемых испаряемому материюгу, рехима нагрева (стационарного или импульсного), степени нонкзацни пара и энергии бомбардирующих частиц. По способу нырева испарители бывают с распределенным и локализованным ныревом. Распределенньзй стационарный нагрев испаряемого вещества - графита - достигается обычно при удельной мощности Р, а = 10з- 104 Вт/смз и осуществляется с помощью резистявного, индукционного, тительного и электроразрядного иыревагелей.
Для локализованного нагрева обычно используют высоко- концентрирошннме источнихи энергии (Руа = 104 - 10п Вт/смз) в виде электронного илт лазерного луча. В процессе термоиоиного осаждения углерод попадает на подложку в виде двух компонентов - атомов и ионов. Энергия конденсации атомов Еа определяется температурой испарения Ти и равна сумме энергий испарениых атомов, попавших на подлохку: Е, = 3/2(/сТиПе) где и - постоЯннаЯ БольЦмаиа; Па - число атомов лара, конденсирующихся на единице площади в едиющу времени.
Энерпш, передаваемая подложке однократно зарюкенными ионами, Е„= П„еП~, где П„- число ионов, бомбардирующих едиющу площади в единицу времени (поток ионов); е - заряд электрона; [/ „- потенциал в пространопю подложка - граница плазмы. Характеристикой системы термоионного осазсдения является фактор энергетической активации Ен+Е, э= Е Он показывает, во сколько раз энергия конденсации с участием ионов больше, чем энергия обычной конденсации. В общем случае Еа «Е, поэтому отношение энергий можно заменить отношением потоков ионов и чаопщ пара на поверхности подложки Па / П и средним напряжением, ускоряющим ион: Ф вЂ” бЗ-10 З гдето,-вВ; Тв-вК. Средняя энергия частиц пара при температуре около 2000 К составляет 0,2 эВ, средняя энергия ионов при термоионном осалщении 50 - 5000 эВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
