Стадии и механизмы роста покрытий при осаждения из газовой фазы

Закономерности образования роста покрытий формируемых из газовой фазы

В случае осаждения покрытия из газовой фазы, из атомарного потока. Кинетика их роста, структура и следовательно св-ва зависят от следующих основных параметров:

1. Давление остаточных газов в вакуумной камере. Таким образом среду воздуха заменяют на другую или вообще убирают (высокий вакуум).

2. Плотность потока падающих на поверхность атомов. При возрастании плотности потоков происходит более интенсивное зародышеобразование и повышается сплошность покрытия, увеличивается его адгезионная прочность.

3. Температура поверхности подложки. При повышении температуры подложки, формируется покрытие с более равновесной стр-рой, однако, скорость осаждения и сплошность покрытия в тонких слоях снижается. Последующая термообработка (после нанесения покрытия) может кардинально изменять структуру покрытия и его св-ва.

4. Степень ионизации и энергия падающих атомов как правило повышение степени ионизации и энергии падающих атомов, вначале способствует повышению функциональных св-в покрытия, в частности повышения адгезионной прочности, дальнейшее увеличение энергии падающих атомов приводит к структурным дефектам (вакансии и.т.п.).

Размер кристаллитов в зависимости от температуры конденсации. Размер кристаллитов растёт. Однако зависимость не является линейной, с начало идёт линейный рост, потом он степенной а затем рост кристаллитов замедляется, при этом чем толще покрытие, тем размер кристаллитов больше. Таким образом варьируя температурой подложки можем менять толщину покрытия

График 1

Влияние плотности потока атомов металла от свойств металла, таким образом формируя поток атомов на поверхность мы можем влиять на структуру.

График 2

График 3

Температура отжига, влияет на размер кристаллитов.

Кроме технологических параметров на ориентацию кристаллитов влияет природа материала покрытия и природа материала подложки. При всех равных условиях на покрытия разной подложки получаем разные структуры покрытий. Если на поверхности находятся дефекты то они будут влиять на покрытие. Нужно наносить покрытие на одинаково приготовленное покрытие, тогда св-ва будут воспроизводимы.

Предположим, что на изделия направлен поток атомов с определённой плотностью, атомы взаимодействуют с пов-ю изделия и при этом происходят элементарные процессы

1. Аккомодация (энергообмен) с поверхностными атомами изделия (подложка). В зависимости от условия энергообмена, природы взаимодействующего атома подложки, возможно 2 варианта поведения падающих атомов: 1 атом упруго отразится 2 атом закрепился на поверхности и перешёл в адсорбируемое состояние. Для характеристики термического обмена используют величину коэффициента аккомодации который определяет долю энергии переданной атому поверхности при взаимодействии.

- энергия температуры поступающей на подложку

нергия атомов уходящих в газовую фазу

Т_п температура атомов подложки

Коэффициент аккомодации меньше или равен 1(темп. Подложки равна температуре отражённых). Время аккомодации составляет несколько периодов колебания решётки. И после процесса аккомодации.

2. Поверхностная диффузия. Можно характеризовать 2-мя основными 1. Во время поверхностной диффузии, адсорбируемы атом может закрепиться на зародыше конденсируемой фазы. 2. Через время адсорбции он может перейти в газовую фазу

Тау расстояние которое атом за время адсорбции может пройти по поверхности. Таким образом образования покрытия происходит в результате взаимодействия адсорбируемых атомов между собой и с атомами подложки.

Можно различить следующие стадии:

· образование адсорбционной фазы

· зародышеобразование в конденсируемой фазе.

· рост зародышей.

· взаимодействие зародышей между собой и их слияние.

· Образование сплошной плёнки и её дальнейший рост.