Оценка влияния ионной обработки на величину остаточных механических напряжений в Al2O3/Si

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования влияния времени ионной обработки тонкопленочного покрытия Al2O3, сформированного на кремниевой подложке, на величину остаточных напряжений в интерфейсе "пленка – подложка". Ионное травление пленки осуществляется ионами аргона из источника Пеннинга. Впервые показана взаимосвязь формы подложки и уровня механических напряжений после обработки покрытия Al2O3 источником ионов. Показано негативное влияние обработки диэлектрического покрытия Al2O3 высокоэнергетическим потоком ионов аргона на внешний вид пленки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Сидорова

Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-3002-1246

к.т.н., доц.

Россия, Москва

А. Д. Купцов

Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0002-3997-9722

асп.

Россия, Москва

О. В. Новикова

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0002-7549-7309

студ.

Россия, Зеленоград

И. В. Кушнарев

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0000-8241-0553

студ.

Россия, Зеленоград

А. А. Епихин

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0008-1620-8283

дир.

Россия, Зеленоград

Е. Э. Гусев

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2819-2599

нач. лаб.

Россия, Зеленоград

Список литературы

  1. Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1984.
  2. Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Сейдман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2012. 464 c.
  3. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986.
  4. Рыкалин Н.Н., Зуев И.В., Углов А.А. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978.
  5. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1985.
  6. Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А. Якушин В.П. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов. М.: Издательский дом "Круглый стол", 2001. 527 c.
  7. Криштал М.М. и др. Повышение износостойкости и коррозионной стойкости оксидных слоев, формируемых микродуговым оксидированием на алюминиево-кремниевых и магниевых сплавах, 2016.
  8. Darband G.B. et al. Science and engineering of superhydrophobic surfaces: review of corrosion resistance, chemical and mechanical stability // Arabian Journal of Chemistry. 2020. Vol. 13. No. 1. PP. 1763–1802.
  9. Ерзунов К.А. и др. Получение наноразмерных цинксодержащих полифункциональных покрытий на текстильных материалах // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2023. Т. 66. № 9. С. 89–95.
  10. Cloutier M., Mantovani D., Rosei F. Antibacterial coatings: challenges, perspectives, and opportunities // Trends in biotechnology. 2015. Vol. 33. No. 11. PP. 637–652.
  11. Савич В.А. Наноструктурированные защитные покрытия с гидрофобными свойствами, 2016.
  12. Mirmohseni A., Rastgar M., Olad A. Preparation of PANI–CuZnO ternary nanocomposite and investigation of its effects on polyurethane coatings antibacterial, antistatic, and mechanical properties // Journal of Nanostructure in Chemistry. 2018. Vol. 8. PP. 473–481.
  13. Рузиев К.А. Принципы исследования оптических материалов для использования в лазерных системах // Science and innovation. 2024. Vol. 3. No. 36. PP. 527–531.
  14. Михайлов В.И. Получение и физико-химические свойства материалов на основе нанодисперсных оксидов алюминия и железа (III): автореф. дисс. Сыктывкар, 2016.
  15. Moore E.A., Smart L.E. Optical properties of solids // Solid State Chemistry. CRC Press, 2020. PP. 283–314.
  16. Bharti B. et al. Formation of oxygen vacancies and Ti3 + state in TiO2 thin film and enhanced optical properties by air plasma treatment // Scientific reports. 2016. Vol. 6. No. 1. P. 32355.
  17. Joshi K. et al. Band gap widening and narrowing in Cu-doped ZnO thin films // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 680. PP. 252–258.
  18. Треушников В.М., Викторова Е.А. Основы создания биосовместимых и биостойких полимерных имплантатов (обзор) // Современные технологии в медицине. 2015. Т. 7. № 3. С. 149–171.
  19. Yang Z. et al. A critical review on thin-film nanocomposite membranes with interlayered structure: mechanisms, recent developments, and environmental applications // Environmental science & technology. 2020. Vol. 54. No. 24. PP. 15563–15583.
  20. Hah D. et al. Mechanically tunable optical filters with a microring resonator // Applied Optics. 2011. Vol. 50. No. 22. PP. 4320–4327.
  21. Li H. et al. Silicon waveguide integrated with germanium photodetector for a photonic-integrated FBG interrogator // Nanomaterials. 2020. Vol. 10. No. 9. P. 1683.
  22. Yao J.Z. et al. Micromachined low-loss microwave switches, IEEE J. MEMS. 1999. Vol. 8. PP. 129–134.
  23. Li M., Ling J., He Y. et al. Lithium niobate photonic-crystal electro-optic modulator. Nat Commun 11. 2020. Vol. 4123. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17950-7
