Синтез композиционных оксидных покрытий на основе разрядной системы с инжекцией электронов

Тюньков, Андрей Владимирович

Синтез композиционных оксидных покрытий на основе разрядной системы с инжекцией электронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

Тюньков, Андрей Владимирович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Синтез композиционных оксидных покрытий на основе разрядной системы с инжекцией электронов»

Автореферат диссертации на тему "Синтез композиционных оксидных покрытий на основе разрядной системы с инжекцией электронов"

УДК 621.793.

На правах рукописи

Тюньков Андрей Владимирович

СИНТЕЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ РАЗРЯДНОЙ СИСТЕМЫ С ИНЖЕКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОНОВ

Специальность 01.04.04 - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 СЕН 2011

ТОМСК-2011

4853039

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Оке Ефим Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Троян Павел Ефимович (ТУСУР, г. Томск);

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Ломаев Михаил Иванович (Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск).

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Национальный

исследовательский Томский политехнический университет»

(г. Томск)

Защита состоится 5 октября 2011 г. в 16-30 на заседании диссертационного совета Д 212.268.04 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники, 634050, г. Томск, пр. Ленина 40, ауд. 203. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск, ул. Вершинина, 74.

Автореферат разослан «30» Сс$¿^/¿хг (Х^ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Ю.П. Акулиничев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Композиционные (многокомпонентные) наноструктурные покрытия, в том числе и покрытия на основе оксидов металлов, представляют собой одно из наиболее перспективных направлений модификации поверхностных свойств различных материалов. Известным и очевидным преимуществом композиционных покрытий является возможность направленного изменения их свойств и параметров за счет варьирования составом покрытия и соотношением входящих в него компонентов.

Интенсивное развитие технологий нанесения оксидных композиционных покрытий ионно-плазменными методами требует дальнейшего развития существующих напылительных систем и создания принципиально новых устройств. Такие устройства должны обладать более широкими функциональными возможностями и обеспечивать в кислородосодержащей среде устойчивость работы и стабильность параметров. Традиционно для получения композиционных оксидных покрытий применяют системы на основе магнетронного разряда или на основе вакуумной дуги. При этом используют либо несколько отдельных напылительных устройств, каждый из которых обеспечивает определенный элемент напыляемого покрытия, либо один распылитель с композитным катодом. Напылительная система, включающая несколько разрядных устройств, позволяет контролировать рост покрытия и регулировать соотношение компонентов во время напыления. Однако такой способ синтеза композиционных покрытий требует сложного и нестандартного оборудования. Задача упрощается, если распыляемый электрод выполнен из композиционного материала, соотношение компонентов которого соответствует требуемому составу покрытия. Но в этом случае любое изменение состава формируемого покрытия требует замены распыляемой мишени.

Известными недостатками магнетронных распылительных систем являются неравномерная выработка катодов и нестабильные параметры разряда

при работе в атмосфере кислорода, что связано с образованием на поверхности катода оксидной пленки. Принципиальной проблемой устройств на основе вакуумной дуги является наличие в плазменном потоке так называемой "капельной" фракции. Использование в вакуумно-дуговых источниках специальных фильтров снижает эффективность транспортировки генерируемого плазменного потока и, соответственно, скорость нанесения покрытий. Кроме того, для обеих разрядных систем необходимо ассистирующее устройство (ионный либо плазменный источник) для очистки и активации поверхности образца перед нанесением покрытий.

Двухступенчатая разрядная система с инжекцией электронов обеспечивает однородную объемную газовую плазму в широком диапазоне давлений с относительно низким уровнем примесей продуктов распыления электродов. Отсутствие в устройстве термоэмиссионного катода обуславливает эффективное функционирование устройства в кислороде и других химически активных газах. Оснащение такой разрядной системы дополнительными распыляемыми электродами с отрицательным относительно плазмы смещением потенциала делает возможным синтез композиционных покрытий оксидов металлов заданного состава. Принимая во внимание преимущества разряда с инжекцией электронов, следует полагать, что такой метод синтеза оксидных композиционных покрытий может стать для ряда применений альтернативой широко используемых в настоящее время магнетронных и вакуумно-дуговых разрядных систем.

Целью работы являлось исследование особенностей функционирования разрядной системы с инжекцией электронов и распыляемыми электродами в кислородосодержащей среде для создания на основе этих исследований газоразрядного напылительного устройства, обеспечивающего синтез оксидных композиционных покрытий с регулируемым соотношением компонентов.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Определены особенности функционирования разрядной системы с инжекцией электронов в среде кислородосодержащей плазмы и выявлены условия, обеспечивающие стабильную и устойчивую работу газоразрядного устройства в течение длительного срока эксплуатации без заметной деградации параметров разрядов.

2. С использованием двухступенчатой разрядной системы с дополнительными распыляемыми электродами показана возможность и определены оптимальные условия синтеза функциональных оксидных композиционных покрытий с регулируемым соотношением компонентов.

3. Исследованы параметры, характеристики и функциональные свойства полученных покрытий.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основании проведенных исследований создан экспериментальный образец газоразрядного напылительного устройства, отличающийся высоким ресурсом при работе в кислородосодержащей среде и возможностью формировать различные по составу композиционные оксидные покрытия с регулируемым соотношением компонентов. На ряде примеров (создание гидрофобных и проводящих покрытий на поверхности стекла) продемонстрирована перспективность использования созданного устройства в технологических процессах модификации поверхностных свойств различных материалов.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием независимых дублирующих экспериментальных методик, сопоставлением

экспериментальных результатов и численных оценок, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании газоразрядного напылительного устройства.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. В двухкаскадной разрядной системе генератора объемной плазмы с плазменным эмиттером электронов некритичность параметров эмиттера к условиям функционирования и параметрам основного разряда в сочетании с подачей рабочего газа кислорода непосредственно в область второй разрядной ступени обеспечивают генерацию плотной объемной кислородосодержащей плазмы в течение длительного срока эксплуатации устройства.

2. Размещение в двухкаскадной разрядной системе с инжекцией электронов дополнительного распыляемого электрода в виде нескольких изолированных секций затрудняет образование на поверхности этого электрода катодных пятен и обуславливает формирование однородного потока распыленных атомов металла. Выполнение секций распыляемого электрода из различных материалов и независимое варьирование энергией распыляющих ионов для каждой секции, делает возможным, при использовании в качестве рабочего газа кислорода, нанесение композиционных оксидных покрытий заданного состава.

3. На основе разрядной системы с инжекцией электронов и дополнительным распыляемым электродом создано многофункциональное ионно-плазменное напылительное устройство, обеспечивающее нанесение функциональных композиционных покрытий оксидов различных металлов с требуемой стехиометрией. Для плоских объектов с линейными размерами 30x30 см2 скорость роста покрытий составляет 0,5 мкм/час, а неоднородность толщины покрытия не превышает ±15%.

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4- и 5й Всероссийских конференциях молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем" (Томск: 11 У, 2008, 2009 гг.), Всероссийских научно-технической конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУ СУР" (Томск, 2010, 2011 гг.), 10й Международной конференции по плазме газового разряда и ее

технологическому применению (Томск, Россия, 2007), 9й, 10й Международных конференциях по модификации поверхности пучками частиц и потоками плазмы (Томск, Россия, 2008,2010).

Личный вклад автора состоит в создании экспериментальной установки, выборе методик эксперимента, проведении исследований и анализе их результатов. Обсуждение задач исследований, методов их решения и результатов анализа экспериментальных данных проводилось совместно с соавторами, фамилии которых указаны в опубликованных по теме диссертации работах. Фамилии соавторов, участвовавших в создании устройства, указаны в прилагаемых к диссертации актах внедрения и патентах. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработана принципиальная конструкция многофункциональной напылительной системы на основе разряда с инжекцией электронов. Окончательная редакция защищаемых научных положений и выводов по работе осуществлялась совместно с научным руководителем диссертации при активном творческом участии соискателя.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в список ВАК. Технические решения, реализованные при создании газоразрядного напылительного устройства, защищены 2 патентами РФ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 136 страниц машинописного текста, 76 иллюстраций. Список используемой литературы включает 163 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, цель, научная новизна и практическая ценность работы. Излагается краткое содержание диссертации, формулируются выносимые на защиту научные положения.

