Экспериментальное исследование процесса образования тонких пленок аллотропных форм углерода и изучение их свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат наук Пронкин, Александр Артурович

• Пронкин, Александр Артурович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Пронкин, Александр Артурович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СВОЙСТВ

1.1. Методы осаждения тонких пленок аллотропных форм углерода

1.1.1. Получение алмазоподобных пленок

1.1.2. Получение пленок карбина

1.1.3. Получение пленок графита

1.2. Методы изучения и свойства тонких пленок углерода

1.2.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

1.2.2. Исследование фазового состава методом комбинационного рассеяния света

1.2.3. Исследование фазового состава методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов

1.2.4. Определение оптических характеристик тонких пленок

1.2.1. Определение механических свойств тонких пленок

1.3. Выводы

2. ПРИЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ОСАЖДЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК И ЕЁ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

2.1. схема образования аллотропных форм углерода

2.2. установка с нагретой нитью и методика проведения эксперимента

2.2.1. Описание установки

2.2.2. Описание эксперимента. Основные результаты исследований

2.3. Экспериментальный комплекс с внешним источником радиационного потока

2.3.1. Описание установки

2.3.2. Описание эксперимента. Основные результаты исследований

2.4. выводы

ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПОЛУЧЕННЫХ ПЛЕНОК

3.1. Исследование пленок, полученных в установке с «нагретой

нитью»

3.1.1. Исследование фазового состава пленок методом комбинационного рассеяния света

3.1.2. Исследование структуры поверхности пленок на атомно-силовом микроскопе

3.1.3. Оптические и электрические свойства пленок, полученных при разных материалах излучателя

3.1.4. Выводы по результатам исследований на установке с нагретой нитью

3.2. Исследование пленок, полученных на экспериментальном

комплексе с внешним источником излучения

3.2.1. Исследование чистоты пленки методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии

3.2.2. Исследование фазового состава пленок методом комбинационного рассеяния света

3.2.3. Изучение структуры поверхности АПП на атомно-силовом микроскопе

3.2.4. Исследование структуры пленок методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов

3.3. Выводы

ОПТИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУЧЕННЫХ

ПЛЕНОК

4.1. Оптические свойства

4.1.1. Показатель преломления и коэффициент экстинкции пленок АПП

4.1.2. Ширина оптической щели пленок АПП

4.2. Механические свойства

4.2.1. Микротвердость

4.2.2. Адгезия

4.3. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ I. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование процесса образования тонких пленок аллотропных форм углерода и изучение их свойств»

ВВЕДЕНИЕ

Разработка высокопродуктивных технологий получения пленок (покрытий) из перспективных материалов является актуальной научно-технической задачей [1-3]. Тонкие пленки находят широкое применение в различных областях науки и техники. Углерод, аллотропные формы которого, обладают целым спектром специфических физических и химических особенностей, безусловно, относится к перспективным материалам. Одной из аллотропных форм углерода, является алмаз. Уникальная комбинация механических, теплофизических, электрических, оптических и химических свойств делают его востребованным во многих отраслях промышленности. В середине прошлого века независимо Айзенбергом (США) [4], Голяновым с сотрудниками (ИАЭ им. Курчатова) [5] и Стрельницким с сотрудниками (Харьковский ФТИ) [6] были получены алмазоподобные пленки (diamond-like carbon, DLC). Алмазоподобные пленки (АПП), обладают сходными физическими, химическими и механическими свойствами, как и кристаллы алмаза, такими как: чрезвычайно высокая твердость, высокая теплопроводность, прозрачность в широком оптическом диапазоне, большое удельное сопротивление [1]. Помимо традиционного применения АПП в качестве защитных и упрочняющих покрытий в различных отраслях промышлености обсуждается их использование в усовершенствованных системах прямого преобразования ядерной энергии [7], тонкоплёночных конверторах излучения. Результаты экспериментов с пучками тяжёлых ионов МэВ-ных энергий показали высокую механическую и радиационную стойкость таких конверторов, что позволило использовать их в инжекторных трактах ускорителей частиц, в ядерно-физических и термоядерных исследованиях и т.п. [1]. АПП со специально введенными примесями могут использоваться в качестве полупроводниковых материалов [2, 8], например, для создания фотовольтаических преобразователей, работающих в УФ диапазоне [9-20]. В течение последних лет разработаны технологические приемы осаждения АПП, толщина которых лежит от сотен

ангстрем до нескольких микрон [1,2]. Развитие методов получения АЛЛ расширило области их применения в таких отраслях как наноэлектроника, экстремальная электроника, медицина и т.д., а их нанокластерная структура стала объектом экспериментальных и теоретических исследований.

Другой распространенной аллотропной формой углерода является графит. Благодаря высокой температуре плавления и уникальным радиационным и механическим характеристикам он находит применение в оптических приборах и устройствах работающих при высоких температурах [21, 22]. Так, способность слоев графита скользить относительно друг друга позволяет использовать его как антифрикционный материал в машиностроении [23]. Пленки графита используются для чернения поверхностей высокотемпературных приборов и при создании чувствительных элементов интегральных датчиков ИК области, например болометров.

Третьей аллотропной формой углерода является карбин. Впервые карбин был синтезирован Сладковым A.M., Коршаком В.В. и др. в 1960 г [24]. Новая аллотропная модификация углерода - карбин была синтезирована окислительной дегидрополиконденсацией ацетилена. В дальнейшем карбин был синтезирован нагреванием пиролитического графита [24], ударно-волновым методом из графита [25], лазерной абляцией [26], из органических соединений в низкотемпературной плазме [27, 28] и при магнетронном распылении графитовой мишени [29]. Получение карбина и его интенсивное исследование началось сравнительно недавно, поэтому сейчас трудно говорить о возможных путях практического применения карбина, в том числе и по причине невозможности получения монокристаллического карбина в большом количестве [24]. Тем не менее, есть попытки использования пленок карбина в медицине [30-33] для покрытия имплантов и в микроэлектронике как холодный катод для низковольтного эмиттера электронов [27].

Перечисленные аллотропные формы определяют три возможных состояния углерода, соответствующих sp3- (алмаз), sp2- (графит), sp- (карбин) гибридизации валентных орбиталей. Помимо трех аллотропных модификаций рассмотренных

выше, другие формы элементарного углерода составляют множество переходных форм [24]. К ним относятся фуллерены, нанотрубки, «металлический углерод» и т.д. Также стоит отметить существование смешанных форм углерода характеризующиеся вкладом двух или трех типов гибридизации в различных комбинациях. К ним относят аморфный углерод, алмазоподобный углерод, стеклоуглерод и т.д.

Несмотря на обширную библиографию методов получения тонких пленок различных углеродных материалов сохраняется устойчивый и повышенный интерес к этим материалам и к разработке новых методов их осаждения. При этом, цели и задачи, которые стоят перед исследователями, изменились и в основном посвящены возможности управления структурой и свойствами тонких углеродных пленок путем введения легирующих примесей, модификации нанокластерной структуры с помощью различных энергетических воздействий, синтезу нанокомпозитных материалов и в целом упрощению процесса и снижению себестоимости нанесения пленок.

Большинство методов синтеза АПП и карбина предъявляют к подложке, на которую наносится пленка углерода, достаточно жесткие требования [34]. Химические реакторы и плазмотроны дороги в обслуживании и ограниченны в площади, на которую может быть осаждена пленка. Также стоит отметить, что установки, как правило, являются специализированными для синтеза пленок конкретной аллотропной формы углерода.

В настоящей работе исследовалась возможность осаждения АПП, карбина и графита из газовой фазы, полученной при магнетронном распылении графитовой мишени, с воздействием на пленку радиационным потоком в диапазоне от УФ - до ИК - спектра. Помимо высокой скорости распыления и минимального воздействия на растущий слой пленки при магнетронном распылении, данный метод обладает рядом достоинств, а именно низкое рабочее напряжение (400-1000 В) и небольшое давление рабочего газа (10"2-10 Па); малая степень загрязнения пленок; возможность получения равномерных по толщине пленок на большой площади подложки; простота конструкции устройства. Кроме того данный метод,

не предъявляет высоких требований к подложке, а сами магнетроны широко используются в промышленности. Для получения пленок карбина и АПП используется нагретая нить. Это позволяет реализовать осаждение различных аллотропных форм углерода на одной установке. Вследствие этих, а также некоторых других факторов, внедрение именно этого метода на производстве наиболее перспективно.