  24. Аникин В.И., Житков П.М. Оптический волновод на основе структуры Si-SiO2. ЖТФ, 1990. Т. 16. Вып. 9. С. 89–93.
  25. Дудчик Ю.И., Комаров Ф.Ф., Константинов Я.А. Излучательные потери в тонкопленочных гамма-волноводах. ЖТФ. 1992. Т. 62. Вып. 8. С. 110–116.
  26. Selvaraja S.K., Sethi P. Review on optical waveguides // Emerging Waveguide Technology. 2018. Vol. 95. P. 458.
  27. Гилев Д.Г., Салгаева У.О., Волынцев А.Б. Моделирование распространения оптического излучения в приподнятом и гребенчатом волноводах на подложке из LiNbO3.
  28. Воропаев К.О. и др. Полосковые оптические волноводы на основе тонких пленок Si3N4 c решеточными элементами ввода-вывода излучения // Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого. 2017. № 7 (105). С. 4–8.
  29. Павельев В.С., Саноян А.Г., Котляр В.В. Интегральная оптика [Электронный ресурс]: электрон. учеб. псобие. М-во образования и науки РФ, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т).
  30. Сосунов А.В. и др. Влияние структуры приповерхностного слоя ниобата лития на характеристики оптических волноводов // Кристаллография. 2020. Т. 65. № 5. С. 818–823.
  31. Купцов А.Д., Сидорова С.В. Морфология подложки и пленки как способ влияния на остаточное напряжение структуры // Будущее машиностроения России 2022. 2023. С. 368–370.
  32. Бобрович О.Г., Ташлыков И.С., Тульев В.В. Влияние параметров ионно-ассистируемого осаждения на формирование Ме/si-структур // Труды БГТУ. 2014. № 6 (170). Серия 3. Физико-математические науки и информатика.
  33. Терещук О.И. и др. Ионное ассистирование при нанесении вакуумно-плазменных электродуговых покрытий на эндопротезы, 2016.
  34. Kaufman H.R., Harper J.M.E. Ion-assist applications of broad-beam ion sources // Advances in Thin Film Coatings for Optical Applications. International Society for Optics and Photonics, 2004. Vol. 5527. PP. 50–68.
  35. Лучкин А.Г., Лучкин Г.С. Очистка поверхности подложек для нанесения покрытий вакуумно-плазменными методами // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 15. С. 208-210.
  36. Галяутдинов Р.Т., Елхин М.В., Кашапов Н.Ф. Аномальный тлеющий разряд в вакууме в процессе изготовления высокоотражающих стоматологических зеркал. Казань. 2010. Вестник КГТУ. № 2. С. 335–339.
  37. Luchkin G.S., Galyautdinov R.T., Kashapov N.F. Formation of protective coatings for aluminium mirrors by magnetron sputtering. Welding International. 2003. Vol. 17 (8). PP. 655–658.
  38. Nikolaev I.V. et al. The Influence of Argon Cluster Ion Bombardment on the Characteristics of AlN Films on Glass-Ceramics and Si Substrates // Nanomaterials. 2022. Vol. 12. No. 4. P. 670.
  39. Егорова С.И., Купцов А.Д., Сидорова С.В. Влияние режимов ионной обработки на шероховатость металлических поверхностей // Вакуумная техника, материалы и технология. 2022. PP. 140–145.
  40. Фельде А.А., Мальцев В.С., Сидорова С.В. Влияние ионно-плазменной обработки на характеристики эластичного сегнетоэлектрического датчика температуры. 2024. Тезисы XVIII международной научно-технической конференции "Вакуумная техника, материалы и технология". 106 c.
  41. Ремнев Г.Е., Тарбоков В.А., Павлов С.К. Модифицирование материалов при воздействии мощных ионных пучков. Физика и химия обработки материалов. 2021. № 2. С. 5–26. https://doi.org/10.30791/0015-3214-2021-2-5-26
  42. Vlcak P. et al. Influence of surface pre-treatment with mechanical polishing, chemical, electrochemical and ion sputter etching on the surface properties, corrosion resistance and MG-63 cell colonization of commercially pure titanium // Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 115. P. 111065.
  43. Babushkin A., Selyukov R., Amirov I. Effect of Ar ion-plasma treatment on residual stress in thin Cr films // International Conference on Micro-and Nano-Electronics 2018. SPIE. 2019. Vol. 11022. PP. 542–549.
  44. Сидорова С.В., Купцов А.Д., Новикова О.В., Кушнарев И.В., Епихин А.А., Гусев Е.Э. Оценка влияния толщины покрытия на величину остаточных механических напряжений в Al2O3/Si. НАНОИНДУСТРИЯ. 2024. Т. 17. № 6. С. 372–381. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.372.381
  45. Stoney G.S. Proc. Royal Soc. Ser. A. 1990. Vol. 82. NA553. PP. 172–175.
  46. Технология тонких пленок: Справочник / Под ред. Л. Майселла, Р.Глэнга. Т. 1. М.: Сов. радио, 1977.
  47. Купцов А.Д., Сидорова С.В. Оценка неравномерности толщины тонкопленочных покрытий, сформированных методом магнетронного распыления. Вакуумная техника, материалы и технология: Тезисы XVIII международной научно-технической конференции, Москва, ЦВК "Экспоцентр", 09–11 апреля 2024 года. М.: ООО "Электровакуумные технологии", 2024. С. 90.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Внутрикамерная оснастка: a – подложкодержатель; b – магнетрон с источником ионов