Первая глава "Ионно-плазменные методы формирования композиционных оксидных покрытий" носит обзорный характер и посвящена анализу известных

литературных данных о физических процессах

формирования оксидных и композиционных покрытий.

Особое внимание уделено разрядным системам с инжекцией электронов. Обоснована

целесообразность модернизации газоразрядной системы с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда для дальнейшего ее использования при формировании оксидных композиционных покрытий.

Вторая глава "Методика и техника эксперимента". Представлено детальное описание конструкции экспериментального макета разрядной системы (рисунок 1) и особенности работы данного устройства. Функционально генератор плазмы состоит из трех разрядных ступеней: эмиттера электронов, основного разряда и распылительного узла. При этом первые две ступени обеспечивают генерацию газовой плазмы в объеме вакуумной камеры, включая область вблизи распыляемых мишеней. Плазма генерируется в результате инжекции в объем пучка электронов с регулируемым током и энергией. Выбор оптимальных параметров инжектируемого пучка электронов обеспечивает высокую энергетическую эффективность генерации газоразрядной плазмы с высокой концентрацией при низком рабочем давлении. Эмиттерная ступень генератора плазмы (рисунок 1) образована электродами 1-4. Между полым катодом 2 и сеточным анодом 5 установлен водоохлаждаемый фильтрующий электрод 6. Этот

Рисунок 1 - Схема разрядной системы: 1 -поджигающий электрод, 2 - катод эмитгерного разряда, 3 - отверстие для напуска рабочего газа (аргона), 4 - выходная апертура, 5 - сетчатый катод основного разряда (анод эмитгерного разряда), 6 - фильтрующий электрод, 7 - стенки вакуумной камеры, 8 - водоохлаждаемые держатели, 9 - распыляемая мишень, 10 -подложка.

электрод обеспечивает необходимый перепад давления между эмиттерной и разрядными ступенями генератора плазмы. Он также препятствует выходу продуктов эрозии материала стенок полого катода 2 в объем вакуумной камеры 7. Сеточный электрод 5 является одновременно анодом эмиттерного разряда и катодом основного разряда (второй ступени генератора плазмы). Анодом основного разряда служат заземленные стенки вакуумной камеры. Распыляемая мишень 9 состоит из 6 электрически изолированных друг от друга секций, расположенных симметрично вокруг оси разрядной системы. Разделение электрического питания основного разряда и распыляемых секций мишени обеспечивает возможность одновременного поддержания оптимальных значений энергии инжектированных электронов и напряжения смешения на распыляемой мишени. Секционирование мишени позволило использовать несколько различных материалов и регулировать напряжение смещения на каждой из них. Кроме того, секционирование находящейся под отрицательным потенциалом распыляемой мишени обеспечило более эффективную систему дугогашения. Активная площадь распыления секций мишени составляет 650 см2. Кроме того, форма секционированного распыляемого электрода сделана в форме усеченного конуса, а сами мишени обращены в сторону подложки под большим углом.

Описана методика измерения параметров плазмы с использованием

зондовых

методов

в 1

|о,1 Н

электростатического энергоанализатора Юза-Рожанского, а также

времяпролетного масс-спектрометра.

также

Рисунок 2 - Зависимость процентного соотношения материалов от отношения потенциалов смещения на распыляемых мишенях.

ит/иа, отн.ед.

Рассмотрены методы исследования покрытий с использованием рент-геноструктурного и рентгенофлуорес-центного анализа, а также атомно-силовой микроскопии.

Установлено, что подача инертного газа (аргона) в область эмиттера, а

кислорода в вакуумную камеру значительно увеличивает ресурс ионно-плазменного устройства без заметной деградации его параметров разрядов при работе с кислородосодержащей плазмой. Установка дополнительного распыляемого электрода, выполнение его секций из разнородного материала и варьирование энергией распыляющих ионов обеспечивают формирование композиционных покрытий, в том числе и оксидных, с регулируемым соотношением компонентов (рисунок 2).

Третья глава "Процессы генерации и исследование параметров объемной плазмы разрядной системы с инжекцией электронов" содержит результаты исследований, направленных на изучение процесса генерации объемной кислородосодержащей плазмы в разрядной системе с инжекцией электронов и секционированным распыляемым электродом. Эксперименты показали, что напуск кислорода или аргона в область основного разряда не приводит к изменению параметров эмиттерного разряда, поскольку экранировка полости эмиттерного разряда промежуточным фильтрующим электродом сложной геометрии, а также наличие мелкоструктурной металлической сетки на катоде основного разряда практически исключает влияние плазмы основного разряда на первую разрядную ступень.

- Для системы распыления зависимость тока ионов на мишень от тока эмиттера при постоянном электрическом смещении мишени практически линейна (рисунок 3 слева). Таким образом, изменяя ток эмиттерного разряда, можно регулировать не только количество инжектируемых электронов, но и количество бомбардирующих ионов.

Другим фактором, регулирующим параметры системы распыления, является напряжение основного разряда (рисунок 3 справа). Данное влияние обусловлено увеличением концентрации плазмы в непосредственной близости распыляемых мишеней при соответствующем увеличении энергии инжектируемых электронов. Из зависимостей, представленных на рисунке 3, следует, что увеличение расхода аргона и кислорода (не более 20%) положительным об-

разом влияет на скорость распыления мишеней, а, следовательно, и на скорость роста оксидных покрытий.

0,8 0,6-

i 0,40,20,0 I................ ■ I 0,0.............. ■ --- ■ I ■

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

и , В / , А

осн. эмнг.

Рисунок 3 - Влияние тока эмиттерного разряда (слева) и напряжения основного разряда (справа) на ток на мишени для разных значений давления газовой смеси аргон-кислород: 1 -рд^-Ю"4 Topp (Qat=20 см3/мин.), 2 - par+o2=910"4Topp (Qat=20 см3/мии„ Q02=3 см3/мин.), 3 - рАг+02=1Ю3 Topp (Qat=20 см3/мин., Qm=6 см3/мин.). итш1=500 В, Uoc„.=50B, Po=2,5-10"s Topp.

Необходимо отметить отсутствие влияния напряжения разряда с распыляемыми мишенями на концентрацию газовой плазмы в объеме, что означает отсутствие влияния смещения мишеней на параметры плазмы вблизи подложки, за исключением изменения доли металлического компонента вблизи нее.

Определено, что энергетические спектры электронов состоят из двух групп: низкоэнергетических плазменных электронов и быстрых электронов, имеющих направленную скорость, полученную в результате ускорения в катодном падении основного разряда. При этом максимальная энергия электронов превышает напряжение основного разряда в 2—3 раза. Проведенные параллельно измерения ионного тока на зонд также свидетельствуют о наличии в плазме группы высокоэнергетических электронов с энергией, превышающей приложенное к основному разряду напряжение.

Рассмотрены основные процессы и определены факторы, влияющие на однородность генерируемой плазмы. Приведены результаты теоретических расчетов (соотношение (1)) доли ионов метала, а также экспериментальных исследований масс-зарядового состава объемной плазмы.

0,4

^-х 100% = П"тСи Х(Г,Си х100%

шя .Ar * ^Ил

(1)

где и,си - концентрация ионов меди, п(Аг - концентрация ионов аргона, яат.си -концентрация атомов меди, n„.Ai - концентрация атомов аргона, сг,си - сечение ионизации атома меди, <т1Аг - сечение ионизации атома аргона.

Установлено, что доля ионов металла распыляемого электрода в объемной плазме достаточно мала и не превышает единиц процентов.

Четвертая глава "Синтез

140

120

100

s X 80

Область расположения _мишений_

Катод основного разряда

функциональных композиционных оксидных покрытий" посвящена практическому применению созданного газоразрядного напылительно-го устройства. Определены оптимальные условия размещения распылительного узла и подложки для эффективного осаждения композиционных оксидных покрытий. Показано, что размещение распыляемого узла в области катода основного разряда (в области максимальной концентрации плазмы) обеспечивает наибольшую скорость распыления его секций (рисунок 4). С точки зрения формирования композиционных покрытий оптимальным значением расстояния от подложки с образцом до распылительного узла генератора является 20-30 см, что, с одной стороны, обеспечивает равномерное перемешивание потоков атомов с разнородных мишеней, а с другой, приемлемую для технологии получения тонких прозрачных пленок скорость осаждения 0,5 мкм/ч (рисунок 5). При этом неоднородность покрытий по толщине образцов с линейными размерами

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 JC, СМ

Рисунок 4 - Зависимость толщины покрытия от расстояния системы мишень-подложка до генератора. (Л* „.=50 В, /ЭМЯт.=11 A,t/umn=l kB, /?аг=1- 10"3 Topp, расстояние между мишенями и образцами 15 см, время напыления 10 мин.

