К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Путем юменения энергии ионов наиболее просто переводить пленки из одного класса в другой, измеши концентрацию содержания водорода в пленке. Регулируя число ударов бомбардирующих ионов о поверхносгь во время осаждения, можно получить пленки с нулевым внутренним напряжением. Обычно при низких потенциалах смещения (меньше чем 100 В) пленки получаются палимероподобными с высокой концентрацией связанного водорода.
А тах как водород имеет только одну связь, он препятствует образованию жесткой простражтвенной решетки, без которой невозможно сохранение высокого внутреннего напряжения в пленке. Увеличение потенциала смещения, а, следовательно, и энергии ионов приводит к уменьшению концентрации связанного водорода, вюпаченного в пленку. При этом увеличивается степень поперечной сшмгости структуры за счет большего количества С - С связей, что вместе с высоким значением модуля Юнга для ЗРЗ-связей способствует сохранеюпо высоких внутренних напряжений. Чем большей жесткостью обладает прострапственпзл решетка, тем более высокие внутренние напряжения в ней могут вознихнуть. При дальнейшем повышении потенциала смещения внутренние напряжения начинают уменьшаться, что связано с графитизацией структуры (модуль Юнга у графита меньше чем у алмаза).
Для гидрогенизированных аморфных углеродных пленок, приготовленных методом разложения метана в ВЧ-плазме, напряжение сжатия о „ яюиется функцией произведения рБгы, где р - парциальное давление углеводородного пюа (0,13 - 13 Па); (1„- отрицательный потенциал смещения (400 - 1600 В). Когда энергия Е оаюхдающихся частиц увеличивается, степень крекинга углеводородов в нарастающих пленках также увеличивается, при этом содержание водорода в пленке уменьшается. Зависимосп между о „и равд~ свидетельствует о том, что оак связано с гидрогенизацией пленок таким образом, что пленки, полученные при высокой Е, доли:ны иметь низкое оаи, и наоборот.
Содержание связан- ното водорода в пленках шрает основную роль в изменении напряхсений сжатия, которые составляют 0,6 - 2,2 ГПа. Пленки, испытывающие напряжения сжапи, прочнее пленок, испытывающих напряжения растяжения. Напрюкеиия растяжения могут вызвать появление трещин. Если в покрытиях имеются напряжения сжатия, то трещины не образуютая, но могут возникнуть "морщины" или деформация продольного изгиба. Напряжение сжатия тесно связано а увеличением объема покрьпия в ходе процесса его получения.
Наиболее вероятной причиной возникновения напряжений сжатия в углеродных пленках, полученных в тлеющем разряде, являеюя включение в пленку примесей (аргона и водорода). Большие напряжения сжатия имеют место в углеродных пленках, приготовленных методом испарения электронным пучком, дуговым испарением, а также методом осаждения ионного пучка из паров бензола. У шюнок а - С: Н, приготовленных в тлеющем разряде на постоянном токе из ацетилена„напряжение сжатии настолько велико, что невозможно получить пленку толщиной более 1 мкм. Наибольшие напряжения возникают в упюродных пленках, которые по своим свойствам отно сигая к классу гидр огенизиро ванных.
Увеличение доли графитоподобной и полимерной составляющих ведет к уменьшению внутренних напряжений. Напряженна растяжения развиваются в условиях нюкой подвижности осюкдающихся частиц на поверхности растущей пленки, т.е. в условиях, типичных для формирования полимерных пленок (небольшой потенциал смещения и высокое рабочее давление, а следовательно, отсутствие ионной обработки растущей поверхности).
Сами напряжения возникают вследствие непрерывного встраивания частиц из ивовой фазы в матрицу (рааклинивания). Этот расклинивающий эффект является причиной характерного для полимерных пленок растягивыощего напряжения. Свойство полученных из углеводородной плазмы пленок поглощать остаточные и рабочие газы яюиется одной из основных причин НАНЕСЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК появления в них внутренних напряжений: добаюгение Аг к СН4 увеличивает напряжение акатня в пленках, а добавление Нз к СН4 ведет к уменьшенюо внутренних напряжений. Более высокое значение сгси у пленок, приготовленных в ВЧ-разряде, чем у пленок, полученных в ВЧ + СВЧ-разряде, явгшется результатом более высокой концентрации несвязанного водорода в пленках.
