Проект учёных Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники «Создание научных основ технологии нанесения оксидных покрытий электронно-лучевым испарением материалов в кислородной среде» получил грантовую поддержку Российского научного фонда.

Проект учёных ТУСУРа нацелен главным образом на исследование возможности осаждения диэлектрических, а конкретнее оксидных, слоёв при проведении электронно-лучевого испарения в кислородосодержащей атмосфере. По предварительным прогнозам это позволит кратно увеличить скорость нанесения тонких слоёв, а также улучшит их качественные характеристики. Над решением этой задачи будет работать научная группа, которую возглавит профессор кафедры физики ТУСУРа Виктор Бурдовицин. Также в неё вошли кандидат наук, доцент Илья Бакеев и магистрант первого года обучения Кирилл Карпов.

Нанесение тонких слоёв материалов, в том числе диэлектрических, сегодня крайне востребовано во многих высокотехнологичных отраслях. В микроэлектронике тонкие плёнки используются для изоляции, в других случаях нанесение тонких плёнок может быть востребовано для повышения прочности и придания изделию антикоррозийных свойств.

«Среди диэлектриков наибольшее распространение приобрели оксидные слои — плёнки окислов всевозможных металлов: алюминия, кремния, тантала, титана и других. Особое место среди способов нанесения тонких плёнок окислов занимают вакуумные методы, связанные с испарением или распылением металлических или полупроводниковых мишеней в активной среде, например, в кислороде, — рассказывает профессор кафедры физики ТУСУРа Виктор Бурдовицин. — В частности широко применяется магнетронное распыление».

Главный недостаток этого метода — ограничение скорости: для того чтобы осадить плёнку толщиной в несколько микрометров, требуются довольно значительные времена, что не всегда удобно. Ещё один недостаток магнетронного распыления заключается в том, что этот процесс требует очень точного соблюдения соотношения окислительного материала и инертного газа. Если кислорода в составе будет больше, чем нужно, мишень окисляется, и скорость распыления резко упадет, если же его будет меньше, то осадок будет обогащён металлом, что ухудшает диэлектрические свойства. Грань очень тонкая, а процесс неустойчив.

В научной лаборатории кафедры физики под общим руководством профессора Ефима Михайловича Окса на протяжении длительного времени проводятся исследования эмиссии электронов из газоразрядной плазмы. Одним из результатов этих исследований стало создание плазменных электронных источников, формирующих электронные пучки в условиях предварительного вакуума — форвакуума.

«Указанные источники позволяют проводить технологические операции, не осуществимые с использованием традиционных источников с накаливаемым катодом. В частности плавить и испарять диэлектрические материалы без принятия специальных мер по устранению накопления заряда. Испаряемый материал может быть осаждён на подложку с образованием тонкого слоя. В зависимости от режимов осаждения это может быть металлический, полупроводниковый или диэлектрический слой», — рассказывает профессор.

В рамках гранта учёным предстоит исследовать параметры и характеристики плазменных электронных источников, формирующих электронные пучки в условиях форвакуума в кислороде или смеси кислорода с инертным газом. После успешного решения этой задачи будут выполнены работы по испарению материалов в кислородной среде и нанесению оксидных покрытий. Эти работы предполагают проведение исследований характеристик и свойств покрытий в зависимости от режимов осаждения.

По предварительным оценкам новая технология нанесения тонких плёнок позволит ускорить процесс в 10 раз без увеличения стоимости такого нанесения.

«Кроме того, благодаря большей устойчивости процесса испарения с одновременным окислением технология будет проще в реализации при улучшении качества нанесения», — отмечает профессор. Он также отмечает, что итогом исследований, которые должны завершиться уже через два года, станут рекомендации по выбору режимов осаждения покрытий с наилучшими свойствами.

Это откроет возможность перед инженерами, минуя стадию научных исследований, приступить к масштабированию оборудования и отработке технологии.

Источник: ТУСУР