Внутренние напряжения в углеродных конденсатах, формируемых импульсным вакуумно-дуговым методом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ФОРМИРУЕМЫХ ИМПУЛЬСНЫМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ

МЕТОДОМ

Специальность 01.04 07. - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук

профессор

Камышанченко П.В.

Белгород - 2005

Работа выполнена в Белгородском государственном университете

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор физико-математических наук,

профессор Камышанченко Н.В.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор физико-математических наук,

профессор Федоров В.А.;

кандидат физико-математических наук, Беленко В.А.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Физико-технический институт

им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург

Защита состоится 27 октября 2005 г. в «/¿>> часов на заседании специализированного совета Д 212.015.04 Белгородского государственного университета по адресу: 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного университета.

Автореферат разослан « 26у> сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Савотченко С.Е.

¿ооб-Ц

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Модифицирование поверхности различных изделий путем нанесения тонких пленок в вакууме с использованием плазмы используется в промышленности для улучшения их трибологических характеристик. Сверхтвердые углеродные покрытия, формируемые в результате конденсации ускоренных частиц углерода на подложке, привлекают постоянное внимание исследователей. Особенность этих покрытий и основной недостаток - аномально-высокие внутренние напряжения сжатия, которые вызывают изгиб подложки и при увеличении толщины покрытия до определенного значения приводят к его отслаиванию. В качестве примера этого процесса можно рассматривать изгиб кантилевера (микрозонда) сканирующего зондового микроскопа, на который нанесено твердое углеродное покрытие.

Анализ литературных источников показывает, что внутренние напряжения в углеродных конденсатах носят структурный характер, а возникновение их связывают с процессами генерации радиационных дефектов и последующей их эволюцией. Однако, в этих работах недостаточно данных о влиянии частичных вакансий, глубины залегания имплантированных атомов углерода и последующего отжига на величину внутренних напряжений сжатия. Отсутствует и теоретически обоснованный подход к проблеме снижения внутренних напряжений в углеродных конденсатах, формируемых в условиях ионной бомбардировки.

В настоящее время разработаны физические модели формирования конденсатов, в которых определена роль радиационных точечных дефектов в уплотнении конденсатов. Установлена зависимость плотности формируемых конденсатов от энергии ионов и степени ионизации плазменного потока. Однако существующие модели не объясняют причин возникновения экстремального значения величины внутренних напряжений в углеродном

покрытии в диапазоне

учитывают

особенностей влияния угла наклона потока ионов к подложке на величину внутренних напряжений. Кроме того, недостаточно экспериментальных исследований по влиянию температуры отжига на характер изменения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, полученных при различных температурах подложки и энергетических характеристиках ионов. Поэтому возникает необходимость в разработке модели, учитывающей зависимость величины внутренних напряжений не только от общего количества радиационных дефектов, но также от вида этих дефектов и глубины их залегания.

Проведение исследований в данном направлении позволит расширить наше представление о механизмах возникновения внутренних напряжений, определить основные пути их уменьшения, а также снизить вероятность отслаивания сверхтвердого углеродного покрытия от подложки. В связи с вышеизложенным, изучение проблемы снижения внутренних напряжений сжатия в углеродных твердых покрытиях является актуальным не только в научном плане, но и в практическом аспекте.

Цель работы: установление условий формирования и методов последующей обработки углеродного конденсата, получаемого из импульсного потока углеродной плазмы, способствующих снижению величины внутренних напряжений в нем.

Научная новизна работы

1. С использованием предложенной в данной работе феноменологической модели и компьютерного моделирования процессов взаимодействия ускоренных ионов углерода с формируемым конденсатом определены основные пути снижения внутренних напряжений в углеродном покрытии

2. Установлено, что на величину внутренних напряжений влияет не только общее количество радиационных дефектов, генерируемых в углеродном конденсате при ионной бомбардировке, но также их вид и распределение по глубине.

3. В процессе проведенных экспериментальных исследований установлены зависимости величины внутренних напряжений в углеродном конденсате от энергии ионов, степени ионизации плазмы, угла наклона потока ионов к подложке и степени легирования азотом, имеющие удовлетворительное совпадение с результатами моделирования и оценочными расчетами.

4. Установлено, что наибольшее влияние на величину внутренних напряжений оказывает угол наклона потока плазмы к подложке в процессе формирования покрытия и последующий его отжиг.

5. Показано, что анализ экспериментальных зависимостей изменения внутренних напряжений при последующем отжиге, может быть использован для идентификации покрытия и экспресс-анализа его свойств.

Практическая ценность работы.

Полученные результаты расширяют существующие представления о механизмах возникновения внутренних напряжений в тонких твердых пленках углерода, что может быть использовано для совершенствования технологии нанесения тонких пленок в вакууме, разработки методов снижения внутренних напряжений и расширения областей их применения, в частности, в нанотехнологии.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Феноменологическая модель и результаты анализа основных механизмов возникновения внутренних напряжений в углеродном конденсате, формируемом в условиях ионной бомбардировки.

