Устройство для нанесения нанокластерного покрытия

Изобретение относится к микро- и нанотехнологии. Магнетрон, оснащенный полым трубчатым катодом-мишенью (1), присоединен с помощью электромагнитного направляющего устройства (ЭНУ) к рабочей камере (2), в которой смонтирован держатель (3) обрабатываемого изделия. Магнетрон оборудован дополнительным охлаждаемым катодом-мишенью (5), плоскость распыления которого перпендикулярна боковой поверхности трубчатого катода-мишени (1). ЭНУ состоит из коаксиально расположенных катушки (6) электромагнита, магнитопровода, включающего выполненные из ферромагнитного материала электрически изолированные друг от друга полый цилиндр (7), круглую пластину (8) и кольцеобразный вкладыш (9), установленный непосредственно перед входом в рабочую камеру (2), и алюминиевой втулки (10), отверстие которой выполнено сужающимся по направлению транспортирования плазмы. Трубчатый катод-мишень (1) расположен внутри цилиндра (7), пластина (8) и дополнительный катод-мишень (5) установлены последовательно по направлению транспортирования плазмы со стороны торца трубчатого катода-мишени. Катушка (6) размещена между боковыми стенками цилиндра (7) и трубчатого катода-мишени (1), а втулка (10) присоединена к вкладышу (9) магнитопровода. Технический результат - расширение номенклатуры наносимых нанокластерных покрытий за счет снятия ограничений в отношении количества и свойств компонентов материалов покрытия и подложки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к микро- и нанотехнологии и касается магнетронной распылительной системы. Преимущественной областью его использования является нанесение нанокластерных покрытий на поверхности различных материалов, в частности для нанесения радиопоглощающих покрытий.

Известно устройство для нанесения нанокомпозитного покрытия, содержащее плазмотрон и магнетрон, присоединенные к вакуумной камере с возможностью формирования и подачи потока кремнийсодержащей плазмы плазмотроном и потока частиц легирующего металла магнетроном на подложку, расположенную на держателе, изолированном от потока частиц легирующего металла, и регулятор парциального давления паров кремнийсодержащего жидкого углеводорода (RU 2297471, С23С 14/06, 14/35, 2007).

Однако данное устройство является сложным в отношении конструкции и эксплуатации. Кроме того, сфера его использования ограничена нанесением покрытий, в состав которых входит металл, карбид которого обладает высокой проводимостью.

Известно также устройство для нанесения нанокластерного покрытия, включающее вакуумную и рабочую камеры, сообщающиеся с помощью диафрагмы с регулируемым соплом, при этом в вакуумной камере установлен магнетрон с возможностью перемещения по направлению к диафрагме, а в рабочей камере размещен держатель для обрабатываемой подложки (Каштанов П.В., Смирнов Б.М., Хипплер Р. Магнетронная плазма и нанотехнологии. - «Успехи физических наук», 2007, т.177, № 5, с.473-510).

Однако данное устройство позволяет получать лишь кластеры немагнитных металлов и поэтому не позволяет распылять многокомпонентные, а также магнитные покрытия.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для нанесения нанокластерного покрытия, содержащее ионно-плазменный генератор, оснащенный полым трубчатым углеродным катодом-мишенью, присоединенный с помощью электромагнитного направляющего устройства к рабочей камере, в которой смонтирован держатель обрабатываемого изделия (JP 2003096555, С01В 31/02; С23С 14/06; С23С 14/35; С01В 31/00, 2003).

Недостаток прототипного устройства состоит в узкой сфере применения, поскольку оно может использоваться только для получения нанокластеров углерода. Кроме того, оно неприемлемо для нанесения многокомпонентных покрытий.

Технической задачей предлагаемого устройства является расширение сферы его использования.

Решение указанной технической задачи заключается в том, что в конструкцию устройства для нанесения нанокластерного покрытия, содержащего ионно-плазменный генератор, оснащенный полым трубчатым катодом-мишенью, присоединенный с помощью электромагнитного направляющего устройства к рабочей камере, в которой смонтирован держатель обрабатываемого изделия, вносятся следующие изменения.

