Импульсные методы нанесения алмазоподобных покрытий. Методы получения и свойства алмазных пленок. Импульсное газофазное осаждение алмазных пленок

1. ОБЗОР

1.1  Импульсные методы нанесения алмазоподобных покрытий

Структура и свойства алмазоподобных пленок зависят от методов и условий получения. При химическом осаждении из газовой фазы можно получить поли- и монокристаллические пленки со структурой алмаза. Пленки достигают толщины 500мкм при размере кристаллитов до нескольких десятков микрон на подложках с диаметром до110 мм. Методы этой группы характеризуются высокой температурой подложек в диапазоне 723-1373 К,  наличием газовой среды,  включающей обычно смесь углеводородов (метана,  ацетилена др. ) с водородом в соотношении 1:100 и давлении 10-10000 Па. Алмазные пленки, полученные этими методами,  обладают многими свойствами алмаза,  однако имеют низкую адгезионную прочность, значительную пористость и шероховатость.

Методы получения углеродных пленок при разложении углеводородов в электрических разрядах при низких давлениях наиболее просты в реализации и позволяют получить пленки на подложках большого размера пленки,  полученные осаждением продуктов деструкции  углеводородов,  в частности,  метана,  бензола, ацетилена,  а также их смесей с водородом и инертными газами,  обычно обладают аморфной структурой и характеризуются высоким удельным сопротивлением, прозрачностью в видимом   ИК-диапозоне длин волн,  твердостью сравнимой с нитридами и карбидами переходных металлов и выше  12-60  ГПа. Параметры алмазоподобных пленок,  полученными некоторыми методами из этой группы,  приведены в таблице 1. К недостаткам методов следует отнести низкую адгезию и большое содержание примесей,  в основном водорода (10-50 %). Процессами этой группы методами трудно управлять  для получения стабильности и воспроизводимости свойств пленок.

При распылении графитовых мишеней в вакууме можно получать пленку  с содержанием примесей менее 1 %,  часто с экстремально высокой  микротвер-достью ( до 150 ГПа) и хорошей адгезией к различным материалам  подложек,  но при этом пленки менее  прозрачны в видимой области спектра ,чем полученные из углеводородов. Пленки имеют в подавляющем большинстве случаев аморф-ную структуру с включениями кристаллитов различных модификаций углерода. К этой группе методов относят магнетронное распыление,  распыление ионным или электронным лучом,  лазерное и электродуговое распыление. Наиболее  характерные свойства углеродных пленок получены методами этой группы также даны в таблице 1. Процессы получения углеродных пленок при распылении мишеней более легко можно автоматизировать,  что относится к импульсному лазерному и катодно-дуговому методам. Можно заметить,  что каждому методу присущи свои достоинства и недостатки по этому выбор того или иного метода получения алмазоподобных пленок определяется областью применения пленок и материалами подложек. Кроме того, практический интерес предоставляют методы, обеспечивающие скорость осаждения более 1 мкм/ч, свободных от примесей пленок на подложке диаметром около 50-200 мм  при экономичности, стабильности процесса  во времени и воспроизводимости результатов.

В этой связи интересны методы получения алмазоподобных пленок  в импульсных режимах, которые в последнее время получили заметное развитие .

Таблица 1- Методы получения и свойства алмазных пленок