Технология создания DLC-пленок

Компания ЛАЭТ  внедрила собственные инновационные разработки в области плазменного напыления алмазоподобных пленок в одном вакуумном цикле с заранее заданными свойствами. Разработана технология синтеза углеродных алмазоподобных пленок плазмохимическим методом с ВЧ- ассистированием.

 Для формирования электропроводящих пленок производится легирование их металлами непосредственно в процессе роста. Для достижения стабилизации электрофизических  параметров пленок введена операция травления поверхности пленок с последующим отжигом структуры при 400 ° C в вакууме.

Технологичность процесса получения и уникальное сочетание свойств легированных DLC пленок  имеет важное практическое значение, в частности, для создания прецизионной элементной базы электроники с повышенной мощностью рассеивания.

DLC- легированные пленки  имеют специфически важные для нужд электроники и электротехники свойства, такие как:

-низкая величина ТКС от 10-6 -10-4 К-1;

-широкий диапазон удельного сопротивления от 10-4 до 109 Ом*см;

-высокая стойкость к сверхбольшим плотностям тока- более  106 А/см2;

-высокая радиационная стойкость;

-высокая однородность, термостойкость и низкий уровень шума.

Научная статья о DLC-покрытиях ЛАЭТ "ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК"


Основные компоненты производственной системы: Основные компоненты производственной системы:

  

      Принадлежность к нанотехнологиям алмазоподобных пленок ЛАЭТ.

Синтез АПП происходит в вакууме (схема устройства камеры приведена на рисунке) при давлении 10-3-10-4 торр. Одновременно работают два источника вещества: плазмотрон и магнетрон. Прекурсором плазмотрона  является силоксан, чаще всего, полифенилметилсилоксан (ПФМС), но могут быть и другие. Прекурсор (жидкость при нормальных условиях) через натекатель и диспергатор поступает в вакуумную камеру, где за счёт нагрева диспергатора катодом и низкого давления в камере превращается в пар. Термокатод, потенциал которого на 120-170 В ниже потенциала Земли, эмитирует поток электронов и создаёт плазму паров прекурсора, степень ионизации плазмы не превышает 5-7% . На подложкодержатель (ПД) подается регулируемый ВЧ-потенциал, что приводит к разделению зарядов в плазме и появлению постоянного отрицательного потенциала на ПД, поле которого создает ток положительно заряженных ионов и осколков молекулы силоксана  на ПД. Кроме плазмы паров силоксана в камере присутствует плазма аргона, необходимого для работы магнетрона. В зависимости от величины постоянного потенциала на  ПД энергия ионов аргона уплотняет поверхность растущей пленки, придавая ей соответствующий уровень твердости и остаточных упругих напряжений. Магнетрон поставляет на подложкодержатель металл. Результатом такого комбинированного процесса становится пленка со структурой нанокомпозита (НК).

Структура матрицы такого НК, по данным ИК-фурье спектроскопии полученным в работе , близка к структуре прекурсора (ПФМС), но матрица является твердой (до 15-20 ГПа). Именно это свойство матрицы привело к появлению названия АПП, хотя по составу и набору других свойств пленки отличаются от традиционных АПП (DLC). По данным электронографии матрица является аморфной и в отсутствии металла является хорошим диэлектриком с напряжением пробоя до 4·106 В/см.

Исследование пленок АПП, содержащих металл, методами электронной микроскопии, электронографии и рентгеновской дифрактометрии показали что металл (проверка выполнена на широком ряде металлов, включающем Ti, W, Mo, Cr, Ta, Pt, Pd и др.) формирует в матрице кристаллические наночастицы размером 1- 10 нм. Таким образом, было доказано, что АПП, содержащие металл, имеют структуру нанокомпозита. Исследования химических связей в нанофазе методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показали, что в случае введения карбидообразующих металлов,  в процессе синтеза АПП происходит плазмохимическая реакция металла с ионами углерода,   наночастицы в матрице становятся карбидами по составу. Для металлов, не имеющих стабильных карбидов, например, Pt и Pd, наночастицы в АПП являются металлами, что подтверждается также электронной микроскопией высокого разрешения .

Концентрационные зависимости удельного сопротивления, при введении металла в АПП, имеют характерный для нанокомпозитов перколяционный вид.

Благодаря удачно выбранному прекурсору для создания матрицы нанокомпозита АПП и особенностям метода их синтеза эти пленочные материалы обладают уникальным набором свойств, не встречающимся ни в одном другом материале. Многие из свойств имеют рекордные величины.