1. Ионно-плазменный генератор оборудован дополнительным охлаждаемым катодом-мишенью, плоскость распыления которого перпендикулярна боковой поверхности трубчатого катода-мишени. При этом в качестве ионно-плазменного генератора целесообразно использование магнетрона.

2. Электромагнитное направляющее устройство состоит из:

2.1. коаксиально расположенных катушки электромагнита;

2.2. магнитопровода, включающего выполненные из ферромагнитного материала электрически изолированные друг от друга:

- полый цилиндр;

- круглую пластину;

- кольцеобразный вкладыш, установленный непосредственно перед входом в рабочую камеру;

2.3. втулки из немагнитного материала, отверстие которой выполнено сужающимся по направлению транспортирования плазмы.

3. Трубчатый катод-мишень расположен внутри полого цилиндра магнитопровода.

4. Круглая пластина магнитопровода и дополнительный катод-мишень установлены последовательно по направлению транспортирования плазмы со стороны торца трубчатого катода-мишени.

5. Катушка электромагнита размещена между боковыми стенками цилиндра магнитопровода и трубчатого катода-мишени.

6. Втулка из немагнитного материала электромагнитного направляющего устройства присоединена к вкладышу магнитопровода.

Причинно-следственная связь внесенных изменений с достигнутым техническим результатом заключается в следующем. Двухэлектродное исполнение магнетрона позволяет установить требуемое соотношение компонентов потока распыляемого вещества. Предлагаемая система магнитопроводов формирует такую конфигурацию магнитного поля, которая позволяет одновременно распылять материал обоих катодов-мишеней, в том числе в случае изготовления дополнительного катода-мишени из магнитного материала. Кроме того, сформированная система магнитопроводов, а также сужающаяся поверхность отверстия втулки обеспечивает дополнительную фокусировку потока движущихся частиц.

Для регулирования соотношения компонентов покрытия цилиндрический и плоский катоды-мишени целесообразно подключить к раздельным цепям электрического питания.

Торцевая поверхность кольцеобразного вкладыша магнитопровода, примыкающая к втулке, может быть выпуклой для улучшения фокусирующего воздействия на транспортируемый поток плазмы.

Во встроенном варианте исполнения рабочая камера расположена внутри электромагнита (для возможности дополнительной фокусировки потока плазмы), а в выносном варианте дополнительно содержит внешнюю рабочую камеру, пристыкованную к выходу последней.

На фиг.1 представлена конструкция оптимального варианта устройства для нанесения нанокомпозитного покрытия с внутренним исполнением рабочей камеры; на фиг.2 - схема присоединения устройства к внешней рабочей камере; на фиг.3 дано изображение поверхности защитного покрытия, включающего углеродную матрицу с вкрапленными в нее нанокластерами кобальта, полученное с помощью атомно-силового микроскопа.

Устройство для нанесения нанокластерного покрытия (фиг.1) содержит магнетрон, оснащенный полым трубчатым катодом-мишенью 1, присоединенный с помощью электромагнитного направляющего устройства к рабочей камере 2, в которой смонтирован держатель 3 обрабатываемого изделия 4. Магнетрон оборудован дополнительным охлаждаемым катодом-мишенью 5, плоскость распыления которого перпендикулярна боковой поверхности трубчатого катода-мишени 1. Электромагнитное направляющее устройство состоит из коаксиально расположенных катушки 6 электромагнита, магнитопровода, включающего выполненные из ферромагнитного материала электрически изолированные друг от друга полый цилиндр 7, круглую пластину 8 и кольцеобразный вкладыш 9, установленный непосредственно перед входом в рабочую камеру 2, и алюминиевой втулки 10, отверстие которой выполнено сужающимся по направлению транспортирования плазмы. Трубчатый катод-мишень 1 расположен внутри полого цилиндра 7 магнитопровода, круглая пластина 8 магнитопровода и дополнительный катод-мишень 5 установлены последовательно по направлению транспортирования плазмы со стороны торца трубчатого катода-мишени 1, катушка 6 электромагнита размещена между боковыми стенками цилиндра 7 магнитопровода и трубчатого катода-мишени 1, а втулка 10 присоединена к вкладышу 9 магнитопровода.

