Импульсные методы нанесения алмазоподобных покрытий. Методы получения и свойства алмазных пленок. Импульсное газофазное осаждение алмазных пленок, страница 2

При импульсной генерации потоков частиц можно достичь высокой плотности и энергии,  а в осажденных пленках – низкого содержания примесей,  высокой адгезии к различным материалам подложек за счет образования химических соединений,  и сплошности пленок начиная с нескольких монослоев. Импульсные режимы облегчают температурные режимы как источников плазмы,  так и покрываемых подложек. Осаждение алмазоподобных пленок происходит в сильно неравновесных условиях и высоких пересыщениях конденсирующихся частиц на поверхности подложки. При этом возможна закалка при метастабильных при нормальных условиях структур и появляется возможность управления ими путем изменения длительности,  частоты повторения и мощности импульсов. Все это определяет перспективы импульсных методов для получения алмазоподобных пленок с заданной структурой и свойствами. Далее рассматриваются импульсные методы получения и механические свойства образования алмазоподобных пленок.

1.1.1.  Импульсное газофазное осаждение алмазных пленок

Одной из первых работ по импульсному осаждению является статья Деря-гина и Федосеева  [1] , опубликованная в 1967 г.,  в которой был предложен метод,  заключающийся в кристаллизации алмаза на алмазе при импульсном пересыщении в газовой фазе . Авторы предложили,  что при создании импульсов пересыщения и пауз между ними,  нарасчивание алмаза и графита будет протекать различно .Если поддерживать постоянное давление метана,  подавать импульсы температуры,  то размеры критических двухмерных зародышей будет уменьшаться. Отношения работы образования критического зародыша к абсолютной температуре будет уменьшено. В результате для алмаза число зародышей,  превысивших критический размер велик и они сохраняются в паузах из-за уменьшения подвижности атомов углерода и значительной энергии связи с подложкой .

Для создания импульсного пересыщения использовался радиационный нагрев с помощью ксеоновой лампы  сверхвысокого давления. Модуляция пучка осуществлялась электромеханическим методом с помощью диска с прорезями и электроматора. Подложкой являлся монокристалл алмаза,  а рабочим газом метан,  гексан, этан,  октан.

Авторы установили,  что оптимальная температура подложки составляла 1173-1373 К,  в импульсе 2273  К . Хотя температура графитизации алмаза 1673-1773 К,  переход алмаз-графит не происходил,  вероятно в следствии кинетической затрудненности процесса и малой длительности импульса (t_u) 5 10^-4 … 10^-1c, при паузах 5 10^-2 …5 10^-1 с. При больших частотах их влияние уменьшается ,  а при t_u > 2c подложка растрескивалась и графитизировалась . Давление газа состовляло 20-100 мм.рт.ст. и не оказывало влияния на результат синтеза. Следует отметить,  что при меньших давлениях образовывались нитевидные кристаллы алмазов.

С помощью этого способа были наращены эпитаксиальные алмазные пленки, получены нитевидные и изометрические кристаллы алмазов. Полученные алмазоподобные пленки имели монокристаллическую структуру,  иногда с небольшими включениями графита. В ряде случаев рост наблюдался не по всей поверхности,  при этом образовывались кристаллы с размером 10-30 мкм. Этот метод не получил практического развития,  возможно,  в следствии низкой производительности процесса,  его высокой температуры и ограниченности выбора материала подложек.

1.1.2    Осаждение алмазоподобных  пленок при импульсном индуктивном разряде

В работе [2] авторы исследовали свойства плазмы и алмазоподобных пленок,  полученных при импульсном электромагнитном индуктивном разряде в метане. Этот разряд характеризуется  в основном образованием плазмы при низком давлении,  электромагнитной радиально сжимающей силой ( пинч –эффект ),  осаждением углеродных пленок  с хорошей адгезией на подложки при комнатной температуре.

На рис. 1 приведена схема установки для реализации метода.

Авторы обнаружили,  что в плазме идут реакции типа CH+CH₄-С₂Н₄+H. Такие реакции являются главным механизмом по которому СН  удаляется из системы. хотя температура возбуждения частиц была сравнима с высокочастотным тлеющим разрядом (2-5) 10⁴ К,  импульсные динамические потоки,  представленные в плазме,  по предположению авторов играют критическую роль для пленочной структуры.