30x30 см не превышает ± 15%.

120-

100-

? 80-

я 60-

40-

Представлены результаты исследований по нанесению на поверхность

стекла оксидных композиционных покрытий с характерными гидрофобными и токопроводящими свойствами.

Результаты атомно-силовой микроскопии (рисунок 6) при исследовании гидрофобных образцов показали, что нанесение оксидного покрытия увеличивает шероховатость поверхности приблизительно на порядок величины, причем для компози-

0 5 10 15 20 25 30 35 40 х, см

Рисунок 5 - Зависимость толщины покрытия от расстояния между подложкой и генератором. иЖн.=50 В, W=ll А, иш1ш = 1 кВ, рД[=Ы0'3 Topp, время напыления 10 мин.

ционного покрытия значение шероховатости является наибольшим.

Рисунок 6 - Изображение поверхности образцов, полученное методом атомно-силовой микроскопии. Размер площадки: 4080,3 нм х 4152,2 нм.

Влияние оксидных композиционных покрытий на гидрофобные свойства образцов определялось по измерению угла смачивания и предельного угла скатывания капли дистиллированной воды. Покрытия, содержащие в своем составе цинк (7п0 и Ть2п-0), строение поверхности, которых отчасти напоминает структуру поверхности листа лотоса, показали наилучшие результаты по контактному углу смачивания и предельному углу скатывания. По сравнению с исходной поверхностью контактный угол смачивания увеличивается с 35 ° до 112-113° соответственно, а угол скатывания капли воды уменьшается с 30° до 16°, что позволяет отнести их к гидрофобным покрытиям (контактный угол более 90°). Поверхность с такими свойствами не оставляет следов воды после скатывания капель.

3 2500-ж

о 2000-

й 1500 о

| 1000

500 0

2п0(002)

2#=34.18град.

40 60

2$ град.

гпО(0(М) 23=72,13 град.

100

Рисунок 7

Характерный

рентгенодифракционный спектр пленки оксида цинка.

Полученное токопроводящее покрытие ^пО:А1) обладает заметной проводимостью (не более 100 Ом) и оптически прозрачно. Испытания показали, что поверхность стекла, покрытого такой пленкой, при относительно небольшом

напряжении удается нагреть до 100 °С.

При этом, напряжения 20-30 В оказалось достаточно для удаления с поверхности стекла слоя льда менее чем за минуту. Полученные результаты рентгенодифракционного анализа свидетельствуют об образовании монокристаллической структуры пленки оксида цинка (рисунок 7). Рентгенофлуоресцентный анализ со своей стороны показал, что содержание алюминия в этом покрытии не превышает 1-2%.

В заключении изложены основные результаты работы:

1. Показано, что в двухкаскадной разрядной системе с инжекцией электронов раздельная система газового питания (напуск аргона в катодную область эмиттера, а кислорода непосредственно в вакуумную камеру) является наиболее оптимальным с точки зрения поддержания длительного ресурса эмиттера и стабильности генерации кислородосодержащей плазмы.

2. Установка дополнительного изолированного распыляемого электрода в области катода основного разряда двухкаскадной разрядной системе с инжекцией электронов значительно расширяет функциональные возможности ионно-плазменного устройства, обеспечивая, наряду с генерацией газовой плазмы с минимальным содержанием примесей, и формирование металлических и композиционных оксидных покрытий.

3. Установлено, что секционирование распыляемого электрода, наряду с эффективным предотвращением дугообразования, обеспечивает в случае выполнения секций из различных материалов генерацию многокомпонентного потока атомов металлов с регулируемым соотношением компонентов. При использовании в качестве рабочего газа смеси аргона и кислорода такое устройство обеспечивает синтез композитных оксидных покрытий с заданной стехиометрией состава.

4. Размещение распыляемого узла в области катода основного разряда (в области максимальной концентрации плазмы) обеспечивает наибольшую скорость распыления его секций. Линейная зависимость тока ионов на мишени от количества инжектируемых электронов в результате соответствующего увеличения тока эмиттера можно рассматривать как перспективное направление для увеличения скорости роста пленки. Увеличение расхода аргона и кислорода (не более 20%) также положительным образом влияет на скорость роста оксидных покрытий.

чивается равномерное перемешивание потоков атомов с разнородных мишеней, а с другой - приемлемую для технологии получения тонких прозрачных пленок скорость осаждения 0,5 мкм/ч. При этом неоднородность покрытий по толщине плоских объектов с линейными размерами 30x30 см2 не превышает +15%.

6. Показана принципиальная возможность синтеза функциональных оксидных композиционных покрытий с использованием системы на основе разряда с инжекцией электронов и секционированным распыляемым электродом. На основе Ti-Zn-0 получены покрытия, обладающие существенными гидрофобными свойствами. Покрытие ZnO:Al при сохранении оптической прозрачности обеспечивает заметную электропроводимость. Гидрофобные и электропроводящие свойства полученных покрытий обуславливают их привлекательность для широкого практического применения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Tyunkov A.V. Improved plasma uniformity in a discharge system with electron injection / M.V. Shandrikov, A.V. Tyunkov, A.V. Vizir - Review of Scientific Instruments. - 2009. - V. 80. - P. 023301(4).

2. Two-stage plasma gun based on a gas discharge with a self-heating hollow emitter / E.M. Oks, M.V. Shandrikov, A.V. Tyunkov, A.V. Vizir // Review of Scientific Instruments. - 2010. - V. 81. - P. 02B903(3).

3. Генератор газометаллической плазмы на основе разряда с инжекцией электронов / A.B. Визирь, Е.М. Оке, A.B. Тюньков, М.В. Шандриков // Приборы и техника эксперимента. - 2011. - № 2. - С. 73-77.

4. Формирование функциональных оксидных композиционных покрытий на основе разрядной системы с инжекцией электронов / A.B. Визирь, К.П. Савкин, A.B. Тюньков, М.В. Шандриков, Г.Ю. Юшков // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники,- 2011.-№ 1,4.1-С. 83-88.

5. Shandrikov M.V. Energy spectra of electrons in non-selfsustained low pressure gaseous discharge plasma / M.V. Shandrikov, A.V. Tyunkov, A.V. Vizir - Известия ВУЗов. Физика. - 2007. № 9. - Приложение. - С. 218-221.

6. Тюньков А.В. Улучшение однородности плазмы компенсацией собственного магнитного поля пучка инжектированных электронов / А.В. Тюньков, М.В. Шандриков - Сборник материалов IV Всероссийской конференции молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем". Томск: ТГУ. -2008. - С. 545-548.

7. Тюньков А.В. Разрядная система с инжекцией электронов для формирования наноструктурированных оксидных покрытий / А.В. Тюньков, М.В. Шандриков - Сборник материалов V Всероссийской конференции молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем". Томск: ТГУ. - 2009. - С. 642-645.

8. Тюньков А.В. Формирование композитных гидрофобных покрытий / А.В. Тюньков, М.В. Шандриков - Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР-2010". Томск. - 2010. Ч. 2 - С. 47-50.

9. Тюньков А.В. Формирование проводящих оксидных покрытий / А.В. Тюньков, М.В. Шандриков - Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР-2011". Томск. - 2011. Ч. 2 - С. 73-76.

10. Tyunkov A.V. Improved Bulk Plasma Uniformity in a Discharge System with Electron Injection / M.V. Shandrikov, A.V. Tyunkov, A.V. Vizir - Proc. of 9th International Conference on modification of materials with particle beams and plasma flows. Tomsk. Russia. - 2008. - P. 61-64.