Рабочая камера 2 подключена к вакуумной системе.

К катодам-мишеням 1 и 5 подведен рабочий газ (смесь газов) от газораспределительной камеры 12.

Система охлаждения дополнительного катода-мишени 5 включает полую штангу 13, на конце которой закреплены элементы 5 и 8. Внутри штанги 13 расположена трубка 14 с возможностью циркуляции охлаждающей воды в полости штанги 13. При этом штанга 13 снабжена уплотняющим зажимом типа Вильсона (поз. 15, 16 и 17) для возможности перемещения закрепленных на ней элементов 5 и 8 вдоль оси цилиндрического катода-мишени 1.

Цилиндрический катод-мишень 1 присоединен к первому выходу высоковольтного источника 18 постоянного тока, а дополнительный катод-мишень 5 присоединен ко второму выходу указанного источника тока. Соединения выполнены через токопроводящие элементы устройства. При распылении высокоомных или диэлектрических материалов в качестве источника 18 установлен ВЧ-генератор.

В варианте фиг.1 рабочая камера 2 расположена внутри электромагнита 11 для возможности фокусировки потока плазмы, что целесообразно выполнять в случае дополнительного оснащения устройства внешней рабочей камерой 12 (фиг.2).

Для обеспечения технологичности изготовления к основаниям полого цилиндра 7 магнитопровода приварены изнутри кольцеобразные крышки 19 и 20 (также входящие в конструкцию магнитопровода и одновременно служащие для удержания катушки 6 электромагнита), между торцами которых установлена труба 21 из нержавеющей стали, замыкающая вакуумный объем рабочего пространства магнетрона.

Устройство работает следующим образом. При подаче высокого напряжения на катоды-мишени 1 и 5 возникает магнетронный разряд, под действием которого внутри пространства, ограниченного внутренней поверхностью полого цилиндрического катода-мишени 1 (поз. 22), происходит распыление материала мишеней в вакууме. Парциальное соотношение распыляемых материалов регулируют соотношением токов в катодных цепях. В данной конструкции достигается пересыщение плазменно-парового потока в области 22, что вызывает образование кластеров. Под действием магнитного поля, созданного элементами 6, 7, 9 и 20, и боковой поверхности немагнитной втулки 10 происходит фокусировка потока кластеров и его транспортирование в рабочую камеру 2 через отверстие втулки 10 и магистраль 23, связывающие пространство 22 с рабочей камерой 2. При этом сужающееся отверстие втулки 10 обеспечивает ламинарное движение потока. В рабочей камере 2 кластеросодержащий поток осаждается на поверхности обрабатываемого изделия 4.

Устройство апробировано для технического осуществления процесса нанесения защитного покрытия, содержащего нанокластеры кобальта и углерода на подложки из стекла, кремния, поликора, ситалла и лавсана. Как видно из фиг.3, апробированное устройство позволяет наносить защитное покрытие, включающее нанокластеры кобальта (поз. 23) и углерода (поз. 24) размером до 80 нм.

Таким образом, по сравнению с прототипом использование предлагаемого устройства расширяет номенклатуру наносимых нанокластерных покрытий. При этом отсутствуют ограничения в отношении количества и свойств компонентов материала покрытия и подложки.