2. Результаты оценочных расчетов и компьютерного моделирования влияния условий формирования покрытий, выявленных в результате моделирования процессов возникновения и миграции радиационных дефектов, приводящих к возникновению внутренних напряжений сжатия в конденсате.

3. Результаты экспериментальных исследований изменения внутренних напряжений в углеродных конденсатах в зависимости от параметров процесса их формирования и последующего отжига.

4. Результаты анализа процесса отжига углеродных покрытий как метода снижения внутренних напряжений и метода анализа структурных особенностей получаемых конденсатов.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях-

• IX Межгосударственная конференция «Радиационная повреждаемость и конструкционная способность материалов». - Белгород, 2001.

• 15-й международный симпозиум "Тонкие пленки в оптике и электронике». -Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003.

• 14th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides&Silicon Carbide, Salzburg, Austria, 2003.

• 9th International Conference on New Diamond Science and Technology, Waseda University International Conference Center Tokyo, Japan, March 26-29, 2004.

• 4-й Научно-практический симпозиум «Функциональные покрытия для повышения качества поверхностей изделий машиностроения». - Харьков: ННЦ ХФТИ, 16-20 мая, 2005.

• Международная молодежная научная конференция «XXXI Гагаринские чтения». - Москва: МАТИ, 5-9 апреля, 2005.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора в проведении исследований и получении результатов является определяющим. Все результаты, приведенные в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Полный объем работы составляет 164 страницы.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цель и задачи исследования. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и прикладная ценность полученных результатов. Схематично изложено содержание диссертации.

Первая глава является обзорной и состоит из шести разделов.

В разделе 1 / изучены структурные особенности углеродных конденсатов, получаемых в условиях ионной бомбардировки на холодных подложках. Проанализированы методы, используемые для расшифровки аморфных структур. Приведены результаты исследований структуры углеродных конденсатов, полученные во многих работах.

В разделе 12 особое внимание сосредоточено на радиационных точечных дефектах, являющихся следствием облучения поверхности тел ускоренными частицами. Изучены основные положения поликластерной модели аморфных тел, которая позволяет понять процессы, протекающие при облучении в аморфных телах.

В разделе 1.3 приведена классификация внутренних напряжений и изучена физическая природа их возникновения. Уделено внимание изучению внутренних напряжений, возникающих в углеродных конденсатах, формируемых в условиях ионной бомбардировки.

В разделе 1 4 изучены методы исследования внутренних напряжений в тонких пленках, определены их преимущества и недостатки. Анализ существующих методов измерения внутренних напряжений позволил выявить наиболее перспективные методы для исследования внутренних напряжений в углеродных покрытиях.

В разделе 15 проведен анализ работ, в которых рассматриваются различные методы снижения внутренних напряжений в тонких пленках. Приведены экспериментальные и теоретические результаты по снижению

внутренних напряжений в углеродных конденсатах, полученных различными методами.

В разделе 16 приведены физические модели, объясняющие возникновение внутренних напряжений в покрытиях в условиях ионной бомбардировки: теоретическая модель ионно-индуцированного уплотнения пленок; радиационно-диффузионная модель уплотнения пленок; модель, состоящая из двух составляющих, каждая из которых описывает процессы, происходящие при конденсации углеродного алмазоподобного покрытия в определенном временном интервале. Рассмотрены два метода компьютерного моделирования столкновений ион - твердое тело: метод Монте-Карло в приближении парных соударений и метод молекулярной динамики (ММД').

На основании литературных источников можно сделать вывод, что структура пленок углерода, полученных в условиях ионной бомбардировки, представляет собой мелкодисперсную (аморфную) основу различного фазового состава с включением кристаллов всевозможных модификаций углерода, описать которую в рамках единой модели практически невозможно. Анализ литературных источников дает основание утверждать, что внутренние напряжения в углеродных конденсатах носят структурный характер, и возникновение их связывают с процессами генерации радиационных дефектов и последующей их эволюцией. В заключении отмечено, что возникает необходимость в разработке модели, учитывающей зависимость величины внутренних напряжений не только от общего количества радиационных дефектов, но также от вида этих дефектов и глубины их залегания. А также необходимость учесть особенности влияния угла наклона потока ионов к подложке на величину внутренних напряжений. Таким образом, необходимо теоретически обосновать подход к проблеме снижения внутренних напряжений в углеродных конденсатах, формируемых в условиях ионной бомбардировки.

Исходя из вышеизложенного, сформулирована цель исследования и определены основные задачи, требующие своего решения.

Вторая глава посвящена теоретическому анализу основных механизмов возникновения внутренних напряжений в углеродном конденсате, формируемом в условиях ионной бомбардировки с использованием феноменологической модели, учитывающей роль частичных вакансий и угла наклона потока плазмы относительно подложки - 0 .

В разделе 21 изучены основные процессы, происходящие при низкоэнергетичном ионном облучении поверхности.

