• Плазменно-ионная обработка поверхности в пучково-плазменном разряде и получение графеновых структур на поверхности сапфира

  Руководитель направления Шустин Евгений Германович гл. науч. сотр., д-р физ.-мат. наук, доцент эл. почта: [email protected]

  
  

  Одним из основных направлений исследования лаборатории является исследование перспективных технологических процессов и получения инновационных материалов для применения в твердотельной электронике. В частности, предложен способ бездефектного травления нано-структур в пучково-плазменном разряде низкоэнергетичными частицами.
  Также, в лаборатории технологических процессов твердотельной электроники исследовался способ дешевого получения графеновой структуры на поверхности диэлектрической подложки. Создание таких интерфейсов крайне перспективно в развитии технологий электроники, в частности в сенсорных экранах и дисплеях. Работы проводятся на экспериментальном комплексе лаборатории с применением методов физического распыления и химического осаждения в плазменных установках. Основным направлением исследований является создание интерфейсов графен на сапфире и улучшение их свойств.

• Осаждение покрытий методами физического распыления и химического осаждения в разряде с полым катодом

  Руководитель направления Сорокин Иван Александрович ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук эл. почта: [email protected]

  
  

  В настоящее время многие отрасли промышленности нуждаются в производственных процессах осаждения тонких пленок. Увеличение требований, предъявляемых современным покрытиям, требует развития технологических процессов их получения в том числе получения эффективных/высокоскоростных методов осаждения без потери качества конечного изделия. До сих пор остается не решенной задача получения ферромагнитных покрытий, поскольку наиболее распространённый метод вакуумного осаждения – магнетронный, ограничен в применении магнитомягких материалов. Разрабатываемый в лаборатории метод осаждения на основе раскомпенсированного разряда с полым катодом позволяет получать металлические покрытия, в том числе магнитных материалов при низких давлениях без наличия капельной фазы.
  Также, ведутся работы по исследованию возможности получения покрытий с использованием разряда с полым катодов методами физического распыления и химического осаждения. В том числе осаждения функциональных углеродных (алмазоподобных) и композитных покрытий.

• Исследование плазмы магнетронного разряда в импульсных режимах в том числе с добавлением реакционного газа

  Руководитель направления Колодко Добрыня Вячеславич ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук эл. почта: [email protected]

  
  

  Магнетронные методы осаждения покрытий являются наиболее развитыми и применяемыми во всем мире практически во всех промышленных отраслях, где невозможно использование химических методов. Несмотря на активное применение, все еще предлагаются новые подходы в магнетронном осаждении: применение сильноточных импульсных блоков питания разработка особых магнитных систем и др. Особенно остро стоит задача эффективного получения композитных покрытий. Для этой задачи отлично подходит разряд с использованием реакционного газа.
  Текущие исследования в лаборатории связаны с изучением плазмы численными и экспериментальными методами. В том числе разработана численная модель состояния поверхности в условиях импульсного реакционного распыления. Экспериментально исследуются параметры и состав плазмы. В том числе впервые был обнаружен поток ускоренных положительных ионов в магнетронном разряде с использованием кислорода в газовой смеси.

• Исследована возможность повышения однородности травления структур типа «микропровод на изоляторе». Исследования проводились с помощью компьютерного моделирования и технологических экспериментов. Показано, что модуляция потенциала подложки шумоподобным сигналом позволяет значительно повысить качество профиля поперечного сечения ионного пучка, выходящего из плазмы в сторону конструкции в реакторе плазменной обработки с удаленным источником плазмы. Для этого был разработан и испытан источник шумоподобного сигнала и проведено экспериментальное травление тестовых лент из никелевой пленки. Эти эксперименты подтвердили эффективность предложенного метода.

  

  3D-модель образца: 1 — никелевая лента шириной 50 мкм, 2 — контактные площадки, 3 — сапфировая подложка.

  Публикации:
  
  • E.G. Shustin, D. V. Kolodko, V.A. Luzanov, E.N. Mirgorodskaya, I.A. Sorokin, V.P. Tarakanov, M.P. Temiryazeva, E.S. Frolov. Etching of “Microwire-on-Insulator”-Type Structures // Plasma Phys. Reports. 2022. Vol. 48, № 6. P. 638–644

• Предложена методика косвенного измерения толщины тонких углеродных пленок с использованием энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Метод основан на измерении отношения характеристического излучения от материала подложки под анализируемой углеродной пленкой и от материала дополнительного покрывающего слоя. Методика сравнивалась с известным методом, основанным на измерении характеристического излучения материала подложки. Возможности и пределы применимости энергодисперсионной спектроскопии для определения толщины тонких углеродных пленок качественно определены методом численного моделирования методом Монте-Карло характеристических рентгеновских спектров.

  

  Нормированная зависимость I(Si)/I(Au) от толщины углеродной пленки для различных значений толщины золота и энергии электронов.

  Публикации:
  
  • I.A. Sorokin, D.V. Kolodko. On the possibility of indirect measurement of the thin carbon films thickness using energy-dispersive analysis // Thin Solid Films. 2021. Vol. 737. P. 138937

• Исследовался планарный разряд с полым катодом с асимметричным отрицательным потенциалом, приложенным к параллельным катодам. Эффект полого катода сохраняется при приложении к одному из катодов дополнительного высоковольтного смещения. В работе описана система распыления на основе разряда с полым катодом, состоящая из двух катодов: плоской мишени и вольфрамовой сетки, через которую проходит осаждаемый материал. Несимметричная подача напряжения при напылении полого катода приводит к значительному увеличению скорости распыления железа (от 2 до 16 нм/мин), что связано как с увеличением плотности плазмы, так и с увеличением коэффициента распыления материала мишени. Преимуществом системы напыления на основе планарного полого катода является отсутствие магнитного поля, что облегчает осаждение магнитомягких материалов.

  

  Схема прототипа распылительной установки на основе разряда с полым катодом.

  Публикации:
  
  • I.A. Sorokin, D. V. Kolodko. Planar hollow cathode sputtering with asymmetrical voltage supply // Vacuum. Elsevier Ltd, 2023. Vol. 207, № October 2022. P. 111570

• В процессе униполярного реактивного импульсного магнетронного распыления большой мощности с неохлаждаемой медной мишенью в аргонно-кислородных смесях обнаружен поток высокоэнергетических (около 1000 эВ) положительных атомарных ионов кислорода в область подложки. Энергия быстрых положительных ионов O+ близка к величине eVd (e — элементарный заряд, Vd — напряжение разряда), что указывает на их связь с хорошо изученной долей отрицательных ионов O−, испытывающих ускорение в прикатодном слое. Предположительно, наблюдаемые энергичные ионы O+ возникают в результате малоуглового рассеяния быстрых отрицательных ионов O− от других заряженных или нейтральных частиц в плазме с последующим отрывом электрона, ионизацией или перезарядкой.

  

  Сравнение формы измеренных энергоанализатором функции распределения по энергиям положительных ионов с пиками О+ и О-, зарегистрированными масс-анализатором (горизонтальная шкала, нормированная на значение eVd)

  Публикации:
  
  • D. V Kolodko, D.G. Ageychenkov, V.Y. Lisenkov, A. V Kaziev. Evidence of 1000 eV positive oxygen ion flux generated in reactive HiPIMS plasma // Plasma Sources Sci. Technol. IOP Publishing, 2023. Vol. 32, № 6. P. 06LT01.

Информация о лаборатории доступна также на сайте Фрязинского филиала ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН