Исследователи из Института сильноточной электроники СО РАН предложили уникальную технологию вакуумного магнетронного распыления, которая совмещает в себе главные достоинства действующих сейчас традиционных методов: высокую скорость осаждения плёнок и отменное качество получаемых покрытий — чистоту и отсутствие дефектов. В течение нескольких лет в кооперации с компанией «Прикладная электроника» должен быть создан новый класс вакуумных магнетронных распылительных систем.

«Магнетронное осаждение и создание востребованных распылительных систем является одним из направлений деятельности нашего научного коллектива. Получению нового значимого результата предшествовала десятилетняя работа, в настоящее время в России нет других научных коллективов, которые бы занимались вакуумным (безгазовым) магнетронным распылением», — рассказывает Максим Шандриков, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории плазменных источников ИСЭ СО РАН.

В чем же заключается изюминка вакуумного режима магнетрона? Как пояснил Максим Валентинович, в настоящее время существует две наиболее распространенные технологии осаждения плёнок — это магнетронные распылительные и вакуумно-дуговые системы. Каждая из них имеет свои плюсы и минусы. Магнетронные распылительные системы обеспечивают качественные и однородные покрытия, но при этом скорость осаждения пленок недостаточно высока. В свою очередь вакуумно-дуговой способ имеет высокую скорость осаждения, однако в объёме и на поверхности пленок присутствуют микрокапли, которые формируются в катодном пятне. Таким образом, про новый вакуумный режим можно сказать очень кратко: качественно, чисто и быстро.

«Для обычного магнетронного разряда используется рабочий газ, как правило, аргон, потому что он дешёвый, инертный и достаточно тяжёлый (то есть хорошо распыляет). Если давление газа снизится, то разряд погаснет. Но если обеспечить в разряде высокую мощность, чтобы в разрядном промежутке было достаточное количество распылённых металлических атомов, то эти атомы начинают ионизоваться и необходимость в газовых ионах отпадает. Разряд переходит в режим самораспыления, говоря иначе, он теперь поддерживается только за счёт собственных распылённых частиц мишени и может работать при любом уровне вакуума (рабочем давлении). Отсюда его название — вакуумный магнетрон», — поясняет Максим Шандриков.

Устранение из процесса рабочего газа меняет физику разряда и свойства напыляемых покрытий. Если в обычном газовом режиме ионы газа отвечают за распыление мишени, а атомы мишени летят в сторону подложки, то в вакуумном режиме металлические атомы выполняют двойную функцию: часть атомов движется в сторону подложки и формирует плёнку, а другая часть в виде ионов возвращается обратно на мишень для поддержания разряда.

Пока новую технологию вакуумного магнетронного распыления можно применить лишь для тех материалов, которые имеют достаточно высокий коэффициент распыления, например, медь, серебро, золото, платина и других. Но учёные поставили перед собой цель расширить спектр материалов. Например, нужно найти способ поднять коэффициент распыления хрома и никеля.

Исследователи из лаборатории плазменных источников совместно с компанией «Прикладная электроника» — одним из российских лидеров в сфере разработки и производства систем электропитания для вакуумных напылительных установок, планируют в течение нескольких лет создать вакуумный магнетрон, снабжённый специальным источником питания, который будет способен выдерживать большие мощности. В будущем новый класс вакуумных магнетронных распылительных систем смог бы стать полноправным конкурентом или полностью заменить собой вакуумно-дуговые системы для создания широкого спектра различных функциональных, защитных и декоративных покрытий.

Источник: ТНЦ СО РАН.