11. Measurements of Plasma and Ion Flow Parameters In Modified Gaseous Discharge System With Electron injection / A.S. Bugaev, V.I. Gushenets, Oks E.M., M.V. Shandrikov, A.V. Tyunkov, A.V. Vizir,, G.Yu. Yushkov // Proc. of 10th International conference on modification of materials with particle beams and plasma flows. Tomsk. Russia. - 2010. - P. 31-34.

12. The Measurements of Electron Temperature in Gaseous Bulk Plasma with Electron Injection / E.M. Oks, M.V. Shandrikov, A.V. Tyunkov, A.V. Vizir // Proc. of 10th International conference on modification of materials with particle beams and plasma flows. Tomsk. Russia. - 2010. - P. 41-44.

13. Discharge System with Electron Injection for Formation of Composite Metal-Oxide Hydrophobic Coatings / A.G. Nikolaev, K.P. Savkin, M.V. Shandrikov, N.S. Sochugov, A.V. Tyunkov, A.V. Vizir // Proc. of 10й International conference on modification of materials with particle beams and plasma flows. Tomsk. Russia. -2010.-P. 594-597.

14. Пат. 92240 РФ. Устройство для нанесения оксидных композиционных покрытий/ А.В. Визирь (РФ), Е-М.Окс (РФ), А.В.Тюньков (РФ), М.В.Шандриков (РФ), Г.Ю.Юшков (РФ).- №2 009 141 688 / 22; заявл. 11.11.09; опубл. 10.03.10, Бюл. №7.-2 с.

15. Пат. Положительное решение от 04.04.11 по заявке №2010104592107. Плазменный эмиттер электронов / А.В. Визирь (РФ), Е.М. Оке (РФ), А.В. Тюньков (РФ), М.В. Шандриков (РФ), Г.Ю. Юшков (РФ).

Тираж 100 экз. Заказ 841. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (83822) 533018.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Тюньков, Андрей Владимирович

Введение

1. Ионно-плазменные методы формирования композиционных оксидных покрытий

1.1. Формирование оксидных покрытий

1.2. Особенности формирования композиционных покрытий

1.3. Генераторы плазмы на основе разрядных систем с инжекцией электронов

1.4. Выводы и постановка задач исследований

2. Методика и техника эксперимента 39 2.1 Экспериментальный макет напылительного устройства

2.2. Методика измерений параметров плазмы

2.2.1. Методика измерения энергетических спектров электронов

2.2.2. Зондовая методика

2.2.3. Использование времяпролетной методики

2.3. Определение оптимальных условий нанесения покрытий

2.4. Методика измерений структуры, состава и толщины покрытий

2.5. Выводы

3. Процессы генерации и исследование параметров объемной плазмы разрядной системы с инжекцией электронов

3.1. Характеристики и параметры разрядов

3.2. Энергетические спектры электронов

3.3. Температура электронов в объемной плазме

3.4. Однородность параметров плазмы

3.5. Масс-зарядовый состав ионов в плазме

3.6. Выводы

4. Синтез функциональных композиционных оксидных покрытий

4.1. Влияние параметров эксперимента на скорость роста покрытий

4.2. Формирование гидрофобных оксидных покрытий

4.3. Формирование электропроводящих оксидных покрытий

4.4. Выводы 112 Заключение 114 Список использованной литературы 118 Приложения

Введение диссертация по физике, на тему "Синтез композиционных оксидных покрытий на основе разрядной системы с инжекцией электронов"

Композиционные (многокомпонентные) наноструктурные покрытия, в том числе и покрытия на основе оксидов металлов, представляют собой одно из наиболее перспективных направлений модификации поверхностных свойств различных материалов. Известным и очевидным преимуществом композиционных покрытий является возможность направленного изменения их свойств и параметров за счет варьирования составом покрытия и соотношением входящих в него компонентов.

Известными недостатками магнетронных распылительных систем являются неравномерная выработка катодов и нестабильные параметры разряда при работе в атмосфере кислорода, что связано с образованием на поверхности катода оксидной пленки. Принципиальной проблемой устройств на основе вакуумной дуги является наличие в плазменном потоке так называемой "капельной" фракции. Использование в вакуумно-дуговых источниках специальных фильтров снижает эффективность транспортировки генерируемого плазменного потока и, соответственно, скорость нанесения покрытий. Кроме того, для обеих разрядных систем необходимо ассистирующее устройство (ионный либо плазменный источник) для очистки и активации поверхности образца перед нанесением покрытий.

Двухступенчатая разрядная система с инжекцией электронов обеспечивает однородную объемную газовую плазму в широком диапазоне давлений с относительно низким уровнем примесей продуктов распыления электродов. Отсутствие в устройстве термоэмиссионного катода обуславливает эффективное функционирование устройства в кислороде и других химически активных газах. Оснащение такой разрядной системы дополнительными распыляемыми электродами с отрицательным относительно плазмы смещением потенциала делает возможным синтез композиционных покрытий оксидов металлов заданного состава. Принимая во внимание ряд преимуществ разряда с~ инжекцией электронов, следует полагать, что такой метод синтеза оксидных композиционных покрытий может стать для ряда применений альтернативой широко используемых в настоящее время магнетронных и вакуумно-дуговых разрядных систем.

Таким образом, целью диссертационной работы является исследование особенностей функционирования разрядной системы с инжекцией электронов и распыляемыми электродами в кислородосодержащей среде для создания на основе этих исследований газоразрядного напылительного устройства, обеспечивающего синтез оксидных композиционных покрытий с регулируемым соотношением компонентов.

Научная новизна работы заключается в том, что:

3. Исследованы параметры, характеристики и функциональные свойства полученных покрытий.

Диссертационная работа состоит из четырех глав.

Первая носит обзорный характер и посвящена анализу известных литературных данных о физических процессах формирования оксидных и композиционных покрытий. Особое внимание уделено разрядным системам с инжекцией электронов. Обоснована целесообразность модернизации газоразрядной системы с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда для дальнейшего ее использования при формировании оксидных композиционных покрытий.

Вторая глава посвящена методике и технике эксперимента. Представлено детальное описание конструкции экспериментального макета разрядной системы и особенности работы данного устройства. Описана методика измерения параметров плазмы с использованием зондовых методов и электростатического энергоанализатора Юза-Рожанского, а также времяпролетного масс-спектрометра. Рассмотрены методы исследования покрытий с использованием рентгеноструктурного и.рентгенофлуоресцентного анализа, а также атомно-силовой микроскопии. Приведены результаты исследований, позволяющие значительно увеличить ресурс ионно-плазменного устройства без заметной деградации его параметров разрядов при работе с кислородосодержащей плазмой. Кроме этого, представлены результаты исследований, свидетельствующие о возможности формирования с помощью данного устройства композиционных покрытий оксидов металлов с, регулируемым соотношением компонентов.

В третьей главе представлены результаты исследования процесса, генерации объемной плазмы в разрядной системе с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда и секционированным распыляемым электродом. Рассмотрены основные процессы и определены факторы, влияющие на однородность генерируемой плазмы. Приведены результаты исследований масс-зарядового состава объемной плазмы.

Четвертая глава посвящена практическому применению созданного газоразрядного напылительного устройства. Определены оптимальные условия размещения распылительного узла и подложки для эффективного осаждения композиционных оксидных покрытий. Представлены результаты исследований по нанесению оксидных композиционных покрытий с характерными гидрофобными и токопроводящими свойствами.

На основании полученных результатов формулируются следующие научные положения:

2. Размещение в двухкаскадной разрядной системе с инжекцией электронов дополнительного распыляемого электрода в виде нескольких изолированных секций затрудняет образование на поверхности этого электрода катодных пятен и обуславливает формирование однородного потока распыленных атомов металла. Выполнение секций распыляемого электрода из различных материалов и независимое варьирование энергией распыляющих ионов для каждой секции делает возможным, при использовании в качестве рабочего газа кислорода, нанесение композиционных оксидных покрытий заданного состава.

30x30 см скорость роста покрытий составляет 0,5 мкм/час, а неоднородность толщины покрытия не превышает ±15%.

Заключение диссертации по теме "Физическая электроника"

Основные результаты работы:

2. Установка дополнительного изолированного распыляемого электрода в области катода основного разряда двухкаскадной разрядной системе с инжекцией электронов значительно расширяет функциональные возможности ионно-плазменного устройства, обеспечивая наряду с генерацией газовой плазмы с минимальным содержанием примесей и формирование металлических и композиционных оксидных покрытий.