В разделе 2 2 изложены общие положения моделирования процессов радиационного повреждения в твердых телах, на основании которых разработана феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных конденсатах, формируемых в условиях ионной бомбардировки. Для моделирования выбрана программа SRIM-2003.20 (The Stopping and Range of Ions in Matter), которая является современной версией программы TRIM-98. SRIM относится к группе программ компьютерного моделирования, предназначенных для расчета торможения и пробегов ионов с энергиями в диапазоне 10 эВ - 2 ГэВ, использующих квантово-механические подходы к процессу ион-атомных столкновений.

В разделе 2 3 представлена феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений сжатия в углеродных конденсатах, формируемых в условиях ионной бомбардировки, которая основана на модели ионно-индуцированного уплотнения конденсатов, но отличающаяся тем, что в ней учтено влияние частичных вакансий, образующихся в процессе ионной бомбардировки. Кроме того, учтено влияние угла наклона потока плазмы относительно подложки - в на физические процессы, сопутствующие ионной бомбардировке, которые подробно рассмотрены в разделе 2.2.

С учетом вышесказанного, скорость роста покрытия в условиях бомбардировки ионами инертного газа может быть представлена уравнением вида:

J.

(1)

Pf

где - величина потока нейтральных атомов, Jm - величина потока ионов, Е, - энергия ионов, в - угол наклона потока ионов к поверхности подложки, Nd(E„0)- количество атомов, смещенных одним ионом в глубину конденсата, а Nv(E,,0)- количество вакансий генерируемых одним ионом, -

коэффициент распыления, R(E,, ff) - коэффициент отражения, со - средний объем, приходящийся на атом пленки углерода.

Без ионной бомбардировки, когда на подложке формируется покрытие с меньшей плотностью p'f, но с большей скоростью, уравнение для скорости роста покрытая преобразуется в следующий вид:

Процесс рекомбинации может быть описан с учетом коэффициента рекомбинации для частичных вакансий и межузельных атомов уравнением вида:

где аы - радиус зоны рекомбинации (ап = 1а), Л£л - энергетический барьер рекомбинации, к - постоянная Больцмана, Т - температура подложки, Д и д - коэффициенты диффузии точечных дефектов.

С учетом имплантации атомов углерода, образованных при рекомбинации ионов углерода J¡mC выражение (1) преобразуется в (4).

Р/

где ЫЩ,в)- количество имплантированных атомов углерода, находящихся в позиции частичного межузельного атома.

(2)

(3)

Уравнение (4) можно использовать для расчета скорости роста углеродного конденсата из потока ионов, генерируемых вакуумно-дуговым разрядом, а также при катодном распылении. Кроме того, уравнение (4) дает возможность определить скорость формирования углеродного покрытия с атомной плотностью р1 ,(р° < < 1)

Рг'Яг- (5)

'бе

В случае бомбардировки формируемого конденсата ионами углерода с энергией недостаточной для ионной имплантации и образования радиационных дефектов (Е, < Еь), выражение (4) преобразуется к виду,

г = (6)

и скорость роста покрытия определяется суммой потоков нейтральных частиц и ионов углерода, рекомбинирующих на подложке или в непосредственной близости от нее.

Известно, что бомбардировка поверхности пленки быстрыми ионами одновременно с уплотнением конденсата создает в нем внутренние напряжения структурного характера. Возникновение внутренних напряжений является следствием изменения объема конденсата, вызванного ионной имплантацией и генерацией частичных точечных дефектов.

Т.о., с учетом изменения объема углеродного конденсата, вызванного ионной имплантацией и генерацией частичных точечных дефектов, введя приведенные коэффициенты дилатации для межузельных атомов к,, смещенных атомов и для вакансий выражение для скорости роста (4) можно преобразовать в уравнение (7). Данные коэффициенты были введены Эшелби с учетом того, что межузельный атом будет обычно образовывать положительный центр дилатации, соответствующий расширению, а вакансия будет центром сжатия.

Рг

Величина АР = - в первом приближении пропорциональна линейной деформации покрытия, тогда внутренние напряжения сжатия могут быть определены из выражения

0 = = , (8) "л

где М - модуль упругости и коэффициент Пуассона, соответственно.

Уравнения (4) и (7) включают в себя технологические параметры процесса формирования углеродного конденсата в условиях ионной бомбардировки, которые могут быть заданы и проконтролированы. Однако, точного решения этих уравнений получить невозможно, так как неизвестны значения коэффициентов дилатации. Эти выражения могут быть успешно использованы для качественного анализа влияния технологических параметров процесса на величину внутренних напряжений и поиска приемлемых способов их снижения.

Третья глава посвящена исследованию йлияьия условий формирования покрытий, выявленных в результате моделирования процессов генерации и последующей миграции радиационных дефектов, приводящих к возникновению внутренних напряжений сжатия в конденсате.

В разделе 3 I рассмотрено влияние энергии ионов и степени ионизации плазмы на величину внутренних напряжений в углеродных конденсатах.

В разделе 3 2 исследовано влияние угла наклона потока углеродной плазмы к поверхности подложки на величину внутренних напряжений в углеродных конденсатах. Скорости генерации точечных дефектов и профили их распределения по толщине формируемой углеродной пленки получены с помощью про1раммы компьютерного моделирования процессов взаимодействия ионов с поверхностью 8ШМ-2(Ш.20. Для моделирования быгто задано среднее значение энергии ионов углерода из экспериментально

установленного диапазона 30 - 70 эВ Параметры моделирования приведены в таблице 1. Результаты моделирования представлены в таблице .

Таблица 1

Параметр Обозначение, ед измерения Величина исходных параметров моделирования

Энергия иона Е„ э В 50

Угол падения ионов е," 0, 70

Пороговая энергия смещения £„ Э В 25

Поверхностная энергия связи Е„ эВ 7,41

Энергия связи Е,, эВ 2

Плотность покрытия р, г/см3 3,2

Т.о., уменьшение глубины залегания частичных радиационных дефектов может привести к уменьшению их общего количества за счет интенсификации процессов взаимной рекомбинации, связанных с увеличением коэффициента поверхностной диффузии. Это должно сказаться на величине внутренних напряжений. Увеличение коэффициента распыления также может влиять на величину внутренних напряжений, так как уменьшается количество «замурованных» вакансий.

Таблица 2

Угол падения ионов 0 градусов Угол падения ионов 70 градусов

Количество событий 1000 1000

Количество вакансий/ион 0,7 0,7

Средняя глубина залегания ионов, А 5 3

Коэффициент распыления, атом/ион 0,035 0,079

Количество отраженных ионов, шт 0 290

Потери энергии, % • Ионизация • Генерация вакансий • Генерация фононов 35 4 61 33 4 63

На основе полученных данных и обоснованного предположения о повышенном значении коэффициента поверхностной диффузии радиационных дефектов, сделан вывод о существенном влиянии угла отклонения потока ионов от нормали к подложке на величину внутренних напряжений.

В разделе 3 3 определено влияние температуры подложки на величину внутренних напряжений в углеродных конденсатах. Доказано, что увеличение температуры подложки приведет к интенсификации диффузионных процессов и формированию менее плотной структуры, но с меньшим уровнем внутренних напряжений в ней.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований изменения внутренних напряжений в углеродных конденсатах в зависимости от технологических параметров процесса их формирования и последующего отжига.

В разделе 41 приведено описание экспериментальной методики измерения внутренних напряжений, учитывающей особенности свойств аморфных углеродных конденсатов.

В разделе 4 2 представлены экспериментальные зависимости величины внутренних напряжений в углеродном конденсате от условий его формирования и последующего отжига.

Представлена зависимость внутренних напряжений от величины ускоряющего напряжения смещения (рис.1).

Рис.1. Зависимость внутренних напряжений от величины ускоряющего напряжения смещения.

При повышении потенциала до II = 600В наблюдается снижение величины внутренних напряжений, которое обусловлено тем, что ускоряющее напряжение смещения способствует формированию покрытия с большим количеством частичных вакансий, которые приводят к уменьшению внутренних напряжений сжатия.

Приведены зависимости величины внутренних напряжений от температуры отжига в углеродных конденсатах, полученных при различной степени ионизации плазменного потока (рис.2)

Рис.2. Зависимости величины внутренних напряжений в углеродных конденсатах от температуры отжига.

Очевидно, что магнитное поле усиливает взаимодействие электронов с плазмой, что обуславливает образование большего количества ионизированного компонента, и, тем самым, увеличивает степень ионизации плазменного потока Т о, можно сделать вывод о том, что снижение степени ионизации плазменного потока углерода приводит к уменьшению уровня внутренних напряжений сжатия в углеродном покрытии в определенном диапазоне энергии ионов (50эв> Е1 > 25эВ).

Экспериментальные зависимости величины внутренних напряжений в углеродных конденсатах от температуры отжига при различных углах падения плазменного потока углерода представлены на рис.3. Энергия ионов составляла 50 эВ

температура отжига, гродС

Рис. 3. Зависимости величины внутренних напряжений в углеродных конденсатах от температуры отжига

Результаты исследований зависимости величины внутренних напряжений в углеродных конденсатах, полученных при различных углах падения плазменного потока углерода, от температуры отжига показывают, что: • снижение величины внутренних напряжений при отклонении потока ионов углерода от нормали обусловлено уменьшением глубины залегания имплантированных ионов углерода и частичных вакансий. Это подтверждает предположения об интенсификации диффузионных процессов

и процессов рекомбинации радиационных дефектов при уменьшении глубины залегания дефектов. • скорость формирования покрытия значительно уменьшается по мере увеличения угла относительно нормали к поверхности формирования покрытия, так как увеличиваются количество отраженных ионов и коэффициент распыления покрытия. Поэтому увеличение угла наклона ионов углерода к подложке свыше 70° нецелесообразно.