Проведенные в ЛАЭТ исследования и накопленный опыт производства изделий из АПП позволяют получать заранее заданные значения большинства свойств путем управления определенными технологическими параметрами.

В отношении стабильности, воспроизводимости и производительности используемого процесса синтеза АПП следует указать следующее:

- в процессе совместного распыления из двух источников - плазмотрона и магнетрона, вредного взаимодействия источников не наблюдалось, более того, электронная эмиссия катода плазмотрона, способствует  устойчивому горению магнетронного разряда при более низких, чем без него, давлениях .
- на подложкодержателе может размещаться до 20 керамических пластин 60х48х1(мм), время напыления составляет 60-90 мин. Весь процесс, включая откачку, ВЧ-очистку и охлаждение камеры составляет 4-5 часов.

- важнейшим фактором получения надёжных и конкурентоспособных изделий  на основе содержащей металл АПП является стабильность такой плёнки во времени, при повышенных температурах, а также после длительных электрических нагрузок, как постоянных, так и импульсных. Обнаружено, что после синтеза АПП релаксирует в течение определённого времени. Например, микротвёрдость в течение часа увеличивается на 30-40(%). Стабильность свойств, прежде всего, электрофизических характеристик, достигается специальной химической обработкой и многоступенчатым отжигом АПП в вакууме.

Пленками со структурой нанокомпозита на основе силоксаноподобной матрицы и наночастиц карбидов металлов в России  занимаются 2-3 коллектива. Общей трудностью является  получение долговременной стабильности. ЛАЭТ, единственная компания, которая обладает почти десятилетним опытом промышленного выпуска коммерческих изделий на основе таких плёнок.

Мы готовы производить напыление алмазоподобных покрытий в промышленных масштабах на собственном модернизированном оборудовании.


Характеристики DLC

Химические свойства

Состав

углерод, водород

Структура

Смесь sp3 (тетрагональный алмазный тип кристаллической решетки) и sp2 (тригональный графитовый тип) с аморфным углеродом

Способность к взаимодействию

Инертен к кислотам, щелочам, растворителям, солям, воде и другим реагентам при окружающей температуре

Физические свойства

Плотность

1.8-2.1 г/см3

Удельная теплопроводность

10 Вт/см × K

Коэффициент теплового расширения

9 × 10-6/°C

Электрическое сопротивление

Несколько MОм × см

Диэлектрическая постоянная

около 4-11

Адгезия

> 5000 Па на квадратный дюйм (усилие на отрыв)

Проницаемость

Непроницаем для водорода и других газов

Оптические свойства

Оптическая прозрачность

В диапазоне от ближнего до дальнего инфракрасного (см. табл. 2)

Показатель преломления

1.85 - 2.0 (см. табл. 2)

Толщина слоя

Зависит от длины волны. Например, для длины волны 10.6 микрона толщина слоя составляет 1.4 микрона

Шероховатость поверхности

В зависимости от подложки

Напряжения

Не измерялись

Другие свойства

Температура осаждения

250°C приблизительно

Диапазон рабочих температур

От -60°C до +400°C

Биологическая совместимость

Не разрушает клетки, нет воспалительного действия

Прочностные характеристики

Хорошее сцепление с поверхностью подложки, стойкость к жесткому трению и механическим ударам, высокой влажности, воздействию высокой и низкой температуры, к тепловому удару, к парам соли, к растворам соли, к растворению в воде и осаждению атмосферной влаги, воздействию пыли и песка, сопротивление некоторым кислотам, сопротивление маслам и дизельному топливу по стандартам: MIL-C-675C, MIL-STD-810


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новости

Компания ЛАЭТ разработала эффективный опреснитель морской воды, принцип работы которого основан на принципе превращения ...

23 – 25 мая 2012 в Москве, в  Всероссийском  Выставочном Центре ООО «Метрологический центр РОСНАНО»  проводит 8-й  Московский ...

Компания ЛАЭТ производит  новые тормозные резисторы в виде радиаторных сборок мощностью 500Вт с  сопротивлением 2 Ом ...

Компания ЛАЭТ производит  новые радиаторные сборки с резисторами мощностью 500Вт с рабочим напряжением до 2 кВ и напряжением ...

Компания ЛАЭТ производит  новые высоковольтные резисторы с рабочим напряжением до 20 Вт с рабочим напряжением до 10 кВ . ...

Кто на сайте

Сейчас 8 гостей онлайн

Электротехнический портал Electro-Gid.ru: электроника, электротехника, электрооборудование

Промышленность и производство на портале PromPortal.su: машиностроение, металлургия, электротехника, оборудование