Цель работы. Экспериментальное исследование процесса образования тонких пленок аллотропных форм углерода основанное на сочетании метода магнетронного распыления и различных источников радиационного потока (потока фотонов), а также изучение свойств полученных алмазоподобных пленок.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие научные задачи:

1. Разработка и создание экспериментального комплекса, в котором реализуется метод магнетронного распыления с двумя вариантами источника радиационного потока: нагретая нить и модель абсолютно черного тела (АЧТ).

2. Экспериментальное определение параметров получения тонких пленок аллотропных форм углерода: плотность и спектральные характеристики радиационного потока, температура подложки и др.

3. Исследования, направленные на повышение чистоты получаемых тонких пленок (элементный состав).

4. Идентификация полученных тонких пленок известными диагностическими методами - фазовый состав и структура поверхности.

5. Определение оптических, электрических и механических свойств полученных алмазоподобных пленок.

Научная новизна работы:

1. Впервые для осаждения пленок аллотропных форм углерода создан экспериментальный комплекс, состоящий из устройства магнетронного распыления, внешнего источника излучения - модели АЧТ и демпферного сопрягающего узла.

2. Впервые применение внешнего источника радиационного потока и диэлектрического экрана позволило получать углеродные пленки высокой чистоты.

3. Впервые предложена методика определения плотности радиационного потока и спектрального диапазона длин волн излучения достаточных для образования алмазоподобных пленок.

4. Получены новые экспериментальные данные о параметрах осаждения тонкой пленки, содержащей углерод в БрЗ гибридизированном состоянии (алмазоподобная): спектральный диапазон длин волн ^=170-255 нм, плотность потока излучения Ех=170-255 >3-10'4 Вт/м2 при скорости осаждения пленки

10 А/мин, температура подложки Тподл = 500-750 К, давление рабочего газа Раг=1-Ю Па, мощность магнетрона \Умаг=84 Вт.

5. Впервые экспериментально доказано, что образование углерода в эрЗ гибридизированном состоянии происходит при воздействии на ^.растущую поверхность пленки радиационным потоком (модель АЧТ).

Практическая значимость работы:

Разработан экспериментальный комплекс на основе техники магнетронного распыления с внешним источником радиационного потока для исследования процесса осаждения тонких пленок аллотропных форм углерода.

Результаты работы могут быть использованы при создании промышленных систем нанесения метода магнетронного распыления углеродных пленок и покрытий на изделие.

По результатам независимых исследований механических свойств, осажденных методом магнетронного распыления с внешним источником радиационного потока, алмазоподобных пленок, проведенных в НИИ ФГУГП «Южморгеология», было принято решение о их внедрении (акт о внедрении от 21 ноября 2011 г.).

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработан и создан экспериментальный комплекс для осаждения пленок аллотропных форм углерода, состоящий из: устройства магнетронного распыления, внешнего источника излучения - модели абсолютно черного тела, защитного диэлектрического экрана и демпферного сопрягающего узла.

2. Предложена методика определения пороговой плотности радиационного потока и спектрального диапазона длин волн излучения, необходимых для образования алмазоподобных пленок.

3. На экспериментальном комплексе с внешним источником радиационного потока получены параметры осаждения пленки, содержащей углерод в БрЗ гибридизированном состоянии (алмазоподобная): спектральный диапазон длин волн Х=170-255нм, плотность потока излучения Е^по-255 >3-10"4 Вт/м2 при скорости осаждения пленки 10 А/мин, температура подложки Тподл = 500-750 К, давление рабочего газа РАг-1-10Па, мощность магнетрона \¥шг=84 Вт.

4. Экспериментальный комплекс с внешним источником излучения (модель абсолютно черного тела) впервые позволил установить, что осаждение тонких пленок различных аллотропных форм углерода происходит в результате воздействия радиационного потока.

5. Показано, что воздействие радиационного потока от нити и модели абсолютно черного тела формирует столбчатую структуру поверхности алмазоподобной пленки. В отсутствии радиационного потока осаждаются пленки графита, поверхность которых имеет форму глобул.

6. Алмазоподобная пленка толщиной 200 нм, осажденная на подложку из стали 30, увеличивает твердость ее поверхности более чем в 2 раза.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались на конференциях:

Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов.

«Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика». Москва. 2007, 2008гг;

5-я Курчатовская молодежная научная школа. Москва, Россия, 2007; II Международная конференция. «Наноразмерные системы» НАНСИС-2007. Киев. 2007; Международная научная конференция «Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур». 8-10 ноября 2008г. Харьков, Украина. ФММН-2008; XXV International conference "Equations of state for matter" Elbrus 2010, March 1-6, 2010, Elbrus, Russia; II Международная научная конференция «Наноструктурные материалы-2010 Беларусь-Россия-Украина», 2010, Киев, Украина; Юбилейная научная конференция, посвященная 50-летию создания Учреждения Российской академии наук Объединенного института высоких температур РАН, 2010, Москва, Россия; VII международная конференция «Углерод: Фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства. Владимир, 2010 г; VIII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов". Москва, 2011 г; XXVII International conference " Physics of Extreme States of Matter " Elbrus 2012, Elbrus, Russia.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 статьях, опубликованных в рецензируемых журналах из списка ВАК, а также 12 в других рецензируемых журналах, сборниках трудов и тезисах российских и международных конференций.

Личный вклад автора. Автором проведен обзор известных методов получения тонких пленок различных аллотропных форм углерода. Предложен и создан экспериментальный комплекс, состоящий из устройства магнетронного распыления, внешнего источника излучения - модели АЧТ и демпферного сопрягающего узла. На установке с излучателем - нагретая нить и экспериментальном комплексе получены параметры осаждения тонких пленок аллотропных форм углерода. Предложена методика определения пороговой плотности радиационного потока и спектрального диапазона длин волн излучения, необходимых для образования АПП. Исследования свойств

(электрическое сопротивление, оптическое пропускание и отражение, структура поверхности тонких пленок), которые были проведены в ОИВТ РАН, выполнены автором. Пропускание и отражение Alill было измерено на модернизированном автором спектрофотометре КСВУ-23.

Объем и структура работы:

Диссертационная работа изложена на 149 страницах машинописного текста, из которых 1 стр. занимает приложение, иллюстрирована 63 рисунком и 7 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 145 ссылок.

1. МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СВОЙСТВ

1.1. МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК АЛЛОТРОПНЫХ ФОРМ УГЛЕРОДА

Тонкие пленки аллотропных форм углерода: АПП, карбин, графит обладают уникальными свойствами, поэтому находят широкое распространение в различных областях техники. Алмазоподобные пленки используются: для защиты режущей кромки инструментов, деталей машин (высокая твердость); для создания фотовольтаических преобразователей, работающих в УФ диапазоне (широкозонный полупроводник); при введении в пленки примесей в качестве полупроводниковых материалов в качестве заменителя кремния (высокая теплопроводность). Пленки карбина используются: для нанесения покрытий на имплантаты в медицине (биологическая совместимость); для создания низковольтных эмиттеров электронов (низкая работа выхода электронов), например в матрицах фоновой подсветки для дисплеев. Графитовые покрытия применяются в приемниках излучения (повышение эффективности радиационных характеристик); как антифрикционный материал в машиностроении (низкая сила трения); для чернения поверхностей высокотемпературных приборов (высокий показатель поглощения).

Наноэлектроника и экстремальная электроника расширили спектр возможных применений тонких пленок аллотропных форм углерода. К современным пленкам предъявляются повышенные требования: химическая чистота, структурная целостность, отсутствие дефектов. Процесс развития методов получения тонких пленок аллотропных форм углерода стимулирует модернизацию существующих и создание новых методов. Рассмотрим основные методы получения различных аллотропных форм углерода, используемых в настоящее время.

