Общая характеристика плазменной обработки материалов
Использование плазмы, а именно, ионно-плазменных систем в машиностро- ении, в микроэлектронике, покрытии пленками разной природы предметов быта, инструментов и др. все шире внедряется в практику. Переход к плазменным техноло- гиям позволяет заменить трудоемкие или экологически грязные методы несравненно более легкими и чистыми. Во многих случаях плазменные методы открывают принципиально новые возмож- ности, недостижимые с помощью обычных технологий. Очевидно, эти возможности связаны с относительно высокой энергией частиц по сравнению с обычными (не плазменными) тепловыми энергиями, которые не превосходят C—4)- 103К, т.е. 0,3—0,4эВ. В то же время энергия плазменных частиц неограниченна. Особый интерес для обработки поверхностей представляют энергии ионов ~ A—1000)эВ. Нижний предел — это тепловой уровень, а верхний — это окрестность максималь- ного коэффициента распыления поверхности. Процессы, происходящие в приповерх- ностных слоях при взаимодействии с плаз- мой весьма многообразны. Их очень грубо 1 можно разбить на шесть групп. В первую из них входит термическое воздействие, приводящее к оплавлению по- верхности. Фактически сюда можно отне- сти сварку и плавку электрической дугой, а также резку металлов с помощью плаз- 4: мотронов. рис> Ю.3.1. Ионно-лучевая установка Особенностью второй группы, так на- (ИЛУ) В.М. и М.И. Гусевых: 1 — ис- зываемой имплантации, является насыще- точник ионов; 2 — диффузионные насосы; ние приповерхностных слоев мишени иона- 3 — приемник ионов; 4 — электромагнит- ми другой природы. Характерные толщины ный анализатор; 5 - обмотка электромаг- насыщаемых слоев измеряются обычно ве- нита анализатора [247] личиной порядка A —100) мкм. Имплантация в случае полупроводников обычно используется для изменения носителя тока, но может использоваться для упрочнения поверхностных слоев ме- таллов. Для имплантации ионам сообщается энергия ~ A0—100) кэВ. Основы этой технологии были заложены В.М. Гусевым и М.И. Гусевой в 1960-х годах [247] (рис. 10.3.1). Изображенная на этом рисунке ионно-лучевая установка (ИЛУ-4) предназначена для имплантации ионов в любые полупроводниковые материалы, металлы и диэлек- трики. Контролируемое введение имплантационных нарушений в твердые тела позво- ляет модифицировать их электрофизические, структурные, химические, оптические и другие свойства. ИЛУ получили применение в электронной, металлургической, химической и других отраслях промышленности 0. Технические характеристики ИЛУ следующие: 1. ионный ток — до 30 мА; 2. энергия ионов: 1) В частности, имплантации подвергались подшипники гребных валов ледокола "Арктика", и таким же образом обрабатываются лопатки компрессоров авиационных двигателей. 17 А. И. Морозов 514 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий - однозарядных — до 100 кэВ, - трехзарядных — до 300 кэВ; 3. площадь, обрабатываемая сканирующим пучком ионов на приемнике — B0-50) см2. К третьей группе можно отнести различные случаи напыления слоев на некую "подложку" без изменения химического состава напыляемой субстанции. Простей- шим примером может служить покрытие оконных стекол тонкой металлической пленкой, благодаря чему стекло становиться "зеркальным" при наблюдении через него помещения, более тёмного, чем то, где находится наблюдатель. Четвертую группу образуют процессы, при которых на поверхности "подложки" происходят реакции, благодаря которым образующаяся пленка имеет иной химиче- ский состав, чем падающая на поверхность компонента плазмы. К такого рода по- крытиям относятся сейчас хорошо известные "золотые" покрытия из нитрида титана (TiN) или нитрида молибдена (MoN). Другим примером могут служить покрытия различными полимерами металлических поверхностей. В частности, это тефлоновые покрытия кухонной посуды. В пятую группу входят "утрамбовки" поверхности, т. е. радикальное изменение структуры приповерхностных слоев. Для металлов реально это может быть осу- ществлено быстрым (~ 1 мкс) нагревом до плавления и столь же быстрым охла- ждением. При этом часто образуется аморфный слой металла с очень высокой твёрдостью, низкой истераемостью, большой стойкостью по отношению к коррозии. Близкие результаты можно получить, используя относительно маломощные ста- ционарные плазменные ускорители. Так, например, облучая металлическую пластину потоком ионов Аг с энергией частиц порядка B00—300) эВ и с плотностью тока ~ ~ 100тА/см2 в течение нескольких часов можно радикально уменьшить размеры кристаллов, образующих приповерхностные слои и приблизить их свойства к свой- ству аморфного металла. Шестую группу образуют специальные методы распыления поверхностей. Вот ти- пичные примеры. Известно, что максимальная точность, которую может обеспечить механическая шлифовка достаточно больших оптических поверхностей, находится на уровне 10 нм. Однако, используя плазменные ускорители типа СПД легко можно уменьшить погрешность почти в 10 раз (т.е. до предела, разрешаемого системой контроля), а затраченное время свести к десяткам минут. Другой пример — форми- рование с помощью распыления сверхбольших интегральных схем, будет рассмотрен в п. 10.3.3. И такого рода примеров можно привести много. Ниже мы рассмотрим примеры технологий, относящиеся ко 2-6 группам по нашей классификации.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Общая характеристика плазменной обработки материалов» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