3. Установлено, что секционирование распыляемого электрода, наряду с эффективным предотвращением дугообразования, обеспечивает в случае выполнения секций из различных материалов генерацию многокомпонентного потока атомов металлов с регулируемым соотношением компонентов. При использовании в качестве рабочего газа смеси аргона и кислорода, такое устройство обеспечивает синтез композитных оксидных покрытий с заданной стехиометрией состава.

4. Размещение распыляемого узла в области катода основного разряда (в области максимальной концентрации плазмы) обеспечивает наибольшую скорость распыления его секций. Линейная зависимость тока ионов на мишени от количества инжектируемых электронов в результате соответствующего увеличения тока эмиттера можно рассматривать, как перспективное направление для увеличения скорости роста пленки. Увеличение расхода аргона и кислорода (не более 20%) также положительным образом влияет на скорость роста оксидных покрытий.

5. С точки зрения формирования композиционных покрытий оптимальным значением расстояния от подложки с образцом до распылительного узла генератора является 20-30 см. При таком удалении, с одной стороны, обеспечивается равномерное перемешивание потоков атомов с разнородных мишеней, а с другой - приемлемую для технологии получения тонких прозрачных пленок скорость осаждения 0,5 мкм/ч. При этом неоднородность покрытий по толщине плоских объектов с линейными размерами 30x30 см2 не превышает ±15%.

6. Показана принципиальная возможность синтеза функциональных оксидных композиционных покрытий с использованием системы на основе разряда с инжекцией электронов и секционированным распыляемым электродом. На основе Тл^п-О получены покрытия, обладающие существенными гидрофобными свойствами. Покрытие 2пО:А1 при сохранении оптической- прозрачности обеспечивает заметную электропроводимость. Гидрофобные и электропроводящие свойства полученных покрытий обуславливают их привлекательность для широкого практического применения.

Достоверность и обоснованность результатов, работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием независимых дублирующих экспериментальных методик, сопоставлением экспериментальных результатов и численных оценок, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании газоразрядного напылительного устройства.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4й и 5й Всероссийских конференциях молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем" (Томск: ТГУ, 2008, 2009 гг.), Всероссийских научно-технической конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР" (Томск, 2010, 2011 гг.), 10й Международной конференции по плазме газового разряда и ее технологическому применению

Томск, Россия, 2007), 9й, 10й Международных конференциях по модификации поверхности пучками частиц и потоками плазмы (Томск, Россия, 2008,2010).

По результатам диссертационной работы опубликовано 13 работ [150— 162], в том числе 4 статьи [150-153] в журналах, входящих в список ВАК. Технические решения, реализованные при создании напылительного устройства, защищены 2 патентами РФ [99,163].

Созданное в результате проведенных исследований газоразрядное напылительное устройство используется в лаборатории плазменных источников Института сильноточной электроники СО РАН для проведения, исследований по формированию оксидных композиционных покрытий и их использованию, в технологических процессов модификации поверхностных свойств различных материалов.

Личный вклад автора состоит в создании экспериментальной установки, выборе методик эксперимента, проведении исследований и анализе их результатов. Обсуждение задач исследований, методов их решения и результатов анализа экспериментальных данных проводилось совместно с соавторами, фамилии которых указаны в опубликованных по теме диссертации работах. Фамилии соавторов, участвовавших в создании устройства, указаны в прилагаемых к диссертации актах внедрения и патентах. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработана принципиальная конструкция многофункциональной напылительной системы на основе разряда с инжекцией электронов. Окончательная редакция защищаемых научных положений и выводов по работе осуществлялась совместно с научными руководителями диссертации при активном творческом участии соискателя.

В заключение автор искренне благодарит д.т.н., профессора Е.М. Окса и K.T.H.j н.с. М.В. Шандрикова, под руководством которых была выполнена данная работа. Автор признателен в.н.с., д.т.н. Юшкову Г.Ю. и с.н.с., д.т.н. Визирю A.B. Лаборатории плазменных источников ИСЭ СО РАН за интерес и поддержку работы, а также другим сотрудникам лаборатории за помощь в проведении экспериментов. Автор отдельно благодарит н.с., Лаборатории прикладной электроники ИСЭ СО РАН к.ф.м.н. Оскомова К.В. за проведенные исследования микрорельефа поверхности образцов и их толщины, а также операторов "Томского материаловедческого центра коллективного пользования" за проведенные исследования структуры и состава полученных покрытий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Тюньков, Андрей Владимирович, Томск

1. Гусев В.К., Сухоруков В.В., Кутьина Н.В., Виноградов А.С. Способ формирования топологического рисунка пленки диоксида олова // Патент Российской Федерации № 2053584.

2. Трусов А.А., Гущин О.П., Бокарев В.П. Способ реактивно-ионного травления нитрида кремния // Патент Российской Федерации № 2194336.

3. Ollis D.F., Al-Ekabi Н. Photocatatytic Purification of Water and Air. Amsterdam: Elsevier, 1993. 432 p.

4. Xu M., Huang N., Xiao Z., Lu Z. Photoexcited Ti02 nanoparticles through *OH-radicals induced malignant cells to necrosis // Supramol. Sci., 1998. V. 5. P. 449-451.

5. Maness P., Smolinski S., Jacoby W.A. et al. Bactericidal Activity of Photocatalytic Ti02 Reaction: toward an Understanding of Killing Mechanism // Applied and Environmental Microbiology, 1999. V. 65. №9. P. 4094-4098.

6. Yang Q., Zhao L.R. Microstructure, mechanical and tribological properties of novel multi-component nanolayered nitride coatings // Surf. & Coat. Techn., 2005. V. 200. P. 1709-1713.

7. Заводинский В.Г., Чибисов A.H. Влияние примесей на стабильность и электронные состояния диоксида титана в форме анатаза // Физика твердого тела, 2009. Т. 51. №3. С. 477-482.

8. Geunjae Kwak, Minsu Seol, Youngjo Так and Kijung Yong. Superhydrophobic ZnO Nanowire Surface: Chemical Modification and Effects of UV Irradiation // J. Phys. Chem. C, 2009. V. 113 (28), P. 12085-12089.

9. Karuppuchamy S., Jeong J.M. Super-hydrophilic amorphous titanium dioxide thin film deposited by cathodic electrodeposition // Materials Chemistry and Phisics, 2005. V. 93. №2-3. P. 251-254.

10. O.Ivan P. Parkin and Robert G. Palgrave. Self-cleaning coatings // Journal of Materials Chemistry, 2005. V. 15. P. 1689-1695.

11. Lei Miaoa, Sakae Tanemura, Yoichi Kondob, et al. Microstructure and bactericidal ability of photocatalytic ТЮ2 thin films prepared by rf helicon magnetron sputtering // Applied Surface Science, 2004. V. 238. P. 125-131.

12. Лыньков JI.M., Молодечкина T.B., Богуш B.A., Борботько Т.В. Легированные оксиды титана и циркония в технологии формирования защитных покрытий // Доклады БГУИР, 2004. №3. С. 73-84.

13. Ефименко А.В., Семенова Т.Л., Гордиенко П.С. Формирование защитных покрытий на графите методом микроискрового оксидирования // Электронный журнал «Исследовано в России». С. 1177-1182.

14. Баинов Д.Д., Кривобоков В.П., Легостаев В.Н. Оптимизация параметров» плазменных теплоотражающих покрытий // Известия Томского политехнического университета, 2004. Т. 307. №2. С. 29-33.

15. Ананьин П.С., Асаинов О.Х., Блейхер Г.А. Плазменная установка для нанесения теплосберегающих покрытий // Известия Томского политехнического университета, 2004. Т. 307. №6. С. 53-59.

16. Zakharov A.N., Oskomov K.V., Sochugov N.V. Transparent Conducting AlLdoped Zinc Oxide Films Reactively Sputtering on PET Substrates // Изв. вузов. Физика, 2007. № 9. Приложение. С. 457-459.