1.1.1. Получение алмазоподобных пленок

Первые АПП были получены в 70-х годах прошлого века [5, 6, 35]. Однако и сегодня публикуется множество работ по созданию алмазоподобных пленок. Благодаря уникальному сочетанию физических, химических и механических свойств АПП они находят широкое практическое применение, в частности в оптическом производстве в качестве многофункциональных покрытий и микроэлектронике в качестве подложек и защитных покрытий. По мере развития методов получения алмазоподобных пленок, а также становления таких новых направлений как экстремальная электроника, наноэлектроника и физика наноструктур, области возможных применений этих материалов вышли за рамки традиционных, а их нанокластерная структура стала объектом интенсивных исследований фундаментального плана [36]. Вот почему до сих пор сохраняется устойчивый и повышенный интерес к этим материалам.

Библиография по газофазному осаждению алмазоподобных пленок намного превышает 1000 наименований [37]. Но существует три основных метода нанесения тонких пленок на подложку и друг на друга: термическое (вакуумное) напыление [34, 35], ионно-плазменное напыление [34] и химическое осаждение из газовой фазы [34, 35, 38]. Ниже будут приведены литературные данные по методам осаждения АПП, и физическим свойствам полученных пленок. Написать подробный обзор по данной теме практически невыполнимая задача, как отмечалось выше на сегодняшний день по теме осаждения АПП опубликовано несколько сотен работ.

К настоящему времени основными являются ионно-плазменные методы получения АПП, которые делятся на методы ассистированного плазмой химического газофазного осаждения (РАС VI)): термическое газофазное осаждение [39, 40], разложение углерода в плазме разряда [41] и др.[42]; методы физического газофазного осаждения (РУБ) [43]: ионное осаждение [44-47], осаждение методом ионно-лучевого и магнетронного распыления графита [43], лазерная абляция [48], сублимацией [49] и др. Краткий обзор по методам

осаждения АПП представлен в работе [39]. Синтез безводородных АПП можно найти в работе [43].

1.1.1.1. Получение алмазоподобных пленок методами ассистированного плазмой химического газофазного осаждения

Методы осаждения АПП в присутствии водорода можно разделить на два класса. К первому относятся методы, основанные на физическом распылении графита в присутствии водорода. Основным фактором в данных методах является большая доля присутствия водорода в составе рабочего газа, как правило, аргона. Во многих методах дополнительно на подложку подают отрицательное смещение. В этом случае свойства пленок и их состав зависят от состава рабочего газа, давления в рабочей камере, величины отрицательного смещения, температуры подложки. Основными недостатками метода является высокая температура подложки и то, что материал подложки должен быть проводящим. Второй класс методов, основан на разложении углеводородов, обычно в плазме (например тлеющего разряда на постоянном токе, высокочастотного разряда и т.д.) [36].

Одной из важнейших проблем технологии синтеза АПП является смягчение условий его получения, чего удалось достигнуть после открытия пиролитического синтеза АПП из газообразных органических предшественников (метод Chemical Vapor Deposition (CVD)). К настоящему времени выработана общая концепция синтеза АПП из газовой фазы. Она сводится к поиску условий, в которых селективно вытравливается графит и аморфный углерод и происходит накопление алмазной фазы. Ключевую роль в процессе осаждения пленок АПП является активация газовой фазы. Активация газовой фазы происходит при высокой температуре и осуществляется для образования достаточной концентрации свободных углеводородных радикалов(СН3', С2Н', Н', ОН') необходимых как в формировании углеродных фаз, так и удаление нестойких форм углерода. Активация также обеспечивает нужную концентрацию атомарного водорода, поскольку для диссоциации их молекул требуются значительные затраты энергии.

Принципиальная схема газофазного синтеза пленок АПП приведена на рис. 1.

Как показано на рис. 1 необходимые для роста частицы, как правило, за счет газового потока из реактора доставляются к подложке. Над подложкой существует пограничный слой, в котором атомы углерода и водорода взаимодействуют с поверхностью подложки. При этом на поверхности подложки происходят различные процессы, такие как: абсорбция, десорбция, диффузия активных радикалов, химические реакции. Все это при правильном подборе параметров осаждения способствует росту необходимой фазы и травлению других фаз. Все эти процессы в большей степени зависят от температуры подложки и, как правило, от ее материала и структуры. Как уже отмечалось, СУО-технология получения углеродных материалов (алмазов, АПП, порошков, нанотрубок) требует средств, для активизации углеродосодержащих молекул предшественников. Наиболее распространенная используемая смесь для осаждения содержит чистый водород (99,99%) и варьируемое количество метана.

Стоит отметить, что современная технология выращивания АПП из смеси 1-4 % СН4 и 99-96 % Н2 методами разложения углеродо-содержащей компоненты

в газовом разряде основывается на эмпирических данных по составу реагентов, мощности электрического разряда и температуры подложки. Методами электронной спектроскопии проведена детализация химических реакций, способствующих росту АПП из газовой фазы. Центром зарождения при синтезе AI 111 из газовой фазы является наноалмаз.

Активизация фазы осуществляется термическим путем, нагревание нитью накала (Hot Filament (HP)), электрическим разрядом (Direct Current (DC), Radio Frequency (RF) или Microwave) или горение пламени(Охуасе1у1епе Torch (ОТ)). Несмотря на заметную разницу этих методов, можно выделить общие черты и требования. Главным условием процесса осаждения для всех перечисленных методик является повышенное содержание водорода Н2 в смеси -99 % Н2 к 1% СН4, а также температура подложки, на которую осуществляется осаждение, не ниже 700 °С для предотвращения образования аморфных форм углерода.

Метод термического газофазного осаждения

Данный метод, термического газофазного осаждения (ТГФО), описывается в работах [40, 46, 50]. Данный метод также называют методом газофазного осаждения с нагретой нитью (Hot Filament (HF)). В своей основе данный метод является разновидностью метода CVD.

Алмазные пленки методом ТГФО получают из водородо-метановой (углеродосодержащей: бутан, пропан и т.п.) смеси. В методе ТГФО рабочая смесь подается в реактор, где вблизи нагретой спирали происходит разложение метана на радикалы и молекулярного водорода на атомарный (рис. 2) [40]. Разложение метана также происходит при взаимодействии с атомарным водородом. В процессе ТГФО на подложке растет пленка из углеродсодержащих радикалов, содержащая углерод как в sp3- (алмаз), так и sp2- (графит, аморфный углерод)

связанном состоянии. В процессе физического и химического травления

2

поверхности пленки происходит удаление как атомов углерода как sp -гибридизацией, так и с sp3. Преимущественный рост алмазной фазы достигается

подбором параметров осаждения, прежде всего температурой подложки и концентрацией углеводородов в составе рабочего газа, при которых скорость травления атомов углерода с зр2-гибридизацией гораздо выше, чем с Бр3-гибридизацией [40, 52]. Типичные параметры процесса ТГФО: температура подложки 700-1000°С, давление в камере 12-50 мм. рт. ст., относительное содержание метана в смеси 0.5—2.5%, расход газа 100- 500 см3/мин, температура спирали 2000-2200°С [40].

В данном методе нагретая нить используется для диссоциации метана и водорода и изготавливается из тугоплавких материалов, как правило вольфрамовой или молибденовой проволоки. Держатель подложки также как и нить изготавливается из тугоплавкого материала из-за требования метода к высокой температуре подложки.

Для роста сплошной пленки необходимо иметь большую плотность центров зародышеобразования алмаза. Это достигается различными способами, например шлифовкой подложки алмазным порошком. В работе [51] показано, что в результате такой шлифовки на подложке появляются микроскопические дефекты, стимулирующие образование центров зародышеобразования алмаза в процессе

СИА + Н2

5

1

Рис. 2. Схема установки термического газофазного осаждения АПП. 1-газо-вакуумная камера; 2-датчик температуры (например термопара); 3-держатель подложки; 4-подложка; 5-нагретая нить [40].

ТГФО [40].