3ффекпгвн ость СВЧ-разряда заключается в более высокой интенсивности ионного потока на подложку, увеличивающего подвижность осажденных частиц, что способствует релаксации внутренних напряжений. Ъэлрюкение акапш в углеродных готиках приводит к появлению волнистости с отчетливой формой и шириной, являющимися результатом отслаивании пленки от подложки. На поюшенне волнисто стн существенное юпиние оказывают равномерность покрытия по толщтне, а также состав и давление газов. Существует связь между внутренними напряжениями и коэффициентом преломления пленок и - С: Н. Увеличение внутренних напряжений в пленке гщиводит к значительному увели'тнюо «оэффнлжелтв лрелогптния, тах как напряжения акатня увелнчивюот оптическую плотность покрьпгш за очет увеличения плотности упаковки молекул и, как следствие, - уменьшения количества пор.
Адгезия, т.е. свойспю тонкой пленки оставаться полноспю прикрепленной к подложке при воздействии на нее напряженна сдвига нлн растяжения, характеризует прочность поверхности раздела пленка - подложка. Углеродные пленки имеют хорошую адгезню к металлам 1А1, Т1, Мо) и полупроводникам (51, Ое), с которыми они могут формировать стабильные карбиды. К материалам, не образующим с углеродом карбиды 1например, ОаАз, Со, Аи), алмазоподобные пленки имеют плохую адгезию. Однако в этом случае ее можно повысюь путем введения промежуточного подслоя, который имеет хорошую алгезию хак к подложке, так и к пленке.
В качестве подслоя при нанесении упюродных пленок на медь служит юпомнннй, для сульфида цинка и селннида цинка — кремний и германий, для хлорнда калия - оксид германия. Углеродные пленки имеют хорошую адгезюо к диэлектрикам гкварп, различные стекла, ннтрнд титана, сапфир), которые таске могут формировать промежуточные карбидные слои. В большинстве случаев адгезио иная прочность углеродного покрытия зависит от его толщины.
Тонкие углеродные пленки всегда имеют хорошую эдгезию к подложке, однако с ростом толщины происходит разрушение покрытии вследствие высоких внутренних нюгряжений в пленке, которые могут превьппать 109 Па. Критическая толщина, лри которой проиоходгп разрушение покрытия, зависит от пластичности подложки. Так, разрушение пленки а - С: Н, растущей на германии, происходит прн толщине порядка 2 мкм, в то время как при осаждении пленки а - С: Н на юпомнниевые подложки при одинаковых технологических условиях получаются пленки толщиной до 59 мкм. Твердость, козффициевт треиия, излосоолойхоонь.
В случае углеродных пленок, используемых в качестве защитных покрытий, твердость являетоя одним из наиболее вавогых свойств. В общем случае большая твердость чзллючоь сэгсдщэикгь чьюжай звкрхчм. глглэнгь коротких межатомных связей и высокого содержания ковалентных связей. Кроме того, твердость материала может изменяться в зависимости от микроструктуры (наличия пор, примесей и др.). Микротвердость углеродных пленок, в зависимости от условий получения, может нзмеюпъся от 1 до 90 ГПа. При этом, так же, как и в случае внутренних напряжений, ос; новное влияние на твердость оказывает энерпи осаилающихся частиц. 'Твердость углеродных пленок увеличивается с увеличением потенциала подложки.
Упгероднью пленки, получаемые из упюводородиой плазмы, становятся тверже в случае добаюгения инертного газа к рабочему гззу, что является следствием усиления ионной обработки поверхности растущей пленки. В то же время увеличение концентрации водорода в рабочей смеси ведет к увеличению полной концентрации водорода в пленке и уменьшенюо ее твердости.
Твердость имеет мюгсимальное значение, когда концентрация Аг в тазовой смеси сооговляет 20 - 40 %, как для ВЧ-, так и СВЧ-разряда, в то время как плотность пленок монотонно возрастает с увеличением доли Аг, что связано как с увеличением эффективности диссоциацни СН4, тэк и с травлением Брз-компоненты. Уменьшение твердости при концентрации Аг > 40 % явлжтся следствием графнтиэацни пленок.
Таким образом, между твердоопю, оптическими свойствами и внутренними напряжениями существует взаимосвязь, которая приводит к тому, что наилучшей комбинацией оптических и механиюскнх свойств обладают те пленки, которые имеют наивысшие внутренние напрюкения, что оущественно ограничивает круг материалов по1шожек и толщину покрытия. Углеродные пленки, приготовленные в тлеющем разряде, имеют чрезвычайно низкий коэффициент трения, значение которого для пары а - С: Н-пленка - стальной шарик сильно зависит от относительной влажности атмосфер ьь в которой она работает. При влажности до 1% получаются очень низкие гз2 Глав 26.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