Представлены зависимости величины внутренних напряжений в углеродных и в азотсодержащих углеродных конденсатах, полученных при различных температурах подложки Ts = 50 (2,5 Гц), 100 (5 Гц) и 150 °С, от температуры отжига (рис.4).

9 • е

Е,

Iе 15 1 4

!з |2

• 1

О

ГПТ1 (4

—1 1 Т 1 -

----------- -

-50 -100 -150

О 100 200 250 300 350 400 <25 450 475 тетвратура отяааа араЛС

Рис.4. Зависимости величины внутренних напряжений в углеродных конденсатах от температуры отжига.

Из анализа полученных результатов (рис.4) можно сделать следующие выводы:

• на экспериментальных зависимостях, представленных на рис.4, наблюдается тенденция снижения величины внутренних напряжений до температуры отжига 400 °С. В меньшей степени снижение величины внутренних напряжений наблюдается для покрытий, полученных при более высоких температурах подложки, что связано, вероятно, с отжигом радиационных дефектов в процессе формирования покрытия;

• ступенчатый характер изменения величины внутренних напряжений в углеродных конденсатах при последующем отжиге может быть связан с наличием в конденсате вакансионных комплексов различной конфигурации и, следовательно, характеризующихся различной энергией миграции;

Следовательно, увеличение температуры подложки приведет к интенсификации диффузионных процессов и формированию менее плотной структуры, но с меньшим уровнем внутренних напряжений в ней. Подробное теоретическое обоснование полученных экспериментальных результатов представлено в главе 3, п.3.3.

На рис.7 представлены зависимости величины внутренних напряжений от давления азота в вакуумной камере.

О 150 200 250 300 350 400 425 450 475 температура отжияа зраОС

Рис.7. Зависимости величины внутренних напряжений в углеродных азотсодержащих конденсатах от температуры отжига

В результате проведенных исследований отмечено, что: напуск азота в вакуумную камеру приводит к формированию конденсатов с более низким уровнем величины внутренних напряжений по сравнению с углеродным конденсатом, сформированным без напуска азота; наблюдается снижение величины внутренних напряжений для азотсодержащих пленок, полученных при различном давлении азота; уменьшение величины внутренних напряжений при увеличении содержания азота, связано с интенсификацией процесса взаимодействия азота и ионов

углерода, приходящих на подложку, что приводит к преобладанию 5рг-фазы в формируемом конденсате

Полученные экспериментальные зависимости имеют удовлетворительное совпадение с результатами оценочных расчетов и предположений, полученных на основании анализа феноменологической модели возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, формируемых импульсным вакуумно-дуговым методом.

В разделе 4.3 представлены экспериментальные зависимости изменения величины внутренних напряжений в углеродном конденсате (в процентах) от условий его формирования и последующего отжига, позволяющие использовать их для анализа динамики изменения исследуемого параметра и идентификации покрытий.

Раздел 4 4 посвящен сопоставлению экспериментальных данных с результатами моделирования.

В результате проведенных экспериментальных исследований показано, что наибольшее влияние на величину внутренних напряжений при последующем отжиге оказывает угол наклона потока плазмы к подложке. Установлено, что отжиг углеродных покрытий позволяет снизить величину внутренних напряжений, а исследование зависимостей изменения величины внутренних напряжений дает возможность использовать их в качестве метода анализа структурных особенностей получаемых конденсатов. Показано, что анализ данных изменения внутренних напряжений при отжиге может быть также использован для идентификации покрытия и экспресс-анализа его свойств.

В пятой главе, приведены результаты анализа процесса отжига углеродных покрытий как метода снижения внутренних напряжений и метода анализа структурных особенностей получаемых конденсатов. Изучено влияние параметров отжига на величину внутренних напряжений.

В разделе 5 1 проанализировано влияние параметров отжига на величину внутренних напряжений.

Рассмотрены особенности миграции точечных дефектов в покрытии при отжиге и при наличии в нем неоднородного поля внутренних напряжений

В разделе 5 2 приведены исследования особенностей структуры углеродных конденсатов по результатам анализа экспериментальных кривых изменения внутренних напряжений при отжиге. Для обоснования предлагаемого метода рассмотрены основные параметры, использованные при анализе:

• исходная величина внутренних напряжений в углеродном конденсате;

• начальная температура, при которой происходит изменение величины внутренних напряжений в покрытии;

• характерные точки кривой изменения внутренних напряжений при отжиге;

• предельная температура отжига;

• величина изменения внутренних напряжений.

Сделан вывод о том, что отжиг углеродного конденсата позволит существенно снизить величину внутренних напряжений в нем, если удастся определить температуру отжига, при которой произойдет релаксация структуры в результате диффузии. Однако в структуре сохраняется ближний порядок связей между атомами углерода с преобладанием зр3-фазы, т.е. отжиг не приводит к графитизации структуры. Показано, что разработанная методика анализа данных изменения внутренних напряжений при отжиге может быть использована для идентификации покрытия и экспресс-анализа его свойств.