Как уже отмечалось выше, на структуру и фазовый состав получаемых пленок влияют, содержание метана в смеси и температура подложки. Увеличение концентрации метана обеспечивает повышение скорости роста пленки, однако также приводит к увеличению графитовой фазы в ее составе. Это связано с тем, что скорость роста графитовой фазы выше, а скорость ее травления водородом практически не меняется. При концентрации метана выше 2%, доля графитовой фазы в пленке начинает увеличиваться [52]. С другой стороны при уменьшении концентрации метана менее 0.5% влияние на фазовый состав А1111, практически не наблюдается, но приводит к резкому падению скорости роста пленки. Важным параметром, также существенно влияющим на процесс ГФО АПП, является характерное время пребывания газовой смеси в реакторе, которое зависит от его объема [40]. Вторым немаловажным фактором, влияющим на фазовый состав АПП в процессе ГФО, является оптимальная температура подложки [53]. Температура подложки влияет на концентрацию оборванных связей атомов углерода с зр3-гибридизацией на поверхности пленки, что обеспечивает рост

кристаллического углерода зр3-гибридизированном состоянии; десорбцию

2

водорода с поверхности, скорость травления атомов углерода в sp -гибридизированном состоянии. Однако увеличении температуры подложки приводит к росту скорости графитизации, и при температуре выше оптимальной скорость травления эр2-фазы становится меньше скорости ее роста [52]. При снижении температуры подложки ниже оптимальной происходит увеличение скорости образования ароматических молекул на поверхности пленки. Разложение данных молекул приводит к образованию аморфного углерода в sp -и зр3-фазе [53]. Из обзора литературы следует, что при использовании метода ТГФО для осаждения АПП на кремнии максимальное содержание sp3-гибридизированной фазы достигается при температуре подложки 800—1200 К [40, 52, 54, 55].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пронкин, Александр Артурович, 2014 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Вавилов, В. С. Свойства алмазов и алмазных пленок// УФН. 1995. Т.165. №9. С.1102-1103.

2. May, P. W. The New Diamond Age?/ Paul, W. May // Science, 2008, V.319, №5869, P.1490-1491.

3. May, P. W. CVD diamond: a new technology for thefuture?/ Paul W. May// Elsevier Science Ltd 0160-9327/95

4. Marton, J. P. Optical constant of thin discontinuous nickel films /J.P.Marton, M.Schlesinger//J. Appl. Phys. 1969. V.40. P.4529-4533.

5. A.c. №411037 СССР, М.Кл. С 01b 31/06. Способ получения искусственных алмазов/ В. М. Голянов, В.П.Демидов (СССР). —№1708806/23—26; заявл. 28.10.71 ; опубл. 05.08.74, Бюл. № 29. -2 с. : ил.

6. Матюшенко, Н. Н. Рентгенографические исследования метастабильной модификации кубического алмаза / Н. Н. Матюшенко, В. Е. Стрельницский, А. А. Романов, В. Т. Толок // Доклад АН УССР. 1976. Серия А. №5. С.459-461.

7. Polyakov, V. I. Photovoltaic effects in metal-semiconductor barrier structures with boron-doped polycrystalline diamond films/ V.I. Polyakov, P.I. Perov, N.M. Rossukanyi, A.I. Rukovishnikov, A.V. Khomich, M.A. Prelas, S. Khasawinah, T. Sung, G. Popovici // Thin Solid Films, 1995, V.266, P.278-281.

8. Nicholson, E. D. The Mechanical properties of CVD diamond films, and diamond coated fibres and wires/ E.D. Nicholson, J.E. Field, P.G. Partridge, MNR Ashfold//Mater. Res. Symp. Proc., 1996, V.383, P.101.

9. Бланк, Т. В. Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра./ Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг // ФТП. 2003. Т.37. Вып.9. С.1025-1055.

10. Bandis, C. Room temperature photovoltaic charging in photoemission from diamond/ C. Bandis, B.B. Pate // Surface science letters, 1996, V.345, L23-L27.

11. Koizumia, S. Formation of diamond p-n junction and its optical emission characteristics/ Satoshi Koizumia, Kenji Watanabea, Masataka Hasegawab, Hisao Kandaa // Diamond and Related Materials, 2002, V.l 1, P.307-311.

12. Ma, Z.Q. Boron-doped diamond-like amorphous carbon as photovoltaic films in solar cell/ Z.Q. Ma, B.X. Liu // Solar Energy Materials & Solar Cells, 2001, V.69, P.339-344.

13. Popovicia, G. Diamond ultraviolet photovoltaic cell obtained by lithium and boron doping/ G. Popovicia, A. Melnikov, V.V. Varichenko, T. Sung, M.A. Prelas, R.G.Wilson, S.K. Loyalka.// J. Appl. Phys., 1997, V.81, №5, P.2429-2431.

14. Hayashia, Y. Photovoltaic characteristics of boron-doped hydrogenated amorphous carbon on n-Si substrate prepared by r.f. plasma-enhanced CVD using trimethylboron/ Y. Hayashia, S. Ishikawaa, T. Sogaa, M. Umenob, T. Jimboa// Diamond and Related Materials, 2003, V.l2, P.687-690.

15. Salvatori, S. Optimised contact-structures for metal-diamond-metal UV-detectors/ S. Salvatori, A. Delia Scala, M.C. Rossi, G. Conte // Diamond and Related Materials, 2002, V.l 1, P.458-462.

16. Lansleya, S. P. Imaging deep UV light with diamond-based systems/ Stuart P. Lansleya, Olivier Gaudina, Haitao Yea, Nadeem Rizvib, Michael D. Whitfieldb, Robert D. McKeagc, Richard B. Jackma // Diamond and Related Materials, 2002, V.l 1, P.433-436.

17. Gonon, P. Electrical conduction in polycrystalline diamond and the effects of UV irradiation/ P. Gonon, S. Prawer, Y. Boiko, D.N. Jamieson // Diamond and Related Materials, 1997, V.6 P.860-864.

18. McKeag, R. D. Polycrystalline diamond photoconductive device with high UV-visible discrimination/ Robert D. McKeag, Simon S. M. Chan, Richard B. Jackmana // Appl. Phys. Lett, 1995, V.67, №15, P.2117-2119.

19. Thaiyotin, L. UV photodetector from Schottky diode diamond film/ L.Thaiyotin, E., E.Ratanaudompisut, T.Phetchakul et.al. // Diamond and Related Materials. 2002. №11. P.442-445.

20. Whitfield, M. D. Thin film diamond photodiode for ultraviolet light detection/ Michael D. Whitfield, Simon SM Chan, Richard B. Jackmana // Appl. Phys. Lett., 1996, V.68, №3, P.290-292.

21. Уббелоде, A. P. Графит и его кристаллические состояния/ Уббелоде А.Р., Льюис Ф.А.// М.:Мир. 1965. 281с.

22. Фиалков, А. С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе/ Фиалков А.С. // М.: Аспект Пресс. 1997. 718с.

23. Нагорный, В. Г. Свойства конструкционных материалов на основе углерода/ В. Г. Нагорный, А. С. Котосонов, В. С. Островский, Дымов Б. К., Лутков А. И., Ануфриев Ю. П., Барабанов В. Н., Белогорский В. Д., Кутейников А. Ф., Виргильев Ю. С., Соккер Г. А.// Под ред. В. П. Соседова /Справочник - М.: Металлургия. 1975. 336с.

24. Сладков, А. М. Карбин-третья форма углерода / Отв.ред. Ю.Н. Бубнов.- М.: Наука. 2003. 151с.

25. Жук, А. 3. Ударно-волновой синтез карбина из графита/ Жук, А. 3., Бородина Т.Н., Милявский В.В., Фортов В.Е. // Доклад. РАН. 2000. Т.370 №3. С.328-331.

26. Heath, J. R. The formation of long carbon chain molecules during laser vaporization of grafite/ Heath J.R., Zhang Q., O'Brian S.C., Curl R.F., Kroto H.W., Smalley R.E. // J.Amer.Chem.Soc. 1987. V.l09. P.359-363.

27. Исследование углерода-успехи и проблемы /сост. Т.А. Сладкова; отв. ред. Ю.Н. Бубнов // Ин-т элементоорган. соединений им. А.Н. Несмиянова РАН. -М.:Наука, 2007. -206с.

28. Casari, C.S. Chemical and thermal stability of carbyne-like structures in cluster-assembled carbon films/ C.S. Casari, A. Li Bassi, L. Ravagnan // PHYSICAL REVIEW B, 2004. V.69. P.075422.

29. Kawai, Y. Highly preferred crystalline carbon thin films obtained by DC magnetron sputtering with a hot filament /Yoshifumi Kawai, Myo Than Oo, Masato Nakao, Kiichi Kamimura, Hisao Matsushima, Yoshiharu Onuma// Applied Surface Science. 1997. V.121-122. P. 156-159.

