ВЛИЯНИЕ ИОННО-АССИСТИРУЕМОГО ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ ПОКРЫТИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ВОДОРОДА В Cr/Si-, Ti/Si- И Zr/Si-СТРУКТУРАХ

УДК 539.1.06:539.23.234

  • Тульев Валентин Валентинович – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры физики. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: tvv69@mail.ru

Ключевые слова: ионно-ассистируемое осаждение, кремний, хром, титан, цирконий, водород, метод резонансных ядерных реакций.

Для цитирования: Тульев, В. В. Влияние ионно-ассистируемого осаждения металлсодержащих покрытий на содержание водорода в Cr/Si, Ti/Si и Zr/Si-структурах / В. В. Тульев // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. - Минск : БГТУ, 2020. - № 2 (236). - С. 85-88. - Библиогр.: 7 назв. - ил., табл.

Аннотация

В данной работе обсуждаются экспериментальные результаты по изучению распределения водорода в приповерхностных слоях Cr/Si-, Ti/Si- и Zr/Si-структур, сформированных ионно-ассистируемым осаждением в вакууме. Этот метод заключается в осаждении покрытия на подложку при одновременном облучении формируемой структуры ускоренными ионами материала покрытия. Осаждение покрытий осуществлялось при ускоряющих напряжениях U = 5−10 кВ, плотности ионного тока ∼6−20 мкА/см2 , время осаждения покрытий составляло 1–12 ч, что соответствовало интегральным потокам ассистирующих ионов ∼(1−12) ⋅ 1017 ион/см2 . В рабочей камере в процессе осаждения покрытий поддерживался вакуум при давлении ~10−2 Па. Состав и распределение элементов по глубине в сформированных покрытиях изучались методом резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия в сочетании с компьютерным моделированием RUMP, а распределение водорода по глубине − методом резонансных ядерных реакций.

Установлено, что при ионно-ассистируемом нанесении металлсодержащих (Cr, Ti и Zr) покрытий на кремний формируются поверхностные структуры толщиной ∼100−400 нм в зависимости от времени осаждения. В состав покрытия входят атомы осаждаемого металла, атомы из подложки (Si), атомы технологических примесей кислорода, углерода и водорода. Сформированные покрытия содержат ∼1–20 ат. % водорода в зависимости от параметров осаждения покрытий. Источником атомов примесей (Н, С и О) в покрытиях является летучая фракция углеводородов вакуумного масла диффузионного паромасляного насоса.

Установлено также, что наибольшее количество водорода содержится в структуре Ti/Si. Концентрация водорода уменьшается в ∼1,5–2 раза при повторных сканированиях образцов пучком анализирующих ионов N+, что связано с дегазацией атомов водорода, которые химически слабо связаны с атомами покрытия.

Список литературы

  1. Анализ ядерно-физическими методами состава покрытий, нанесенных на Al осаждением Zr и W при одновременном облучении одноименными ионами / В. В. Тульев [и др.] // Физика и химия обработки материалов. 1998. № 4. С. 33–36.
  2. Наноразмерные поверхностные слои титанового сплава, сформированные ионно-лучевым перемешиванием углерода с подложкой / В. Л. Воробьев [и др.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2019. № 10. С. 102–107.
  3. Белый А. В., Кукареко В. А. Структурное состояние и изностойкость модифицированных ионами азота хромистых сталей // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 104, № 6. С. 641–649.
  4. Doolittle L. R. A semiautomatic algorithm for rutherford backscattering analysis // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 1986. Vol. B15. Р. 227–234.
  5. 15N Doppler spectroscopy of 1 H on diamond / S. Jan [et al.] // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 1994. Vol. B85. P. 321–325.
  6. Ziegler J. F., Biersack J. P., Littmark U. The stopping and range of solids. New York: Pergamon Press, 1985. 321 p.
  7. Wistron R. E., Brgesen P., Sass S. L. Deuterium trapping in evaporated metal films // Acta Metall. Mater. 1993. Vol. 41, no. 12. P. 355–356.
Поступила 01.04.2020