Способ плазмохимического нанесения покрытия

 

Иcпользование: в плазменной технике, преимущественно в процессах вакуумной металлизации поверхности и синтеза неорганических пленок в пучково-плазменном разряде. Сущность изобретения: в рабочей камере размещают обрабатываемое изделие и мишень твердого неорганического вещества, камеру вакуумируют, напускают в нее рабочий газ и формируют в зоне обработки поверхности изделия паровой поток, полученный испарением твердого неорганического вещества стационарным электронным пучком, в камере формируют по меньшей мере один дополнительный электронный пучок, направляют его в зону обработки поверхности изделия, причем дополнительный электронный пучок пересекает паровой поток. Предусмотрена подача в дополнительный электронный пучок дополнительного твердого неорганического вещества, его испарение и направление на поверхность изделия потока химически активных частиц из смеси паров твердых веществ и рабочего газа. Предпочтительным является формирование дополнительного электронного пучка ленточной конфигурации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к способам вакуумной металлизации поверхности и синтеза неорганических пленок в пучково-плазменном разряде.

Известны способы плазмохимического нанесения покрытия, включающие размещение в рабочей камере подложки и твердого вещества, вакуумирование камеры и формирование на поверхность подложки потока пара, полученного испарением мишени твердого вещества [1] Известен также способ плазмохимического нанесения покрытия, включающий размещение в рабочей камере транспортно-позиционирующего устройства с подложкой и мишени твердого вещества, вакуумирование камеры, напуск в нее рабочего газа и формирование в зоне обработки поверхности подложки потока пара, полученного испарением мишени твердого вещества стационарным электронным пучком [2] Однако скорость роста пленок заданного и/или стехиометрического состава и класс реализуемых в способе-прототипе химических реакций ограничены, поскольку на поверхность подложки формируют один поток пара, полученный испарением единственным электронным пучком, причем выбор веществ, используемых в качестве мишени, ограничен и не позволяет получить покрытие сложного состава.

Целью изобретения является повышение скорости роста пленок заданного стехиометрического состава при расширении класса плазмохимических реакций, используемых при нанесении покрытий.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа снижение времени нанесения покрытия без снижения качества физико-химических и механических свойств покрытия.

Это достигается тем, что в способе плазмохимического нанесения покрытия, включающем размещение в рабочей каме ре транспортно-позиционирующего устройства с подложкой и мишени твердого вещества, вакуумирование камеры, напуск в нее рабочего газа, формирование в зоне обработки поверхности подложки потока пара, полученного испарением мишени твердого вещества стационарным электронным пучком, в камере формируют по меньшей мере еще один электронный пучок, направляют его в зону обработки поверхности подложки, причем ось дополнительного электронного пучка пересекает ось потока пара, что обеспечивает снижение времени нанесения покрытия без снижения качества, т.к. пучково-плазменный разряд позволяет получить плазму с повышенной степенью иснизации в отличие от применяемого в способе-прототипе высокочастотного разряда.

В том случае, когда в дополнительный электронный пучок вводят дополнительное твердое вещество, испаряют его, а на поверхность подложки направляют поток химических активных частиц из смеси паров твердых веществ и рабочего газа, достигается наряду со снижением времени нанесения покрытия, расширение класса плазмохимических реакций, используемых при нанесении покрытия, и получение покрытия сложного состава.

Указанный технический результат усиливается при формировании дополнительного электронного пучка ленточной конфигурации, плоскость которого пересекает ось потока пара, полученного испарением мишени твердого вещества, при этом дополнительно обеспечивается более равномерное нанесение покрытия на подложку.

На чертеже представлена схема установки, реализующей способ.

Установка содержит рабочую камеру 1, патрубок подвода рабочего газа 2, патрубок 3, соединяющий внутренний объем рабочей камеры 1 с вакуумным насосом (на чертеже не поазан), мишень твердого вещества 4, источник 5, генерирующий электронный пучок на мишень твердого вещества 4, источник 6, генерирующий дополнительный электронный пучок, направляемый в зону обработки поверхности подложки, дополнительное твердое вещество 7, транспортно-позиционирующее устройство с подложкой 8.

Установка для реализации способа работает следующим образом. В рабочей камере 1 размещают мишень твердого вещества 4 и транспортно-позиционирующее устройство с подложкой 8. После герметизации рабочей камеры 1 ее вакуумируют, откачивая воздух через патрубок 3 до остаточного давления 1,33·10^-4 Па, после чего через патрубок 2 напускают рабочий газ азот, при этом давление в камере 1 повышается до 4·10^-2 Па. На мишень твердого вещества 4 с помощью источника 5 направляют стационарный электронный пучок, регулируют параметры пучка до поджигания пучковоплазменного разряда (энергия электронов пучка 2 кэВ и плотность тока пучка 0,2 А/см₂). При этом происходит испарение мишени твердого вещества 4 титана, он реагирует с рабочим газом, и полученные пары нитрида титана направляют на подложку 8. Одновременно с помощью источника 7 формируют второй электронный пучок ленточной конфигурации и направляют его в зону обработки поверхности подложки, при этом параметры второго (дополнительного пучка) устанавливают следующими: энергия электронного пучка 2 кэВ, плотность тока пучка 0,3 А/см₂, что обеспечивает устойчивое горение пучково-плазменного разряда в рабочей зоне камеры 1, при этом скорость нанесения нитрида титана на подложку составляет .

В этом случае, когда необходимо получить покрытие боле сложного, например, двухкомпонентного состава, во второй пучок (дополнительный) вводят дополнительное твердое вещество 7, например, цирконий. С помощью дополнительного электронного пучка (от источника 6) формируют каплю расплава циркония, испаряют ее, а на поверхность подложки направляют уже поток химически активных частиц из смеси паров твердых веществ и рабочего газа, а также продуктов их реакций.

Использование изобретения позволит снизить время нанесения покрытия без снижения качества при расширении класса плазмохимических реакций, используемых при нанесении покрытия.

Формула изобретения

1. Способ плазмохимического нанесения покрытия, включающий размещение в рабочей камере обрабатываемого изделия и мишени твердого неорганического вещества, вакуумирование рабочей камеры, напуск в нее рабочего газа, формирование в зоне обработки поверхности изделия парового потока, полученного испарением твердого неорганического вещества стационарным электронным пучком, отличающийся тем, что формируют по меньшей мере один дополнительный стационарный электронный пучок, направляют его в зону обработки поверхности изделия, при этом дополнительный электронный пучок пересекает паровой поток с возможностью обеспечения горения пучково-плазменного разряда.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в дополнительный стационарный электронный пучок вводят дополнительное твердое неорганическое вещество, испаряют его, а на поверхность изделия направляют поток химически активных частиц из смеси паров твердых неорганических веществ и рабочего газа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный стационарный электронный пучок формируют ленточной конфигурации.

РИСУНКИ

Рисунок 1