30. Безруков, В. M. Возможности использования углеродсодержащих материалов в челюстно-лицевой хирургии/ Безруков В.М., Набиев Ф.Х., Григорьян А.С., Барышников И.В. // Стоматология сегодня и завтра.- М.,

2003.- С. 77-83.

31. Абдуллаев, Ш. Ю. Использование новых биологически совместимых материалов при восполнении дефектов челюсти/ Абдуллаев Ш.Ю., Арипова М.Х. // Стоматология. 1999,- № 3.- С.37-39.

32. Воробьев, Н. А. Эндопротезирование суставов имплантатами из углеродных материалов./ Воробьев Н.А., Калашник А.Г., Бровкин С.В. // V Всероссийский съезд травматологов-ортопедов,- Ярославль. 1990. 4.2. С.166-167.

33. Барышников, И. В. Клинико-экспериментальное обоснование применения углеродной синтактической пены в челюстно-лицевой хирургии Дис. канд. мед. наук / Барышников Игорь Владимирович —М., 2003—124с.

34. Polyynes: synthesis, properties, and applications/ edit by Franco Cataldo. — CRC Press, Taylor & Francis Group, LLC, 2006. —506 p.

35. Aisenberg, S. Ion beam deposition of thin films of diamond like carbon/ S. Aisenberg, R. Chabot //J. Appl. Phys. 1971. V.42. P. 2953-2958.

36. Файзрахманов Ильдар Абдулкабирович Разработка физических основ применения ионно-стимулированных процессов для синтеза и модификации оптических материалов// Дисс. доктора физ.-мат. наук: 01.04.10.- М.: РГБ,

2004.

37. Robertson, J. Deposition of diamond -like carbon/ J. Robertson // Phil. Trans. R. Soc. bond. A, 1993, V.342, P.277-286.

38. Образцов, А. Н. Фотоакустическая спектроскопия алмазных порошков и поликристаллических пленок/ А.Н. Образцов, X. Окуши, X. Ватанабе, И.Ю. Павловский // Физика твердого тела, 1997, Т. 39, №10, С. 1787-1791.

39. Robertson, J. Hard amorphous (diamond-like) carbons /J. Robertson //Solid St. Chem. 1991. V.21. P. 199-333.

40. Байдакова, M. В. Получение алмазных пленок на кристаллическом кремнии методом термического газофазного осаждения /М. В. Байдакова, А. Я. Вуль,

B. Г. Голубев и др. //Физика и техника полупроводников. 2002. Т. 36. № 6.

C.651-657.

41. Jacob, W. Surface reactions during growth and erosion of hydro carbon films /W. Jacob //Thin Solid Films. 1998. V.326. P. 1-42.

42. Robertson, J. Preparation and properties of amorphous carbon /J. Robertson and O'Relly E.P.//Journal of Non-Crystalline Solids. 1991. V.137-138. P. 825-830.

43. Аксенов, И. И. Синтез безводородных пленок алмазоподобного углерода /И. И. Аксенов, В. Е. Стрельницский //Сборник докладов "Алмазные пленки и пленки родственных материалов" 12-го Международного Симпозиума "Тонкие пленки в электронике". Украина (23-27 апреля 2001 г.): Сборник докладов: - Харьков, 2001. С. 96-105.

44. Vora, Н. Structural investigation of thin films of diamond-like carbon /Н. Vora, T. J. Moravec//J. Appl. Phys. 1981. V.52. P. 6151-6157.

45. Вакула, С. И. Оптические характеристики алмазоподобных углеродных пленок /С. И. Вакула, В. Г. Падалка, В. Е. Стрельницский, А. И. Усоскин //Письма в ЖТФ. 1979. Т.5. С. 1362-1366.

46. Weissmantel, С. Ion beam deposition of special film structures /С. Weissmantel //J. Vac. Sci. and Tech-nol. 1981. V.18. №2. P. 179-185.

47. Rossi, F. Effect of ion beam assistance on the microstructure of non-hydrogenated amorphous carbon /F. Rossi, B. Andre, F. Van Veen et.al. //J. Appl. Phys. 1994. V.75. P.3121-3129.

48. Collins, С. В. Micro structure of amorphic diamond films /С. B. Collins, F. Davanloo, D. R. Jander et.al. //J. Appl. Phys. 1991. V.69. P. 7862-7870.

49. Хомченко, В. С. Получение углеродных пленок методом близкого переноса/

B.C. Хомченко, Н.В. Сопинский, А.К. Савин, О.С. Литвин, Н.С. Заяц, В.Б. Хачатрян, А.А. Корчевой// Журнал технической физики. 2008. Т.78. №6.

C.84-89.

50. May, P. W. CVD diamond: a new technology for the future? /Paul W. May //Endeavour Magazine. 1995. V.19(3). P. 101-106.

51. Arnault, С. Mechanisms of CVD diamond nucleation and growth on mechanically scratched Si(100) surfaces/ J. C. Arnault, L.Demuynck, C. Speisser, F. Le Normand //Eur. Phys. J. В. 1999. V. 11. p.327-343.

52. Angus, J. C. Low-Pressure, Metastable Growth of Diamond and "Diamondlike" Phases /John C. Angus, Cliff C. Hayrnan //Science. 1988. V.241. P.913-921.

53. Spear, К. E. Synthetic diamond: Emerging CVD science and technology/ K.E. Spear, M. Frenklach; ed. by K.E. Spear, J.P. Dismukes // N.Y., JohnWileyandSons, Inc. 1994. p.243.

54. Malcher, V. Growth of polycrystalline diamond films for low field electron emission /V. Malcher, A. Kromka, J. Janik, V. Dubravcova; Editors J. Osvald, S. Hascik, J. Kuzmik, J. Breza// In Proc. of The 3rd International Conference on Advanced Semiconductor Devices and Microsystems (ASDAM/2000), Smolenice - Slovak Republic (2000, October 16-18), IEEE Catalog Number 00EX386, P. 209-213 (ISBN 0-7803-5939-9).

55. Sikdera, A. K. DC electrical conductivity of chemical vapour deposited diamond sheets: a correlation with hydrogen content and paramagnetic defects/ A. K. Sikdera, A. P. Jacoba, T. Shardaa, D. S. Misraa, M. Pandeyb, D. Kabirajc, D. K. Avasthic//Thin Sol. Films. 1998. V.332. N.l-2. p.98-102.

56. He, X. C. Growth of CVD heteroepitaxial diamond on silicon (001) and its electronic properties/ X. С. He, H. S. Shen, Z. M. Zhang, X. J. Hu, Y. Z. Wan, T. Shen // Diamond Relat. Mater. 2000. V.9. P. 1626-1631.

57. Logothetidis, S. Hydrogen-free amorphous carbon films approaching diamond prepared by magnetron sputtering/ S. Logothetidis// Appl. Phys. Lett. 1996. V.69. p.158.

58. Bubenzer, A. Rf- plasma deposited amorhous hydrogenated hard carbon thin films: preparation, properties, andapplications /А.Bubenzer, B.Dischler, G.Brandt, P.Koidlin // Appl. Phys. 1983. V.54. P.4590-4595.

59. Семенов, А. П. Тонкие плёнки углерода. I. Техника выращивания пучками заряженных частиц /А. П. Семенов, И. А. Семенова //Журнал технической физики. 2004. Т.74. №4. С. 102-107.

60. Цыганов Дмитрий Леонидович Осаждение углеродных и алмазоподобных пленок при помощи плазменных струй// Дисс. канд.техн. наук: 01.04.14.-М.: РГБ, 2005.

61. Hauert, R. Analysis of a-C:H super hard coatings by scanning Auger microscope and target analysis/ HauertR., Patscheider J., Zehringer R.// Thin Solid Films, 1991, V.206, P.330-334.

62. Рамиз Ахмед Мохаммед Ионно-плазменное осаждение пленок а-С:Н и их свойства // Дисс. канд.физ.-мат. наук: 01.04.07.- М.: РГБ, 2002.

63. Звонарева, Т. К Влияние материала подложки на скорость роста и оптические параметры слоев а-С:Н/ Звонарева Т.К, Шаронова JI.B. // ФТП., 1999, Т.ЗЗ, Вып.6, С.742-746.