Основные результаты диссертационной работы.

1. Разработана феноменологическая модель скорости роста покрытия из потока атомарных и ускоренных ионизированных частиц, основанная на модели ионно-индуцированного уплотнения конденсатов, но отличающаяся тем, что учитывается роль частичных вакансий, образующихся в процессе ионной бомбардировки, которые при определенной их концентрации могут привести к возникновению внутренних напряжений растяжения в конденсате. Кроме того,

учитывается влияние угла наклона потока плазмы относительно подложки - 0 , на которой формируется покрытие. Данная модель может быть использована для расчетов, качественного анализа влияния технологических параметров процесса на величину внутренних напряжений и поиска приемлемых путей снижения внутренних напряжений в твердых углеродных пленках. Модель дополняет существующие в настоящее время представления о радиационном «распухании», основанные на кластеризации вакансий.

2. На основании расчетов и компьютерного моделирования процессов взаимодействия ускоренных ионов углерода с формируемым конденсатом определены основные способы снижения внутренних напряжений в углеродном покрытии.

3 Установлено, что на величину внутренних напряжений влияет не только общее количество радиационных дефектов, генерируемых в углеродном конденсате при ионной бомбардировке, но также их вид и распределение по глубине.

4. Получены экспериментальные зависимости величины внутренних напряжений в углеродном конденсате от энергии ионов, степени ионизации плазмы, угла наклона потока ионов к подложке и степени легирования азотом, имеющие удовлетворительное совпадение с результатами моделирования и оценочными расчетами.

5. Установлено, что наиболее существенное влияние на величину внутренних напряжений оказывает угол наклона потока плазмы к подложке и последующий отжиг.

6. Показано, что разработанная методика анализа данных изменения внутренних напряжений при отжиге может быть использована для идентификации покрытия и экспресс-анализа его свойств.

7. Предложена экспериментальная методика определения внутренних напряжений в углеродном конденсате, позволяющая повысить точность измерения величины прогиба подложки.

Список публикаций по теме диссертации.

1 Никитин В.М., Колпаков А.Я., Галкина М.Е. Зависимость внутренних напряжений в углеродном алмазоподобном покрытии от энергетических характеристик плазменного потока углерода // Научные ведомости БелГУ. Серия «Физика» -2001. -Т.1.-№2(15). - С.12-15.

2. Галкина М.Е., Гончаров И.Ю., Колпаков А.Я., Никитин В.М., Харченко В.А. Отжиг углеродных конденсатов, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом // Алмазные пленки и пленки родственных материалов: Сборник докладов 15-го международного симпозиума "Тонкие пленки в оптике и электронике". Харьков: ННЦ ХФТИ. - 2003. - С.233-237.

3. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I., Galkina M.E., Goncharov I.U. Correlation between parameters of deposition process of carbon superhard condensates and change of internal stress in them in process of annealing // Abstract book 14th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides&Silicon Carbide. - Salzburg. - 2003. - P. 103.

4. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I., Barbakov V.I., Galkina M.E., Goncharov I U. Change of internal stress of carbon superhard condensates at a process of annealing // Diamond and Related Materials. - 2003. - Vol.13. -P. 1474-1479.

5. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I, Barbakov V.I., Galkina M.E., Goncharov I.U. Change of internal stress at a process of annealing of carbon nitride films obtained by pulse vacuum arc method // Abstract book 9th International Conference on New Diamond Science and Technology. - Japan: Waseda. - 2004. - P. 116.

6. Колпаков А.Я., Камышанченко H.B., Галкина М.Е. Влияние отжига на изменение внутренних напряжений в азотсодержащих углеродных пленках II Научные ведомости БелГУ. Серия «Физика». - 2003. - №3. - Вып. 9(20). -С. 187-190.

7. Галкина М Е., Колпаков А.Я., Суджанская И.В. Влияние отжига на электропроводность и внутренние напряжения азотсодержащих углеродных пленок И Материалы 4-го Научно-практического симпозиума «Функциональные покрытия для повышения качества поверхностей изделий машиностроения». - Харьков: ННЦ ХФТИ. - 2005,- С.198-201.

8. Галкина М.Е. Моделирование влияния условий формирования на внутренние напряжения в углеродном покрытии // Материалы международной молодежной научной конференции «XXXI Гагаринские чтения». - М.: МАТИ, 2005. - Т.8. - С.52.

9. Галкина М.Е., Суджанская И.В. Зависимость электропроводности и внутренних напряжений углеродных пленок от температуры отжига и степени легирования азотом // Материалы международной молодежной научной конференции «XXXI Гагаринские чтения». - М.: МАТИ, 2005. -С. 177.