17. Tsyganov I., Maitz M.F., Wieser E. Blood compatibility of titanium-based coatings prepared by metal plasma immersion ion implantation and deposition//Applied Surface Science, 2004. V. 235. P. 156-163.

18. Цыганов И.А., Позднякова А.И., Рихтер Э., Майтц М.Ф. Получение гемосовместимых покрытий на основе титана с помощью методаплазменно-иммерсионной ионной имплантации и осаждения металлов // Физика твердого тела, 2007. № 1. С. 52-56.

19. Берлин E., Двинин С., Морозовский Н., Сейдман JI. Реактивное ионно-плазменное-травление и осаждение // Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2005. №8. С. 78-80.

20. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные1 системы. М.: Радио и связь, 1982. 72 с.

21. Tsyganov I., Maitz M.F., Wieser Е., et al. Structure and properties of titanium oxide l'ayerSiprepared by metal plasmas immersion ion-implantation and deposition// Surf. & Coat.Techn., 2003. V. 174-175. P. 591-596.

22. Кузьмичев А.И. Магнетронные распылительные системы. Кн. 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. К.: Аверс, 2008.-244 с.

23. Жуков В.В., Кривобоков В.П., Янин С.Н. Распыление мишени магнетронного диода в присутствии внешнего ионного источника // ЖТФ, 2006. Т. 76. № 4. С. 61-66.

24. Фоменко B.C. Эмиссионные свойства материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1970. С. 148.

25. Хороших В.М. Стационарная вакуумная дуга в технологических системах для обработки поверхностей // ФИЛ, 2003. Т. 1. №1. С. 19-26.

26. Аксенов Д.С., Аксенов И.И., Стрельницкий В.Е Вакуумно-дуговые источники эрозионной плазмы с магнитными фильтрами: обзор // Вопросы атомной науки и техники, 2007. № 2. С. 190-202.

27. Шулаев В.М., Андреев А.А. Сверхтвердые наноструктурные покрытия в ННЦ ХФТИ // ФИЛ, 2008. Т. 6. № 1-2. С. 4-19.

28. Борисов Д.П., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Генерация объемной плазмы дуговым разрядом с накаленным катодом // Известия вузов: Физика, 1994. №3. С. 115-120.

29. Zaleskii Yu.G., Nazarov N.I., Potapenko V.A. et al. // abstracts of 4-th Int. Conf. on the new diamond science and technology. Japan: Kobe, 1994. P: 190.

30. Zheng S.K., Wang T.M., Xiang G., Wang C. Photocatalytic activity of nanostructured ТЮ2 thin films prepared by DC magnetron sputtering method // Vacuum, 2001. V. 62. P. 361-366.

31. Dwight R. Acosta, Arturo Carlos R. Magana, Jesus M. Ortega. Electron and Atomic Force Microscopy studies of photocatalytic titanium dioxide thin films deposited by DC magnetron sputtering // Thin Solid Films, 2005. V. 490. P. 112-117.

32. Guoxing Li, Bo Wang, Yi Liu, et al. Fabrication of superhydrophobic ZnO/Zn surface with nanowires and nanobelts structures using novel plasma assisted thermal vapor deposition // Applied Surface Science, 2008. V. 255, №5 Part 2. P. 3112-3116.

33. Michael J. DeVries, Chris Trimble, Thomas E. Tiwald et aK Optical constants of crystalline WO3 deposited by magnetron sputtering // J. Vac. Sci. Technol., 1999. A 17(5). P. 2906-2910.

34. P. Mohan Babu, B. Radhkrishna, G. Venkata Rao et al. Bias voltage dependence properties of reactive magnetron sputtered indium oxide films // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 2004. V. 6. №1. P. 205-210.

35. Sung Uk Lee, Won Seok Choi, Byungyou Hong. Synthesis and characterization of Sn02 : Sb film by dc magnetron sputtering method for applications to transparent electrodes // Phys. Scr., 2007. V. 129. P. 312-315.

36. Bobkov V.V., Alimov S.S., Andreiev V.V. et al. Transitional Phenomena in Magnetron Discharge // 29th EPS Conf. on Plasma Phys. and Contr. Fusion, 2002. V. 26B P. 2.028.

37. Гончаров A.A., Демчишин A.B., Костин Е.Г. и др. Характеристики Цилиндрического магнетрона и реактивное напыление в нем пленок бинарных соединений // ЖТФ, 2007. Т. 77. №8. С. 114-119.

38. Блонский И.В., Гончаров А.А., Демчишин А.В. и др. Исследование плазмодинамических и оптических характеристик цилиндрического газового разряда магнетронного типа в условиях синтеза пленок нитрида титана // ЖТФ, 2009. Т. 79. №7. С. 127-132.

39. Гончаров А.А., Евсюков А.Н., Костин Е.Г. и др. Синтез нанокристаллических пленок диоксида титана в цилиндрическом газовом разряде магнетронного типа и- их оптическая характеризация // ЖТФ, 2010. Т. 80. №8. С. 127-135.

40. Захаров A.H., Соловьев А.А., Сочугов Н.С. Повышение эффективности цилиндрических магнетронных распылительных систем с вращающимся катодом // Прикладная физика, 2003. №5. С. 41-45.

41. Leng Y.X., Huang N., Yang P. at al. Structure and properties of biomedical Ti02 Films synthesized by dual plasma deposition // Surface and Coating Technology, 2002. V. 156. P. 295-300.

42. Leng Y.X., Huang N., Yang P. at al. Influence of oxygen pressure on the properties and biocompatibility of titanium oxide fabricated by metal ion implantation and deposition // Thin Solid Films, 2002. V. 420-421. P. 408^113.

43. Thorwarth G., Mandl S., Rauschenbach B. Plasma immersion ion implantation using titanium and oxygen ions // Surface and Coating Technology, 2000. V. 128-129. P. 116-120.

44. Васин А. И., Дороднов, A. M., Петросов! В: А. О существовании вакуумной дуги с распределенным разрядом на расходуемом катоде // Письма в ЖТФ, 1979. Т. 5. №24. С. 1459-1505.

45. Дороднов А: М., Кузнецов А. Н., Петросов В. А. О новом типе вакуумной дуги в парах анода с нерасходуемым' полым катодом // Письма в ЖТФ, 1979. Т. 5. №16. С. 1001-1006.

46. K.C.Walter, M.Nastasi, C.Munson Adherent diamond-like carbon coatings on metal via plasma source ion implantation // Surf.&Coat.Techn., 1997. V. 93. P. 287-291.

47. K.Baba, R.Hatada, Formation of amorphous carbon thin films by plasma source ion implantation // Surf. & Coat. Techn., 1998. V. 103-104. P. 235239.

48. Берлин E.B. Высокочастотный газоразрядный источник ионов высокой плотности с низкоимпедансной антенной // Патент Российской Федерации № 2171555.

49. Берлин Е., Двинин С., Морозовский Н., Сейдман JI. Реактивное ионно-плазменное травление и осаждение // Электроника: НТБ, 2003. №2. С. 54-56.

50. Berlin E.V., Grigoriev V.U. Radio Frequency Plasma Generator foril

51. Technological Purposes // Proc. 10 Conference on Modification of

52. Андреев Ю.А., Захаров А.Н., Климов А.И. и др. Плазменный источник на основе СВЧ-разряда с электронно-циклотронным резонансом // ПТЭ, 1997. № 1.С. 108-110.

53. Стогний А.И., Корякин С.В., Марченко А.В. и др. Лабораторный генератор С.В.Ч. — плазмы для обработки поверхностей // ПТЭ, 2004. №4. С. 164-165.

54. Буров И.В., Лисенко А.А. Современное состояние и перспективы развития технологии вакуумного дугового нанесения износостойких покрытий // Вакуумная техника и технология, 2002. Т. 12. № 1. С. 55-60.

55. Yang Q., Zhao L.R. Microstructure, mechanical and tribological properties of novel multi-component nitride coatings // Surf, and Coat. Technol., 2005. V. 200. P.1709-1713

56. Yang Q., Zhao L.R. Microstructure, mechanical and tribological properties of novel multi-component nitride coatings // Surf, and Coat. Technol., 2005. V. 200. P.1709-1713.