64. Семенов, А. П. Техника нанесения тонких пленок распылением ионным пучком (обзор) /А. П. Семенов //ПТЭ. 1990. №4. С. 26-42.

65. Данилин, Б. С. Магнетронные распылительные системы/ Б. С. Данилин, В. К. Сырчин. - М.:«Радиоисвязь», 1982, - 73 с.

66. Кузьмичёв, А. И. Магнетронные распылительные системы. Кн.1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. /А. И. Кузьмичёв. — К.:Аверс, 2008. —244 с.

67. François, R. Effect of ion beam assistance on the microstructure of nonhydrogenated amorphous carbon /François Rossi, Bernard André, A. van Veen, P.E. Mijnarends, and H. Schut. //J. Appl. Phys. 1994. V.75. P. 3 121.

68. Семенов, А. П. О выращивании тонких пленок металлооксидов распылением ионным пучком /А. П. Семенов, H. Н. Смирнягина,

B. М. Халтанова, А. Ф. Белянин //Физика и химия обработки материалов. 1993. №4. С. 99-104.

69. Lifshitz, Y. Sabplantation model for film growth from hyperthermal species /Y. Lifshiz, S. R. Kazi, J. W. Rabalais, W. Eckstein //Phys. Rev. B. 1990. V.41. P. 10468-10480.

70. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой /Под ред. Р. Бериша. М.:Мир, 1984. -336 с.

71. Семенов, А. П. Применение распыления ионным пучком для получения пьезоэлектрических пленок окиси цинка /А. П. Семенов, А. Ф. Белянин, М. В. Мохосоев, А. А. Тер-Маркарян //Техника средств связи, 1984. - Сер. ТПО., - Вып.1. - С.66-75.

72. Maby, Е. W. Volume expans ion of ion-implanted diamond /Е. W. Maby,

C. W. Magee, J. H. Morewood //Appl. Phys. Lett. 1981. V.39. P. 157.

73. McKenzie, D. R. Compressive-stress induced formation of thin film tetrahedral amorphous carbon /D. R. McKenzie, D. Miller, B. A. Pailthope //Phys. Rev. Lett. 1991. V.67.P. 773-776.

74. Семенов, А. П. Тонкие пленки углерода. II. Строение и свойства /А. П. Семенов, А. Ф. Белянин, И. А. Семенова, П. В. Пащенко, Ю. А. Барнаков //Журнал технической физики, 2004, Т.74, №5, С. 101-104.

75. Файзрахманов, И. А. Исследование методом оптической спектроскопии микроструктуры пленок а-С, полученных ионно-стимулированным осаждением /И. А. Файзрахманов, И. Б. Хайбуллин //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 1996. №5. С. 88-96.

76. Lifshitz, Y. The influence of substrate temperature during ion beam deposition on the diamond-like or graphitic nature of carbon films/ Y. Lifshitz, G. D. Lempert, S. Rotter// Diamond and Related Materials. 1993. V.2. P.285-290.

77. Puzikov, V. M. Ion beam deposition of diamond-like carbon films/ V. M. Puzikov, A. V. Semenov// Surface and Coat. Technol. 1991. V.47. No. 1-3. P.445-454.

78. Костановский А.В. и др. Метод фотоактивации как инструмент по-лучения аллотропных форм углерода // Сб. Физика экстремальных состояний вещества. 2003.

79. Сладков, А. М. Алмаз, графит, карбин - аллотропные формы углерода/ Сладков A.M., Кудрявцев Ю.П. // Природа. 1969. №5. С.37-44.

80. Babaev, V. G. Guseva М.В. Carbyne and carbynoid structures/ Babaev V.G. Guseva M.B.// Ed.S. Evsyukov and L.Kavan. Dordresht: Kluwer, 2000. P. 159

81. Звонарева, Т. К. Элементный состав и электрические свойства пленок а-С:Н<Си>, полученных магнетронным распылением/ Звонарева Т.К., Лебедев В.М., Полянская Т.А., Шаронова Л.В., Иванов-Омский В.И.//ФТП. 2000. Т.34. Вып.9. С.1135-1141.

82. Звонарева, Т. К Особенности роста пленок а-С:Н и а-С:Н<Си> при магнетронном распылении/ Звонарева Т.К, Иванов-Омский В.И., Нащекин А.В., Шаронова Л.В. //ФТП. 2000. Т.34. Вып. 1. С.96-101.

83. Tsai, Н. Characterization of diamond-like carbon films and their application as overcoats on thin-film media for magnetic recording/ Tsai H., Bogy D.B.// J.Vac.Sci. Technol. A. 1987. V.5. No.6. P.3287.

84. Tsai, H. Structure Mid physical properties of amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films/H. Tsai //ZMaterials Science Forum, 1989, Vols.52-53, P.71.

85. Schwan, J. Raman spectroscopy on amorphous carbon films/ J. Schwan, S. Ulrich, V. Batori et al. // J. Appl. Phys. 1996. V.80. N1. P.440-447.

86. Cancado, L. G. de O. L. Raman spectroscopy of nanographites/ Luiz Gustavo de Oliveira Lopes Cancado // 2006. 18 lp.

87. Шульга, Ю. М. Экспериментальное исследование плазмонных потерь в пенографене/ Шульга Ю.М., Костановский И.А., Афансьев В.П. и др.// Альтернативная энергетика и экология, 2012. №9. С. 127-131.

88. Calliari, L. Effective medium theory for REELS analysis of amorphous carbon films/ L. Calliari, S. Fanchenkob and M. Filippia// Surf. Interface Anal. 2010. V.42. P.1066-1071.

89. Коншина Елена Анатольевна Структурные особенности и оптические свойства тонких слоев аморфного гидрогенизированного углерода // Дисс. доктора физ.-мат. наук: 01.04.05.- М.: РГБ, 2009.

90. Robertson, J. Amorphous carbon/ Robertson, J.// Adv. in Phys. 1986. V.35. P.317-374.

91. Tauc, J. Optical Properties and Electronic Structure of Amorphous Germanium/ Tauc J., Grigorovici R., Vancu A. //Phys. Stat. Sol.(b) -1966. V. 15.-P. 627-637.

92. Гавриленко, В. И. Оптические свойства полупроводников/ Гавриленко В.И., Грехов A.M. // Справочник, Киев, Наукова думка, 1987, С.95-106.

93. Kebbab, Z. Experimental study on structural and optical properties of ZnO thin films/ Z. Kebbab, M. Medles, F. Miloua, R. Miloua, F. Chiker, N. Benramdane //, Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 6 (62) 2008

94. Метфессель, С. Тонкие пленки и их применение/ Метфессель С. — M-JL: Госэнергоиздат, 1963.-272с.

95. Марковец М.Н. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979. - 264с.

96. Дручинина Оксана Александровна Влияние сверхтвердой углеродной нленки нанометровой толщины, полученной имнульсным вакуумно-дуговым методом, на микротвердость композиции «покрытпе подложка» // Дисс. кандидата физ.-мат. наук: 01.04.07.- М.: РГБ, 2006.

97. Voort, G. F. Microindentation Hardness Testing/ Voort G.F. V., Lucas G. M. // Advanced Materials «EProcesses - 1998. - v. 154 - Issue 3 - p.21-24.

98. Булычев, С. И. Исследование физико-механических свойств материалов с приповерхностных слоях и в микрообъемах методом непрерывного вдавливания индентора (обзор)/ Булычев СИ., Алехин В.П., Шоршов М.Х. //ФиХОМ. - 1979-№5.- С69-81.

99. Булычев, С. И. Соотношение между восстановленной и невосстановленной твердостью при испытании наномикроиндентированием/ Булычев С. И. // ЖТФ. - 1999г.- Т.69. - вып.7. - С.42-48.

100. Головин, Ю. И. Микро- и наноконтактное взаимодействие твердых тел/ Головин Ю. И., Тюрин А. И. // Природа. 2003. №4.

101. Головин, Ю. И. Определение комплекса механических свойств материалов в нанообъемах методами наноинденгирования/ Головин Ю.И., Иволгин В.И., Коренков В.В., Коренкова Н.В., Рябко Р.И // Конденсированный среды и межфазные границы. 2001. Т.З. №2. С. 122-135.