Скачать (354KB)
Метаданные
3. Рис.2. Технологический маршрут измерения механических напряжений структуры: a – исходная подложка перед технологическим циклом; b – финишная очистка ионным пучком; c – осаждение покрытия оксида алюминия; d – ионная обработка аргоном покрытия оксида алюминия; e, f – измерения структуры оптическим профилометром

Скачать (117KB)
Метаданные
4. Рис.3. Привнесенная кривизна поверхности пленки Al2O3: a – до и b – после ионной обработки в течение b – 120 и c - 600 с

Скачать (136KB)
Метаданные
5. Рис.4. Зависимость уровня механических напряжений системы "пленка – подложка" от времени ионной обработки покрытия

Скачать (82KB)
Метаданные
6. Рис.5. Кремниевые подложки вогнутой формы с пленками Al2O3 с толщинами 150 нм (а, c) и 430 нм (b, d) до (а, b) и после (c, d) процесса ионной обработки в течение 600 с

Скачать (171KB)
Метаданные
7. Рис.6. Кремниевые подложки выпуклой формы с пленками Al2O3 толщинами 150 нм (а, с) и 430 нм (b, d) до (а, b) и после (с, d) процесса ионной обработки в течение 600 с

Скачать (152KB)
Метаданные
8. Рис.7. Зависимость уровня механических напряжений системы "пленка – подложка" от формы исходной подложки (выпуклая/вогнутая) при времени обработки: a – 0 с; b – 120 с; c – 600 с

Скачать (193KB)
Метаданные

© Сидорова С.В., Купцов А.Д., Новикова О.В., Кушнарев И.В., Епихин А.А., Гусев Е.Э., 2025