57. Carneiro J.O., Teixeira V., Coutinho P., et al. Iron-doped photocatalytic Ti02 sputtered coatings on plastics for self-cleaning application // Materials Science and Engineering B, 2007. V. 138. P. 144-150.

58. Jiaguo Yu., Huogen Yu., Lee S.C. at al. Preparation, characterization and photocatalytic activity of in situ Fe-doped Ti02 thin films // Thin Solid Films, 2006. V. 496. P. 273-280.

59. Клеперис Я.Я., Родионов А.Н., Лусис А.Р. Электрохромные зеркала -твердотельные ионные устройства // Электрохимия, 1992. Т. 28. №10. С.1450-1455.

60. Берлин Е., Сейдман Л. Нанесение толстых диэлектрических покрытий в вакууме. Технология и оборудование. Часть 2 // Электроника: НТБ, 2009. №4. С. 70-75.

61. Sakae Tanemura, Yukimasa Mori, Shoichi Toh, et al. Fabrication and characterization of anatas/rutile-TiC>2 thin films by magnetron sputtering: a review // Science and Technology of Advanced Materials, 2005. V. 6. P. 11-17.

62. Береснев B.M:, Копейкина М.Ю., Клименко C.A. Многокомпонентные и многослойные вакуумно-дуговые покрытия для режущего инструмента // Вопросы атомной науки* и техники, 2008. № 1. С. 152-158.

63. Аксенов И.И., Аксенов Д.С., Васильев В.В., и др. Формирование потоков вакуумно-дуговой плазмы источниками с широкоапертурным фильтром // Вісник Харківського університету, 2008. № 794. С. 3-20.

64. Dennis G. Teer. Magnetron sputter ion plating // US Patent № 5,556,519, 1996.

65. Воронов A.B., Сергеев В.П., Сергеев О .В., и др. Получение нанокомпозитных покрытий на основе системы Ti-Al-Si-N с помощью двух магнетронов // Известия Томского политехнического университета, 2009. Т. 315. №2. С. 147-150.

66. Оноприенко А. А., Данил енко Н.И., Косско И. А. Структурные изменения при отжиге в композиционных пленках системы углерод-медь // Наноструктурное материаловедение, 2008. №1, С. 52-58.

67. Gavrilov N.V., Mamaev A.S., Medvedev A.I., Murzakaev A.M. Steel Interconnects With Magnetron-Sputtered Mn-Co-0 Spinel Coatings for Solid Oxide Fuel Cells // Изв. вузов. Физика, 2007. №9. Приложение. С. 228-291.

68. Grifin K.A., Pakhomov A.B., Wang C.M., et al. Intrinsic Ferromagnetism in Insulating Cobalt Doped Anatas Ti02 // Physical review letters, 2005. V. 94. 157204. P.1-4.

69. Шулаев В.М., Андреев A.A., Прибытков Г.А., и др. Вакуумно-дуговое осаждение наноструктурных Ti-Si-N покрытий из многокомпонентной плазмы// ФИП, 2008. Т. 6. №1-2. С. 105-113.

70. Береснев В.М., Соболь О.В., Погребняк А.Д. Особенности структурно-фазового состояния многокомпонентных покрытий на основе Zr-Ti-Si-N, полученных методом вакуумно-дугового осаждения // Вопросы атомной науки и техники, 2009. №6. С. 158-161.

71. Рябчиков А.И. Многокомпонентные ионные пучки на основе вакуумной дуги // Известия ВУЗов. Физика,1994. №3. С. 34-52.

72. Семенов А.П. Устройство распыления ионным пучком в вакуумном универсальном посту (ВУП-4) // ПТЭ, 1986. № 2. С. 220-221.ч

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

74. Семенов А.П., Смирнягина- H.H., Халтанова В.М:, Белянин А.Ф. О' выращивании тонких пленок металлооксидов распылением ионным пучком // Физика и химия обработки материалов, 1993. № 4. С. 99-104.

75. Семенов А.П. Выращивание тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников распылением ионным пучком (обзор) // ПТЭ, 1993. №. 2. С. 11-27.

76. Душкин В.А., Марковец Ю.В., Михайлова JI.H., Кузьмин A.A., Сорокин В.А. Устройство для распыления материалов в вакууме // Патент Российской Федерации № 2049152

77. Батурин В.А., Еремин С.А. Масс-спектрометрические исследование процессов ионного распыления при высоких энергиях первичных ионов // Ж. нано-i електрон. физ., 2009. Т. 1. № 1. С. 80-103.

78. Kaufman H.R., Robinson R.S., Seddon R.I. End-Hall ion source // J. Vac. Sei. Technol., 1987, A5 (4), P. 2081.

79. Zhurin V.V., Kaufman H.R., Kahn J.R. Biased target deposition // J. Vac. Technol. A, 2000. V. 18(1). P. 37-41.

80. Gavrilov N.V., Mesyats G.A., Radkovskii G.V. et al. Development of technological sources of gas ions on the basis of hollow-cathode glow discharges // Surf.&Coat.Techn., 1997. V. 96. № 1. P. 81-88.

81. Шандриков М.В. Формирование а-С:Н покрытий на металле из плазмы ацетилена и исследование их свойств // Сборник материалов* IV Всероссийской конференции, молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем". Томск: ТГУ, 2008. С. 558-561.

82. Визирь А.В., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Несамостоятельный тлеющий, разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников // ЖТФ, 1997. Т. 67. № 6: С. 28-31.

83. Гаврилов Н.В., Каменецких А.С. Характеристики ионного источника с плазменным катодом и многополюсной магнитной системой удержания быстрых электронов // ЖТФ, 2004. Т. 74. № 9. С. 97-102.

84. Brown I.G. The Physics and Technology of Ion Source. New York: John Wiley & Sons. 444 p.

85. Завьялов M.A., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А. и др. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиздат, 1989. 256 с.

86. Визирь А.В., Тюньков А.В., Шандриков М.В.,Юшков Г.Ю:,Оке Е.М. Плазменный эмиттер электронов // Патент Российской Федерации, положительное решение от 04.04.11 по заявке №2010104592107.

87. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969. 184 с.

88. Оке Е.М., Чагин А.А. Сильноточный магнетронный разряд в плазменном эмиттере электронов // ЖТФ, 1988. Т. 58. № 6. С. 1191-1193.

89. Марченко Ю.А., Перун Н.В., Сасса И.В., Ванжа А.Ф. Источник ионов для установки ионно-стимулированного осаждения покрытий Арго-2 //Вопросы атомной науки и техники, 2010. № 1. С. 157—159.

90. Гушенец В.И., Коваль Н.Н., Толкачев B.C., Щанин П.М. Эмиссионные свойства плазменного катода на основе тлеющего разряда для генерации пучка электронов наносекундной длительности //ЖТФ, 1999. Т. 69. № 11. С. 62-65.

91. Gavrilov N.V., Kamenetskikh A.S. The Features of Gridded Plasmath

92. Cathode Operation at Ion Sources // Proc. 13- International, symposium on high current electronics. Tomsk, Russia, 25-29 July 2004, P. 45-52.

93. Nikulin S.P., Chichigin D:F., Tretnikov P.V. Energetic Efficiency of Ion Emitters Based"on Glow Discharges with Oscillating Electrons // Proc. 13th International symposium on high current electronics. Tomsk, Russia, 25-29 July 2004, P: 70-73.

94. Гаврилов H.B., Каменецких A.C. Расширение рабочего диапазона давления газа и увеличение ресурса сетки плазменного катода в ионном источнике // ЖТФ, 2007. Т. 77. № 3. С. 12-16

95. Гаврилов H.B., Каменецких A.C. Особенности функционирования плазменного катода с сетчаотй стабилизацией в двухступенчатом ионном источнике // ЖТФ, 2006. Т. 76. № 2. С. 57-61.

96. Григорьев C.B., Коваль H.H., Щанин П.М. Дуговой разряд с полым катодом // Патент Российской Федерации №2227962.

97. Визирь A.B., Оке E.M., Шандриков M.B., Юшков Г.Ю. Генератор объемной плазмы на основе разряда с плазменным катодом // ПТЭ, 2003. №3. С. 108-111.

98. Гаврилов Н.В., Мамаев А.С. Низкотемпературное азотирование титана в плазме низкоэнергетического электронного пучка // Письма в ЖТФ, 2009. Т. 35. № 15. С. 57-64.