102. Головин, Ю. И. Скачкообразная деформация объемного аморфного сплава Pd40Cu3oNi|oP2o в процессе наноиндентирования/ Головин Ю.И., Иволгин В.И., Тюрин А.И., Хоник В.А.// ФТТ. 2003. Т.45. Вып.7. С.1209-1212

103. Мозберг, Р. К. Материаловедение: Учеб.пособие.-2-е изд., перераб. — М.:Высш.шк., 1991.-стр.47-53.

104. Воеводин, А. А. Определение микротвердости тонких покрытий с учетом их толщины и твердости подложки/ Воеводин А.А., Спасский С.Е., Ерохин A.JI // ФХОМ. 1991. №6. С.45-46.

105. Чумиков, А. Б. Методика измерения микротвердости тонких вакуумных покрытий/ Чумиков А.Б., Акифьев В.А. // Заводская лаборатория. 2000. №4. С.54-56.

106. Nardo, D. Nanoscale characterization of surfaces and interfaces/ Di Nardo, John N.// Weinheim, N.Y., 1994. 384p.

107. DIN 50359-1 Prüfung metallischer Werkstoffe - Universalhärteprüfung Teil 1: Prüfverfahren. Testing metallic materials - Universal Hardness test Part 1: Test method.

108. Шугуров, A.P. Особенности определения механических характеристик тонких пленок методом наноиндентирования/ А. Р. Шугуров, А. В. Панин, К. С. Оскомов//Физика твердого тела. 2008. Т.50. №6. С. 1007-1012.

109. Головин, Ю.И. Наноиндентирование и механические свойства твердых тел в субмикрообъемах, тонких приповерхностных слоях и пленках/ Ю. И. Головин // Физика твердого тела. 2008. Т.50. № 12. С.2113-2142.

110. Jacobson, R. Measurement of the adhesion of thin films. /R.Jacobson //Thin Solid Films. 1976. V.34 P. 181-199.

111. Kinbara, A. Adhesion measurement of non-metallic thin films using a scratch method/А. Kinbara, S. Baba//Thin Solid Films. 1988. V.163. P. 67-73.

112. Анищенко, JT. H. Метод определения адгезии тонких пленок. /Л. Н. Анищенко, В. А. Яковлева, 3. Г. Фридман, М. А. Лобзов, С. Е. Кузнецов //Общий опыт в радиопромышленности. 1981. №6 С. 49-50.

113. Азарко, И. И. Влияние водорода на структуру ультрадисперсного алмаза/ И. И. Азарко, В. К. Гончаров, Г. А. Гусаков, Д. Р. Исмаилов, М. В. Пузырев // Физика твердого тела. 2000. Т.42. №8. сс. 1531 -1534.

114. Ивановский, Г. Ф. Ионно-плазменная обработка материалов/ Ивановский Г.Ф. , Петров В.И. //, М. :Радио и связь, 1986, 195с.

115. Плазменная технология в производстве СБИС/ под ред. Н.Айнспрука// М. :Мир, 1987,456 с.

116. Технология СБИС/ под ред. С. Зи// М. Мир, 1986, Т.2, 400 с.

117. Али-Паша Виталий Альбертович Исследование углеродных фаз из sp2±ö-гибридизированных атомов с трехмерной жесткосвязанпой структурой// Дисс. кандидата физ.-мат. наук: 01.04.07.- М.: РГБ, 2010.

118. Радин, М. А. Химия: учебное пособие для студентов нехимических специальностей// М. А. Радин, В.Я. Сигаев / ГОУВПО СПбГТУРП.-СПб., 2009. Часть 1,- 88 с.

119. Шулепов, С. В. Физика углеграфитовых материалов/ Шулепов С.В. // М.: Металлургия. 1990. 336с.

120. Костановский, А. В. Высокотемпературная модель абсолютно черного тела/ А.В. Костановский, Л.Б. Нефедкина, М.Е. Костановская// ТВТ, 1997, Т.35, №1, с.122-128.

121. Зеодинов, М. Г Портативный пирометр для измерения температуры движущихся объектов/ Зеодинов М.Г, Костановский А.В, Лапин В.И., Рогатнев Н.Т.// В кн.: Высокоскоростная фотография и фотоника. М., издательство ВНИИОФИ, 1997, С.37.

122. Азарко, И. И. Влияние структуры графитовой мишени на параметры углеродных пленок, полученных лазерно-плазменным методом/ И. И. Азарко, В. К. Гончаров, Г. А. Гусаков, Д. Р. Исмаилов, М. В. Пузы // Журнал прикладной спектроскопии. 2008. Т.75. №4. сс.539-546.

123. May, P.W. 785 nm Raman spectroscopy of CVD diamond films/ P.W. May, J.A. Smith, K.N. Rosser//Diamond & Related Materials, 2008, V. 17 P. 199-203.

124. Sun, U. Z. UV Raman characteristics of nanocrystalline diamond films with different grain size/ Sun U Z., Shi J.R., Tay B.K., Lau S.P. // Diamond and Related Materials 2000. V.9 P. 1979.

125. Ferrari, A. C. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond like carbon, and nanodiamond/ Andrea Carlo Ferrari, John Robertson // The royal society. 2004. V.362. pp.2477-2512.

126. Образцов, A. H. Автоэлектронная эмиссия в графитоподобных пленках/ А.Н. Образцов, И.10. Павловский, А.П. Волков // Журнал технической физики. 2001. Т.71. №11. сс.89-95.

127. Образцов, А.Н. Влияние структурных особенностей на теплопроводность поликристаллических алмазных пленок/ А .Н. Образцов, И. Ю. Павловский,

X. Окуши, X. Ватанабе// Физика твердого тела. 1998. Т.40. №7. сс.1221-1225.

128. Wang, L. Electrical properties of chemical vapor deposition diamond films and electrical response to X-ray/ Linjun Wang, Yiben Xia, Jianhua Ju, Wenguang Zhang//Diamond and Related Materials, 2000, V.9, P. 1617-1620.

129. Знаменский, А. Г. Магнетронное напыление при повышенных давлениях: процессы в газовой среде /А. Г. Знаменский, В. А. Марченко //ЖТФ. 1998. Т.68. №7. С. 24-32.

130. Рогов, А. В. Исследование магнетронного разряда постоянного тока методом подвижного сетчатого анода /А. В. Рогов, И. Ю. Бурмакинский //ЖТФ. 2004. Т.74. №4. С. 27-30.

131. Бурмакинский, И. Ю. Влияние резонансной перезарядки ионов аргона на эффективную скорость распыления в магнетронном разряде /И. Ю. Бурмакинский, А. В. Рогов//ЖТФ. 2004. Т.74. №1. С. 120-122.

132. Reinert, F. Photoemission spectroscopy—from early days to recent applications/ Friedrich Reinert, Stefan Hufner// New Journal of Physics. Vol. 7, 97. 2005. p.2-34.

133. Пат. 2371514 Российская Федерация, МПК6 C23C014/35. Дуальная магнетронная распылительная система /Кривобоков В.П., Юрьева А.В., Юрьев Ю.Н., Янин С.Н.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU). — 2008134254/02; заявл. 20.08.2008; опубл. 27.10.2009. Бюлл. №30.

134. Faizrakhmanov, I. A. Optical and electrical properties of C+- implanted amorphous diamondlike carbon films/1. A. Faizrakhmanov, V. V. Bazarov, V. A. Zhikharev, 1. B. Khaibullin//Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res.-1997.-V.B 127/128. -P.719-722.

135. Casiraghi, С. Raman spectroscopy of hydrogenated amorphous carbons/ C. Casiraghi, A. C. Ferrari and J. Robertson // PHYSICAL REVIEW В 72, 085401 2005.

136. Коншина, E. А. Влияние кинетики процесса конденсации на оптические постоянные аморфных гидрогенизированных углеродных пленок/ Коншина Е.А., Толмачев В.А. // ЖТФ. - 1995. - Т. 65. №. 1.-С. 175-178.

137. Savvides, N. Optical constants and associated functions of metastable diamond like amorphous carbon films in the energy range 0.5-7.3 eV /N. Savvides // J. Appl. Phys. 1986. V.59. P.4133-4145.

138. Иванов-Омский, В. И. Оптические свойства пленок аморфного углерода, выращенного при магнетронном распылении графита/ В.И. Иванов-Омский, А.В. Толмачев, С.Г. Ястребов// Физика и техника полупроводников. 2001. Т.35. №2. С.227-232.