1. Устройство для нанесения нанокластерного покрытия, содержащее ионно-плазменный генератор, оснащенный трубчатым катодом-мишенью, присоединенный посредством электромагнитного направляющего устройства к рабочей камере, в которой смонтирован держатель обрабатываемого изделия, отличающееся тем, что в качестве ионно-плазменного генератора использован магнетрон, оборудованный дополнительным охлаждаемым катодом-мишенью, плоскость распыления которого перпендикулярна боковой поверхности трубчатого катода-мишени, а электромагнитное направляющее устройство состоит из коаксиально расположенных катушки электромагнита, втулки из немагнитного материала, отверстие которой выполнено сужающимся по направлению транспортирования плазмы, и магнитопровода, включающего выполненные из ферромагнитного материала электрически изолированные друг от друга полый цилиндр, круглую пластину и кольцеобразный вкладыш, установленный непосредственно перед входом в рабочую камеру, причем трубчатый катод-мишень расположен внутри полого цилиндра магнитопровода, круглая пластина магнитопровода и дополнительный катод-мишень установлены последовательно по направлению транспортирования плазмы со стороны торца трубчатого катода-мишени, катушка электромагнита размещена между боковыми стенками цилиндра магнитопровода и трубчатого катода-мишени, а втулка присоединена к вкладышу магнитопровода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубчатый и дополнительный охлаждаемый катоды-мишени подключены к раздельным цепям электрического питания для регулирования соотношения компонентов покрытия.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевая поверхность кольцеобразного вкладыша магнитопровода, примыкающая к втулке из немагнитного материала, выполнена выпуклой для фокусирующего воздействия на транспортируемый поток плазмы.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что рабочая камера расположена внутри электромагнита.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению износостойких покрытий, может быть использовано в машиностроительной и добывающей промышленности, в инструментальном и ремонтных производствах для получения покрытий инструмента, в частности для получения износостойких покрытий режущего инструмента.

Изобретение относится к способам получения углеродных наноструктур, таких как углеродные глобулы и углеродные нанотрубки различной формы, которые могут быть использованы в наноэлектронике в качестве частей электронных микросхем и приборов на их основе с субмикронными рабочими элементами - нанотранзисторы, нанодиоды, нанокатоды.

Изобретение относится к вольфрам-титановым мишеням для магнетронного распыления и способам их получения и может быть использовано в микроэлектронике. .
Изобретение относится к способу вакуумного напыления на ленточные подложки барьерного покрытия из оксида алюминия. .
Изобретение относится к способам нанесения покрытия на подложку магнетронным распылением и может найти применение в автомобилестроении, изготовлении бытовой техники и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам нанесения пленочных покрытий. .

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме, а именно к способам и устройствам для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность деталей сложной конфигурации.

Изобретение относится к технологии получения металлизированных материалов для экранирования от воздействия электромагнитных излучений в широком диапазоне. .
Изобретение относится к способам изготовления рабочего элемента горелок со сквозной пористостью и может быть использовано в установках для газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, например при изготовлении нагревателей газа на газораспределительных станциях.

Изобретение относится к способам получения квазикристаллических материалов, в частности пленок состава Al-Pd-Re, Al-Fe-Cu, которые могут использоваться благодаря своим уникальным свойствам в подшипниках, применяться в качестве защитных покрытий в различных отраслях машиностроения, авиапромышленности и реакторостроения.

Изобретение относится к области технологии изготовления микроэлектронных и микромеханических устройств и может быть использовано при изготовлении сенсоров, функционирующих на основе туннельного эффекта и обеспечивающих преобразование «перемещение - электрический сигнал»

Изобретение относится к микросистемной технике, а именно к способу изготовления МЭМС коммутаторов, имеющих контактную систему

Изобретение относится к технологии получения высокопористых покрытий на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий. Способ включает приготовление пленкообразующего раствора с последующим нанесением его на поверхность подложек, сушкой, отжигом и охлаждением. Свежеприготовленный пленкообразующий раствор выдерживают в течение 8-13 суток при температуре 6-8°С, сушку проводят при температуре 60°С в течение 30-40 минут с последующим нелинейным нагревом до 800-900°С в атмосфере воздуха - в первые 15-20 минут скорость нагрева максимальна и составляет 22°С/мин, в следующие 17 минут скорость нагрева поддерживают на уровне 18°С/мин, затем в течение 12 минут скорость нагрева составляет 12°С/мин, последние 40-20 минут скорость нагрева поддерживают на уровне 0,5°С/мин - и выдержкой при 800-900°С в течение 1 часа, постепенным охлаждением в условиях естественного остывания муфельной печи при следующем соотношении компонентов в пленкообразующем растворе, мас.%: тетраэтоксисилан 22,4-21,6, соляная кислота 1,3·10-4-1,2·10-4, дистиллированная вода 3,2-1, соль металла MnCl2·4Н2О 0,8-6,6, этиловый спирт (98 об.%) - остальное. Технический результат - упрощение способа получения высокопористого покрытия, более высокие значения коэффициента отражения в видимом диапазоне длин волн и коэффициента пропускания ближнего ультрафиолетового излучения с одновременным сочетанием невысоких значений показателя преломления и толщины. 1 ил., 2 пр.

