Нитрид титана (TiN) — диэлектрик, обладает целым рядом достоинств. Его цвет напоминает цвет золота. Он обладает высокой прочностью, твёрдостью и малой истираемостью. Поэтому покрытия из TiN нашли самые различные применения и как декоративные (посуда, купола Храма Христа Рис. 10.3.2. Магнетронный распылитель: а — схема распылителя (показана полови- на); б — функциональная и электрическая схемы: 1 — распыляемый материал (ка- тод); 2 — анод; 3 — деталь-подложка х) Его также часто называют просто "магнетроном", но он весьма далек от электронного прибора — магнетрона. 2) Обычно энергия ионов, ускоряемых в ионных источниках вг > 1 кэВ. 3) Впервые промышленные установки ("Булат") для этих работ были созданы в Харьков- ском физико-техническом институте под руководством В. Г. Падалки и В. Т. Толока [248]. 17* 516 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий Рис. 10.3.3. Схема установки "Бу- лат" для нанесения покрытий из TiN на базе холловского торцевого ускорителя: 1 — катод из Ti; 2 — анод ускорителя; 3 — катушки маг- нитного поля; 4 — обрабатываемая деталь; 5 — трубка подачи азота Спасителя и др.), и как упрочняющие, например коронки для зубов, резцы для токарных работ, фрезы, сверла. На рис. 10.3.3 изображена стандартная схема установки "Булат" для напыления TiN. Образова- ние покрытия осуществляется следующим обра- зом. В торцевом холловском ускорителе из титана делается катод, а в вакуумную камеру напуска- ется азот. Выбитые из катода атомы Ti частично ионизуются в его окрестности и вместе с атомами азота образуют на обрабатываемом предмете "зо- лотое" покрытие. Алмазные и алмазоподобные пленки. Свой- ства алмаза уникальны: красота прозрачных гра- неных ("ювелирных") алмазов, твёрдость (в 150 раз тверже корунда), малая истираемость и неве- роятная теплопроводимость (в 4 раза больше, чем у меди). До середины XX века единственным источником алмазов были редко встречающиеся месторождения (Южная Африка, Якутия — основ- ные). Подавляющая масса добываемых алмазов (мелкие и с дефектами) идет в промышленность для изготовления самых разных режущих инструментов и шлифовальных средств. Ювелирные алмазы встречаются редко, и каждый из крупных алмазов порождает цепочку исторических событий. После того как в начале XIX века было показано, что при температуре ~ 700°С алмаз переходит в графит, начинаются попытки превратить графит в алмаз. Однако, это оказалось очень сложной задачей. Почему это так, дает представление фазовая диаграмма, изображенная на рисунке 10.3.4а [250]. Видно, что при низких давлениях и невысоких температурах алмаз является метастабильным и может в принципе перейти в стабильный графит. Но этот переход неимоверно медленный и практи- ческой опасности не представляет. Аналогично в статических условиях при низких р и Т, как видно на фазовой диаграмме (область 1), переход графит^алмаз, хотя и возможен, но также очень затруднен. Этот переход происходит эффективно лишь при р ~ 2 • 1010 Па и Т ~ 2000 К. В этих условиях переход занимает время ~ 1 часа. Впервые воспроизводимым образом наладить производство синтетических техни- ческих (мелких и темных) алмазов удалось только в середине XX века (Швеция, США, СССР). Этот синтез происходил в области 2 фазовой диаграммы. В 70-х годах прошлого века происходит существенный прорыв. Обнаружена воз- можность создания алмазоподобных пленок на поверхности металлов и диэлектриков при облучении их углеродной плазмой с энергией ионов ~ A — 10) эВ. Суть проис- ходящих при этом процессов состоит в том, что при ударе ионов соответствующей энергии на подходящую мишень на атомных масштабах создаются условия близкие к указанным выше. Таким образом, удается получить алмазоподобные пленки, макрохарактеристи- ки которых близки к характеристикам кристаллов алмаза. Это достаточно для многих практических целей, хотя структура пленок является поликристаллической (рис. 10.3.46). Поэтому ряд ионно-плазменных и газоразрядных методов синтеза пленок с целью повышения стойкости поверхностей деталей к истиранию и коррозии внедрен в промышленность. К сожалению, в то время толщины пленок были мик- ронного масштаба. Более толстые начинали разрушаться. 10.3. Формирование структур на твёрдых телах 517 Р} ГПа 100 80 60 40 20 Металлический / углерод Г***^«чч<)A1(>^ / Жидкий углерод Алмаз ^vi T- \ Л3 _ Алмаз - ^ - метастабильный графит 1 _. Графит - - метастабильный алмаз, 0 Кривая равновесия графит-алмаз Кривая плавления графита Кривая плавления метастабильного графита " (граница существования метастабильного графита в области существования А) .«^ Кривая плавления метастабильного А. (гра - "*"*¦" нища существования метастабильного А. в области существования графита) X— Предполагаемая граница алмаз-металли- ческий углерод (твердая фаза) ¦ ~ К ивая плавленир алмаза и металич. углерода (граница существования этих фаз) т. 1,0 мкм 1000 2000 3000 4000 т, °С Рис. 10.3.4. а — Фазовая р-Т-диаграмма углерода: 1 — область синтеза алмаза с приме- нением металлов-растворителей-катализаторов; 2 — область экспериментальных работ по превращению графита в алмаз статическим методом при прямом переходе; 3, 4 — области экспериментальных работ по превращению графита в алмаз динамическим методом; 5 — область экспериментальных работ по кристаллизации алмаза из расплавленного углерода; Т — тройная точка графит-алмаз-жидкий углерод; Т1 — предполагаемая тройная точка жидкий углерод-алмаз-металлический углерод; точки на диаграмме состояния отвечают тем температурам и давлениям, от которых производится сброс температуры (закалка образцов) для сохранения образовавшейся фазы; б — полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение поверхности поликристаллической алмазной пленки Все последние годы продолжался интенсивный поиск методов получения дешевых крупных "ювелирных" (то есть монокристаллов) алмазов. К 2003 году эти работы завершились успехом, причём почти сразу на двух направлениях [251]. Одно из них связано с разработкой относительно простых камер, в которых созда- ется давление > 50000 атм и температура ~ 1200 К, при которых термодинамически устойчивым является уже не графит, а алмаз. Рост алмаза начинается с малого "затравочного" кристаллика, и за три дня формируется "ювелирный" камень массой ~ 3 карата. Другой метод — плазменный. Это предельно оптимизированный прежний метод получения алмазных пленок. Здесь также наращивание идет на затравочную алмаз- ную поверхность. Особенно чистыми и правильными являются алмазы, полученные плазменным методом. Метод не требует больших давлений и высоких температур и позволяет, в принципе, создавать большие алмазные пластины. А это очень важно для микро- 518 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий электроники. Дело в том, что дальнейшее увеличение быстродействия компьютеров связано с увеличением плотности монтажа элементов на кремниевых пластинах. А это ведет к большим тепловым нагрузкам. При температуре ~ 100°С кремниевые пластины теряются нужные свойства. В то же время температурный потолок рабо- тоспособности у алмазов во много раз выше. Это связано с тем, что алмаз обладает уникально высокой теплопроводностью. Разумеется, большие размеры и дешевизна алмазных кристаллов совершат техно- логическую революцию и в других областях техники. Так что нас ожидает будущее во многом "бриллиантовое".
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Напыление нитрида титана» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