139. Коншиа, Е. А. Поглощение и ширина оптической щели пленок а-С:Н, полученных из ацетиленовой плазмы/ Е. А. Коншиа// Физика и техника полупроводников, 1999, Т.ЗЗ, №4, С.469-475.

140. http://www.nanoscan.info/

141. ISO 14577 Metallic Materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1: Test method.

142. Головин, Ю. И. Новые принципы, техника и результаты исследования динамических характеристик твердых тел в микрообъемах/ Головин Ю.И., Тюрин А.И., Иволгин В.И., Коренков В.В. // ЖТФ. 2000. Т.З. Вып.5. С.82-90.

143. Bhattacharya, А. К. Analysis of Elastic and Plastic Deformation Associated with Indentation testing of Thin Films on Substrates/ Bhattacharya A.K., Nix W.D.// Int. J. Solids Structures 1988. V.24. N.12. p.1287-1298.

144. Бойцов, Эрнест Александрович Динамика пластической деформации при микро- и наноиндентировании// Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07.-М.: РГБ, 2003.

145. Bonelli, M. Structure and mechanical properties of low stress tetrahedral amorphous carbon films prepared by pulsed laser deposition/ M.Bonelli, A.C. Ferrari, A. Fioravanti, A. LiBassi, A. Miotello, and P.M. Ossi // Eur. Phys. J. B. 2002. N.25. pp.269-280

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

AI. Пронкин A.A., Костановский A.B., Жиляков Л.А. Экспериментальные исследования процессов нанесения тонких пленок алмазоподобных структур методом фотоактивации адатомов углерода при магнетронном распылении // Тезисы докладов. XIII ежегодная Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика». Москва, Россия, 27-28 февраля 2007г. А2. Жиляков Л.А., Костановский A.B., Пронкин A.A. Экспериментальные исследования процессов нанесения тонких пленок алмазоподобных структур методом фотоактивации адатомов углерода при магнетронном распылении. // 5-я Курчатовская молодежная начная школа. Москва, Россия, 19-21 ноября 2007. Сборник аннотаций работ. С.72 A3. Костановский A.B., Жиляков Л.А., Пронкин A.A., Кириллин A.B. Получение тонких алмазных пленок при магнетронном распылении графитовой мишени / Сборник докладов. II Международная конференция. «Наноразмерные системы» НАНСИС-2007. Киев, Украина, 21-23 ноября 2007, раздел С5-30. A4. Пронкин A.A., Костановский A.B., Жиляков Л.А. Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра / Тезисы докладов. XIV ежегодная Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика». Москва, Россия, 3-5 марта 2008г. С.95 А5. А. В. Костановский, Л. А. Жиляков, А. А. Пронкин, А. В. Кириллин Получение тонких алмазных пленок при магнетронном распылении графитовой мишени // Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2008. Т. 6. № 3, СС. 911-917. А6. Пронкин A.A., Жиляков Л.А., Костановский A.B., Кириллин A.B. Синтез углеродных пленок при магнетронном распылении графитовой мишени и их свойства. // Международная научная конференция «Физико-химические

основы формирования и модификации микро- и нанострукутр». 8-10 ноября 2008г. Харьков, Украина. ФММН-2008. С. 126-129

А7. А.В. Костановский, JI.A. Жиляков, А.А. Пронкин, А.В. Кириллин Получение алмазоподобных пленок в процессе мегнетронного распыления графитовой мишени//ТВТ, 2009, Т.47, № 1, с. 141-144.

А8. А. V. Kostanovskii, L. A. Zhilyakov, A. A. Pronkin, А. V. Kirillin Preparation of diamond-like films in the process of magnetron sputtering of graphite target \\ High Temperature. 2009. Vol. 47. Issue 1. pp 136-138.

A9. Pronkin A.A., Kostanovskiy A.V., Zhilyakov L.A., Kirillin A.V. Research of properties and structure of thin films received at magnetron sputtering of a graphite target // XXV International conference "Equations of state for matter" Elbrus 2010, March 1-6, 2010, Elbrus, Russia Book of Abstracts P. 134

AlO.Pronkin A.A, Kostanovskiy A.V, Zhilyakov L.A., Kirillin A.V. Research of properties and structure of thin films received at magnetron sputtering of a graphite target // Physics of Extreme States of Matter - 2010, p. 157-159.

A11. А. А. Пронкин, А.В. Костановский, А.В.Кириллин Исследование фазового состава и структуры поверхности тонких пленок, полученных при магнетронном распылении графитовой мишени // II Международная научная конференция «Наноструктурные материалы-2010 Беларусь-Россия-Украина», 19-22 октября 2010, Киев, Украина, С.

А12.Жиляков JI.A., Кириллин А.В., Костановский А.В., Пронкин А.А. Электрические и оптические свойства углеродных пленок полученных методом магнетронного распыления // Юбилейная научная конференция посвященная 50-летию создания Учреждения Российской академии наук Объединенного института высоких температур РАН, 20-21 октября 2010, Москва, Россия.

А13.Пронкин А.А., Костановский А.В. Использование метода фотоактивации для получения алмазоподобных наноструктур // Материалы Седьмой международной конференции «Углерод: Фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные

материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства. Владимир, 17-19 ноября 2010 г., с.307

А14.Пронкин А.А. Структуры поверхности тонких пленок, полученных при магнетронном распылении графитовой мишени // М:ИМЕТ РАН. Сборник материалов. 2011, 689с.; с.622-624

A15.Pronkin А.А, Kostanovskiy A.V. Conditions of formation carbine thin films by magnetron sputtering of graphite target // Physics of Extreme States of Matter -2012, p.l 16-117.

А16.Костановский A.B., Пронкин А.А., Костановский И.А., Батраков А.А. Применение магнетронной распылительной системы дуального типа для получения углеродных пленок высокой чистоты //Вестник МЭИ, 2012, №4, сс.86-89.

А17.А. В. Костановский, А. А. Пронкин, А. Н.Кириченко Формирование тонкой пленки, содержащей а-карбин, при магнетронном распылении графитовой мишени и воздействии внешнего источника фотоактивации // ТВТ. 2013. Т.51. №5. сс.787-790.

А18.А. V. Kostanovskii, A. A. Pronkin, А. N. Kirichenko Formation of a thin film containing a-carbine in the magnetron sputtering of graphite targets and the impact of an external photoactivation source // High Temperature 2013. V.51. Issue 5. pp 712-715.

ПРИЛОЖЕНИЕ I. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

«УТВЕРЖДАЮ»

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Пронкина A.A. «Экспериментальное исследование процесса образования тонких пленок аллотропных форм углерода и изучение их свойств», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 «Теплофизика и теоретическая теплотехника».

Комиссия в составе:

- зам. Генерального директора по опытному производству и науке Тарасеико A.A.,

- зав. отделом подводных телеуправляемых систем (ПТС) Логойда И.Р.,

- .ведущий инженер отдела ПТС Федоров A.B.

составила настоящий акт о том, что предложенный метод образования сплошной алмазоподобной пленки при магнетронном распылении 1рафитовой мишени, дополненный процессом фотоактивации адатомами углерода, разработанный в диссертационной работе Пронкина Александра Артуровича, позволил:

• нанести алмазоподобное покрытия толщиной <ü 4 мкм с высокой степенью адгезии и прочностью на истирание на прочный корпус телеуправляемого подводного аппарата (ТПА) РТ-2500, используемого для работы в морской воде на больших глубинах;

• использовать алмазоподобную пленку с оптической прозрачностью в видимой области спектра (пропускание более 90%) в качестве защитного покрытия оптических стеклянных иллюминаторов ТПА РТ-2500;

• наносить покрытия на поверхность объектов при температуре не выше 300°С.

Совокупность полученных результатов позволила повысить эксплуатационные характеристики ТГ1А РТ-2500.

Метод характеризуется относительно простой и быстродействующей технологией напыления покрытия 0,7 мкм/ч), что определяет его высокую экономическую эффективность.

Зам. Генерального директора по опытному производству и науке

Зав. отделом подводных телеуправляем систем

Ведущий инженер отдела ПТС

А. В. Федоров

И.Р. Логойда