Использование: область микроэлектроники, а именно сборка микроэлектромеханических устройств и систем (МЭМС) на основе пьезоэлектрического кварца. Технический результат: повышение надежности функционирования в условиях высоких комплексных внешних воздействий. Сущность: способ включает выполнение на контактных площадках первичного преобразователя (ПП) кристаллического типа объемных токовыводов (ОВ) методом термозвуковой микросварки с последующей установкой ПП на плату вторичного преобразователя МЭМС. При этом предварительно осуществляют высокотемпературную сборку ПП, состоящего из чувствительного элемента ЧЭ и других функциональных элементов МЭМС, которую проводят при температуре не более 500°C, после чего к объемным токовыводам, выполненным на контактных площадках ПП, изготовленных из чередующихся металлических слоев Cr - Au толщиной не более 0,4 мкм, приваривают токовыводы в виде проволоки из золота методом контактной сварки. Затем полученный указанным образом ПП присоединяют сформированными токовыводами в виде проволоки методом контактной сварки к контактным площадкам вторичного преобразователя (ВП) МЭМС. 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов, применяемых при изготовлении микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение и уменьшение технологического цикла сборки чувствительного элемента микромеханического датчика. В способе сборки чувствительного элемента микромеханического датчика совмещают стеклянную обкладку и кристалл из монокристаллического кремния, устанавливают и зажимают в специальном приспособлении, разогревают, выдерживают при заданной температуре и подают необходимое напряжение. При этом совмещают одновременно две стеклянные обкладки и кристалл из монокристаллического кремния, находящийся между ними, разогревают их до температуры 410°C, выдерживают 1,5 часа, подают напряжение на обе обкладки не меньше, чем на две минуты, отключают напряжение, меняют полярность напряжения, снова подают напряжение и повторяют цикл изменения полярности не менее трех раз. 1 ил.

Изобретение относится к области микроэлектронной техники и может быть использовано при разработке технологического оборудования для изготовления гибридных микросхем большого формата, упрощения и удешевления такого оборудования. Заявленный соединительный пресс для матриц большого формата состоит из основания на котором помещена нижняя платформа для расположения на ней матриц большого формата, верхней платформы для передачи усилия сжатия на матрицы большого формата, причем содержит блок усиления сдавливающего усилия, состоящий из осевой конструкции, усилительного рычага с расположенным на нем подвижным элементом самоформирования углубления для приложения усилия сжатия, пневматического блока, а также конусного элемента передачи усилия сжатия, свободно расположенного на матрице большого формата, состоящего из конуса с нижним плоским основанием и опорного шарика диаметром, в 14-60 раз меньшим диаметра основания конусного элемента передачи усилия сжатия, при этом твердость материала опорного шарика должна быть не менее чем в 12 раз больше твердости материала подвижного элемента самоформирования углубления для приложения усилия сжатия. Техническим результатом является повышение усилия сжатия до 14 кН при сохранении точности совмещения множества микроконтактов, а также значительном упрощении конструкции и удешевлении изготовления соединительного пресса. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии нанесения упрочняющих, защитных и декоративных покрытий в вакууме на изделия для придания им различных функциональных свойств и цветовых оттенков

Изобретение относится к способу осаждения вещества на подложку, импульсному источнику питания для магнетронного реактора и магнетронному реактору

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, а именно к производству распыляемых металлических мишеней из молибдена, и может быть использовано в микроэлектронике для нанесения покрытий тонкопленочной металлизацией

Изобретение относится к источнику фильтрованной плазмы вакуумной дуги (варианты) и способу создания фильтрованной плазмы
Наверх