99. Gavrilov N.V., Emlin D.R., Kameneiskikh A.S. Research of The Plasma Cathode with a Coarse-Cellular Grid // Изв. вузов. Физика, 2007. № 9. Приложение. С. 30-34.

100. Визирь А.В., Оке Е.М., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Генерация объемной плазмы на основе сильноточного газового разряда с внешней инжекцией электронов // Прикладная физика, 2004. № 6. С. 115-119.

101. Vizir A.V., Oks Е.М., Shandrikov M.V., Yushkov G.Yu. Effective Source of High Purity Gaseous Plasma // Proc. 7th Conference on

102. Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, Russia, 24-29 September 2000, P. 81-84.

103. Оке E.M. Условия образования и эмиссионные свойства объемной плазмы дугового разряда низкого давления: Дисс. . канд.физ.-мат.наук, Томск, ИСЭ СО РАН, 1985.

104. Шандриков М.В. Генераторы низкотемпературной плазмы на основе разряда низкого давления с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда: дис. .канд. техн. наук. — Томск: ИСЭ СО РАН, 2005.

105. Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. М. Наука 1978, с. 224.

106. Hughes A.LI., McMillen J.H. Re-focussing of electron paths in a radial lectrostatic field // Physical Review, 1929. V. 34. P. 284.

107. Stephens* W.E. Magnetic Refocussing of Electron Paths // Physical Review, 1934. V. 45. P. 513-518.

108. Смирнов A.C., Уставщиков А.Ю., Фролов K.C. Система инициирования катодного- пятна в ионном источнике на основе вакуумой дуги // ПТЭ, 1996. № 2. С. 94-100.

109. Kemp R.F., Sellen J.M. Plasma potential measurements by electron emissive probes // Rev. Sci. Instrum., 1966. V. 37. № 4. P. 455-461.

110. Козлов O.B. Электростатический зонд в плазме. М.: Атомиздат, 1969. 292 с.

111. Лебедев Ю.А. Введение в зондовую диагностику плазмы пониженного давления: Учебное пособие. М.: МИФИ, 2003. 56 с.

112. Fujita Н., Nowak S., Hoegger В.А., Schneider Н. Potential measurement by an emissive probe in a magnetized plasma // Physics Letters A, 1980. V. 78. № 3. P. 263-265.

113. Оке E.M. Основы физики низкотемпературной плазмы. Томск: ТУСУР, 1997. 87 с.

114. Brown I.G., Kelly J.C. A new method for ion charge state analysis // Appl. Phys., 1988. V. 63. P. 254-258.

115. Юшков Г.Ю. Источники широкоапертурных пучков ионов газов и металлов на основе дугового и тлеющего разрядов, функционирующих при пониженном давлении: дис. . д-ра техн. наук. Томск: ИСЭ СО РАН, 2001.

116. Щанин П.М. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером-Екатеринбург: УИФ "Наука", 1993. 80 с.

117. Gavrilov N.V., Mesyats G.A., Nikulin S.P., Anthony J. Perry, Jamse R. Treglio. New broad beam gas ion source for industrial application // J. Vac. Sei. Technol. A., 1996. V. 14(3). P. 1050-1055.

118. Никулин С.П., Кулешов C.B. Генерация однородной плазмы в тлеющих разрядах низкого давления // ЖТФ, 2000. Т. 70. № 4. С. 18-23.

119. Barthlott, Wilhelm; Ehler, N. Raster-Elektronenmikroskopie der Epidermis-Oberflächen von Spermatophyten // Tropische und subtropische Pflanzenwelt (Akad. Wiss. Lit. Mainz), 1977. V. 19. P. 110.

120. BARTHLOTT, W. (1998): Europäisches Patent 95927720.3/0772514: „Selbstreinigende Oberflächen von Gegenständen sowie Verfahren zur Herstellung derselben".

121. Young, Т. An Essay on the Cohesion of Fluids // Phil. Trans. R. Soc. Lond, 1805. V. 95. P. 65-87.

122. Wang S. Jiang, L. Definition of superhydrophobic states // Advanced Materials, 2007. V. 19. P. 3423-3424.

123. Xintong Zhang, Min Jin, Zhaoyue Liu, et al. Superhydrophobic Ti02 Surfaces: Preparation, Photocatalytic Wettability Conversion, and Superhydrophobic-Superhydrophilic Patterning // J. Phys. Chem. C, 2007. V. Ill (39),P. 14521-14529.

124. Adam Steele, Ilker Bayer, and Eric Loth. Inherently Superoleophobic Nanocomposite Coatings by Spray Atomization // NANO LETTERS, 2009. V. 9, № l.P. 501-505.

125. Xinjian Feng, Jin Zhai, and Lei Jiang. The Fabrication and Switchable Superhydrophobicity of TiO Nanorod Films // Angew. Chem. Int. Ed., 2005. V. 44. P. 5115-5118.

126. Chao-Hua Xue ,Shun-Tian Jia ,Hong-Zheng Chen and Mang Wang. Superhydrophobic cotton fabrics prepared by sol-gel coating of Ti02 and surface hydrophobization // Sci. Technol. Adv. Mater., 2008. V. 9. 035001(5 P.).

127. Hong- R.J., Jiang X., Szyszka B. et al. Comparison' of the ZnO:Al Films Deposited in Static and Dynamic Modes by Reactive Mid-Frequency Magnetron Sputtering // J. Cryst. Growth. 2003 V. 253. № 1-4. P. 117-128.

128. Семкина T.B., Комащенко B.H., Шмырева JI.H. Оксидная электроника как одно из направлений прозрачной электроники // Электроника и связь, 2010. № 3, С. 20-28.

129. Szyszka В., Sittinger V., Jiang X., et al. Transparent and conductive ZnO:Al films deposited by large area reactive magnetron^ sputtering. Thin Solid Films, 2003, V. 442, P. 179-183.

130. Seong Hun Jeong, Bit Na Park, Dong-Geun Yoo, Jin-Hyo Boo. Al-ZnO Thin Film as Transparent Conductive Oxides: Synthesis, Characterization, and Application Tests // Journal of the Korean Physical Society, 2007. V. 50. №3, P. 622-625.

131. Сумм Б.Д. Гистерезис смачивания // Соросовский образовательный журнал, 1999. №7, С. 98-102.

132. Vizir A.V., Tyunkov A.V., Shandrikov M.V. Improved plasma uniformity in a discharge system with electron injection // Rev. Sci. Instrum., 2009. V. 80, P. 023301(4).

133. Vizir A.V., Tyunkov A.V., Shandrikov M.V., Oks E.M. Two-stage plasma gun based on a gas discharge with a self-heating hollow emitter // Rev. Sci. Instrum., 2010. V. 81, P. 02B903(3).

134. Визирь A.B., Оке E.M., Тюньков A.B., Шандриков М.В. Генератор газометаллической плазмы на основе разряда с инжекцией электронов // ПТЭ, 2011. №2, С. 73-77.

135. Vizir А.V., Tyunkov A.V., Shandrikov M'.V. Energy spectra of electrons in non-selfsustained low pressure gaseous discharge plasma // Изв. вузов. Физика, 2007. №9. Приложение, С. 218-221.

136. Тюньков А.В., Шандриков М.В. Формирование композитных гидрофобных покрытий // Материалы докладов Всероссийской научнотехнической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР-2010", Томск, 2010. часть 2, С. 47-50.

137. Тюньков А.В., Шандриков М.В. Формирование проводящих оксидных покрытий // Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР-2011", Томск, 2011. часть 2, С. 73-76.

138. Vizir, A.V., Bugaev A.S., Gushenets V.I., Oks E.M., Tyunkov A.V.,

139. Shandrikov M.V., Yushkov G.Yu. Measurements of Plasma, and Ion Flow

140. Parameters In Modified Gaseous Discharge System With*Electron-injection tli

141. Proc: of 10 International conference on modification of materials with, particle beams and plasma,flows. Tomsk, Russia, Sept 19-24, 2010. P. 3134.

142. Визирь A.B., Оке E.M., Тюньков A.B., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Устройство для нанесения оксидных композиционных покрытий // Патент Российской Федерации № 92240.