Подписано в печать 21 09 2005 Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Уел п л 1,33 Тираж 100 экз Заказ 163 Оригинал-максг подготовлен и тиражирован в издательстве Белгородского государственного университета 308015, г Белгород, ул Победы, 85

»1750t

i jS-'V^eSppB

t и&Ж, ^ ■ * -

PI ib P\ сский фонд

2006-4 18185

Введение

Глава 1. Структурные особенности и природа внутренних напряжений в углеродных конденсатах, получаемых в условиях ионной бомбардировки на холодных подложках

1.1. Структурные особенности углеродных конденсатов, получаемых в условиях ионной бомбардировки на холодных подложках

1.1.1. Полиморфизм углерода

1.1.2. Аморфные тела

1.1.3. Методы исследования структуры аморфного углерода

1.2. Дефекты в углеродных конденсатах

1.2.1. Поликластерная модель аморфных тел

1.2.2. Процессы, протекающие при облучении в аморфных телах

1.3. Внутренние напряжения в тонких пленках

1.3.1. Внутренние напряжения и их классификация

1.3.2. Механические напряжения в твердых телах

1.3.3. Причины возникновения и механизмы образования внутренних напряжений в тонких пленках

1.4. Основные методы исследования внутренних напряжений в тонких пленках

1.4.1. Механические методы исследования внутренних напряжений

1.4.1.1. Дисковый метод

1.4.1.2. Метод изгибания стержня

1.4.1.3. Пузырьковый метод

1.4.2. Рентгеновские методы

1.4.3. Метод электронной дифракции

1.4.4. Прочие методы

1.5. Методы снижения внутренних напряжений в тонких пленках

1.5.1. Влияние технологических параметров процесса на величину внутренних напряжений в тонких пленках

1.5.2. Нанесение многослойных покрытий

1.5.3. Изменение угла наклона плазменного потока ионов к подложке

1.5.4. Напуск газа азота в вакуумную камеру 56 ^ 1.5.5. Отжиг как метод снижения внутренних напряжений и метод анализа структурных особенностей получаемых конденсатов

1.5.5.1. Влияние параметров отжига на диффузионные процессы

1.5.5.2. Особенности миграции точечных дефектов в покрытии при отжиге при наличии в нем неоднородного поля внутренних напряжений

1.5.5.3. Влияние параметров отжига на структуру и величину ^ внутренних напряжений в углеродных конденсатах

1.6. Физические модели, объясняющие возникновение внутренних напряжений в покрытиях в условиях ионной бомбардировки 67 Выводы к главе

Глава 2. Теоретический анализ основных механизмов возникновения внутренних напряжений в углеродном конденсате, ^' формируемом в условиях ионной бомбардировки

2.1. Процессы, происходящие при низкоэнергетичной ионной бомбардировке поверхности

2.1.1. Общие представления

2.1.2. Нейтрализация 78 ( 2.1.3. Ядерное торможение

2.1.4. Неупругие потери энергии

2.1.5. Распределение пробегов ионов

2.1.6. Радиационные дефекты

2.1.7. Термически стимулированные процессы отжига дефектов 83 2.2. Моделирование процессов радиационного повреждения в твердых телах

2.2.1. Общие положения

2.2.2. Основные принципы моделирования 85 4 2.3. Модель возникновения внутренних напряжений сжатия в углеродных конденсатах, формируемых в условиях ионной бомбардировки

Выводы к главе

Глава 3. , Исследование влияния условий формирования покрытий, выявленных в результате моделирования процессов возникновения и миграции радиационных дефектов, приводящих к возникновению внутренних напряжений сжатия в конденсате

3.1. Влияние энергии ионов и степени ионизации плазмы на величину внутренних напряжений в углеродных конденсатах

3.2. Влияние угла наклона потока углеродной плазмы к поверхности подложки на величину внутренних напряжений в углеродных конденсатах

3.3. Влияние температуры подложки на величину внутренних напряжений в углеродных конденсатах 107 Выводы к главе

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований изменения внутренних напряжений в углеродных конденсатах в зависимости с от параметров процесса их формирования и последующего отжига

4.1. Метод измерения величины внутренних напряжений

4.2. Экспериментальные зависимости величины внутренних напряжений в углеродном конденсате от условий его формирования и последующего отжига

4.3. Экспериментальные зависимости изменения величины внутренних напряжений (в процентах) в углеродном конденсате от условий его формирования и последующего отжига

4.4. Сопоставление экспериментальных данных с результатами моделирования

•s Выводы к главе

Глава 5. Исследование процесса отжига углеродных покрытий как метода снижения внутренних напряжений и метода анализа структурных особенностей получаемых конденсатов

5.1. Влияние параметров отжига на величину внутренних напряжений

5.2. Исследование структурных особенностей углеродных конденсатов по результатам анализа экспериментальной кривой изменения внутренних напряжений при отжиге 140 Выводы к главе

Актуальность темы. Модифицирование поверхности различных изделий путем нанесения тонких пленок в вакууме с использованием плазмы используется в промышленности для улучшения их трибологических характеристик. Сверхтвердые углеродные покрытия, формируемые в результате конденсации ускоренных частиц углерода на подложке, привлекают особое внимание исследователей. Особенность этих покрытий и основной недостаток - аномально-высокие внутренние напряжения, которые вызывают изгиб подложки и при увеличении толщины до определенного значения приводят к его отслаиванию. В качестве примера этого процесса можно рассматривать изгиб кантилевера (микрозонда) сканирующего зондового микроскопа, на который нанесено твердое углеродное покрытие.

