Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия:

В. А. Тупик, проректор по научной работе, заведующий кафедрой микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры, докт. техн. наук, проф.
В. И. Марголин, профессор кафедры микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры, докт. техн. наук, проф., эл. почта: V.Margolin@mail.ru
Д. К. Кострин, доцент кафедры электронных приборов и устройств, канд. техн. наук

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Москва, Россия:

А. А. Потапов, главный научный сотрудник, докт. физ.-мат. наук, проф.

Метод магнетронного распыления с использованием дугового разряда является одним из самых современных и высокопроизводительных методов получения наноразмерных пленок, особенно металлических и, в частности, пленок титана и меди. Катодные пятна, образующиеся при дуговом разряде, являются центрами последнего и реализуют каналы прохождения тока от катода к аноду в виде плотных плазменных струй материала катода, образуя так называемый плазменный факел. Энергия ионов там выше, чем при обычном магнетронном распылении, что обеспечивает существенно лучшую адгезию получаемых пленок. При этом наноразмерные пленки титана часто используют для создания переходных сопрягающих подслоев между подложкой и основной рабочей пленкой. Из неметаллических пленок интересны из нитрида титана. Главным недостатком магнетронного дугового распыления является наличие в плазменном факеле капельной фазы, которая, конденсируясь на подложке, не позволяет реализовывать наноразмерные структуры. Образующиеся микрокапли обычно электронейтральны, что не позволяет использовать электрические и магнитные поля для их удаления и нейтрализации. Необходима модернизация дугового испарителя, позволяющая за счет исключения капельной фазы из потока наносимого материала наносить тонкопленочные покрытия, включая наноразмерные. С помощью катушки фокусировки формируется плазменный факел, в котором присутствуют как ионы распыляемого вещества, так и его капли. Специальная заслонка избавляет поток напыляемого вещества от прямолетящих капель, а установленная внутри корпуса катушки фокусировки по меньшей мере еще одна заслонка защищает от капель, летящих под углом от катода. Заслонка выполнена в виде усеченного конуса из немагнитного металла, причем диаметр его большего основания равен внутреннему диаметру катушки фокусировки, а меньший диаметр, обращенный в сторону охлаждаемого катода, соответствует удвоенному диаметру заслонки, соосной с охлаждаемым катодом дугового испарителя.

Работа рекомендована к публикации Оргкомитетом Международного семинара «Нанофизика и наноматериалы», посвященного 160-летию со дня рождения академика Н. С. Курнакова (25–26 ноября 2020 г., Санкт-Петербург, Горный университет).

1. Третьяков Ю. Д. Микро- и наноструктурированные материалы. Фоторепортаж из «пятого измерения». — М. : Премиум, 2008. — 181 с.
2. Безносюк С. А., Лерх Я. В., Жуковский М. С. Компьютерное моделирование самоорганизации фрактальных наноструктур никеля в неравновесных условиях // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2008. № 1. С. 61–67.
3. Праттон М. Тонкие ферромагнитные пленки. — Л. : Судостроение, 1967. — 266 с.
4. See E. L., Boldue P. C., Violet V. Magnetic ordering and critical thickness of ultrathin iron films // Physical Review Letters. 1964. Vol. 13, No. 6. P. 300–302.
5. Пак В. Н., Голов О. В. Формирование и электрическая проводимость низкоразмерных структур меди в пористом стекле // Журнал общей химии. 2015. Т. 85, № 5. С. 535–538.
6. Liu Z. Understanding the growth mechanisms of Ag nanoparticles controlled by plasmon-induced charge transfers in Ag – TiO₂ films // Journal of Physical Chemistry C. 2015. Vol. 119. P. 9496–9505.
7. New Materials. Preparation, properties and applications in the aspect of nanotechnology / ed. A. G. Syrkov, K. L. Levine. — New York : Nova Science Publishers, Inc., 2020. — 248 p.
8. Pleskunov I. V., Syrkov A. G. Development of research of lowdimensional metal-containing systems from P. P. Weimarn to our days // Journal of Mining Institute. 2018. Vol. 231. P. 287–291.
9. Сырков А. Г., Бажин В. Ю., Мустафаев А. С. Нанотехнология и наноматериалы. Физические и минерально-сырьевые аспекты. — СПб. : Политех-Пресс, 2019. — 244 с.
10. Slobodov A. A., Syrkov A. G., Yachmenova L. A., Kushchenko A. N. et al. Effect of temperature on solid-state hydride metal synthesis according of thermodynamic modeling // Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 239. P. 550–555.
11. Андреев А. А., Саблев Л. П., Шулаев В. М., Григорьев С. М. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. — Харьков : ННЦ ХФТИ, 2005. — 236 с.
12. Lisenkov A. A., Valuev V. P. Vacuum Arc Discharge on Integrally Cold Cathode // Vakuum in Forschung und Praxis. 2011. Vol. 23, Iss. 6. Р. 32–36.
13. Андреев А. А., Саблев С. Н., Григорьев С. Н. Вакуумно-дуговые покрытия. — Харьков : ННЦ ХФТИ, 2010. — 318 с.
14. Аксенов И. И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. — Харьков : ННЦ ХФТИ, 2005. С. 19–37.
15. Грачев В. И., Жабрев В. А., Марголин В. И., Тупик В. А. Основы синтеза наноразмерных частиц и пленок. — Ижевск : Изд-во «Удмуртия», 2014. — 480 с.
16. Грачев В. И., Марголин В. И., Тупик В. А. Основы технологии производства элементов радиоэлектроники на основе тлеющего разряда // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2017. No. 6. С. 88–91.
17. Шулаев В. М., Андреев А. А., Руденко В. П. Модернизация вакуумно-дуговых установок для синтеза покрытий и азотирования методом ионной имплантации и осаждения // Физическая инженерия поверхности. 2006. Т. 4. № 3-4. С. 136–142.
18. Шулаев В. М., Андреев А. А., Руденко В. П. Модернизация серийной установки «Булат-6» для синтеза вакуумно-дуговых покрытий методом плазменной ионной имплантации и осаждения, а также ионного безводородного азотирования // Сб. докл. Междунар. конф. «Нанотехнологии». — Харьков, ННЦ ХФТИ. 2008. Т. 1. С. 5–14.
19. Пат. 179881 РФ. Дуговой испаритель / Марголин В. И., Марков Е. С., Старобинец И. М., Трефилов В. В. и др. ; заявл. 04.07.2017 ; опубл. 28.05.2018, Бюл. № 16.
20. Пат. 194223 РФ. Устройство для нанесения тонкопленочных покрытий / Марголин В. И., Тоисев В. Н., Тупик В. А., Старобинец И. М. и др. ; заявл. 05.08.2019 ; опубл. 03.12.2019, Бюл. № 34.