Анализ литературных источников показывает, что внутренние напряжения в углеродных конденсатах носят структурный характер, а возникновение их связывают с процессами генерации радиационных дефектов и последующей их эволюцией, однако, в этих работах не приводятся данные о влиянии частичных вакансий, глубины залегания имплантированных атомов углерода и последующего отжига на величину внутренних напряжений сжатия. Не предложен универсальный теоретически обоснованный подход к проблеме снижения внутренних напряжений в углеродных конденсатах, формируемых в условиях ионной бомбардировки.

В настоящее время разработаны физические модели формирования конденсатов, в которых определена роль радиационных точечных дефектов в уплотнении конденсатов. Установлена зависимость плотности формируемых конденсатов от энергии ионов и степени ионизации плазменного потока. Однако, существующие модели не объясняют существование экстремального значения величины внутренних напряжений в углеродном покрытии в диапазоне энергий ионов от 50 - 60 эВ, а также не учитывают влияния угла наклона потока ионов к подложке на величину внутренних напряжений. Кроме того, недостаточно экспериментальных исследований по влиянию температуры отжига на характер изменения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, полученных при различных температурах подложки и энергетических характеристиках ионов. Поэтому возникает необходимость в разработке модели, учитывающей зависимость величины внутренних напряжений не только от общего количества радиационных дефектов, но также от вида этих дефектов и глубины их залегания.

Проведение исследований в данном направлении позволит расширить наше представление о механизмах возникновения внутренних напряжений, определить основные пути их уменьшения, а также снизить вероятность отслаивания сверхтвердого углеродного покрытия от подложки. В связи с вышеизложенным, проблема снижения внутренних напряжений сжатия в углеродных твердых покрытиях является актуальной^ не только в научном v плане, но и в практическом ее аспекте.

Цель работы. Установление условий формирования и методов последующей обработки углеродного конденсата, получаемого из импульсного потока углеродной плазмы, позволяющих снизить величину внутренних напряжений в нем.

Научная новизна работы

1. С использованием феноменологической модели и компьютерного моделирования процессов взаимодействия ускоренных ионов углерода с формируемым конденсатом определены основные пути снижения внутренних напряжений в углеродном покрытии.

2. Установлено, что на величину внутренних напряжений влияет не только общее количество радиационных дефектов, генерируемых в углеродном конденсате при ионной бомбардировке, но также их вид и распределение по глубине.

3. Получены экспериментальные зависимости величины внутренних напряжений в углеродном конденсате от энергии ионов, степени ионизации плазмы и угла наклона потока ионов к подложке, степени легирования азотом, имеющие удовлетворительное совпадение с результатами моделирования и оценочными расчетами.

4. Установлено, что наибольшее влияние на величину внутренних напряжений при последующем отжиге оказывает угол наклона потока плазмы к подложке.

5. Показано, что анализ кривой изменения внутренних напряжений при отжиге может быть использован для идентификации покрытия и экспресс-анализа его свойств.

Практическая ценность работы.

Полученные результаты расширяют существующие представления о механизмах возникновения внутренних напряжений в тонких твердых пленках углерода и могут быть использованы для совершенствования технологии нанесения тонких пленок в вакууме и расширения областей их применения, в частности, в нанотехнологии.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Феноменологическая модель и результаты анализа основных механизмов возникновения внутренних напряжений в углеродном конденсате, формируемом в условиях ионной бомбардировки.

2. Результаты оценочных расчетов и компьютерного моделирования влияния условий формирования покрытий, выявленных в результате моделирования процессов возникновения и миграции радиационных дефектов, приводящих к возникновению внутренних напряжений сжатия в конденсате.

3. Результаты экспериментальных исследований изменения внутренних напряжений в углеродных конденсатах в зависимости от параметров процесса их формирования и последующего отжига.

4. Результаты анализа процесса отжига углеродных покрытий как метода снижения внутренних напряжений и метода анализа структурных особенностей получаемых конденсатов.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях:

• IX Межгосударственная конференция «Радиационная повреждаемость и конструкционная способность материалов». - Белгород, 2001.

• 15-й международный симпозиум "Тонкие пленки в оптике и электронике». -Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003.

• 14th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides&Silicon Carbide, Salzburg, Austria, 2003.

• 9th International Conference on New Diamond Science and Technology, Waseda University International Conference Center Tokyo, Japan, March 26-29, 2004.

• 4-й Научно-практический симпозиум «Функциональные покрытия для повышения качества поверхностей изделий машиностроения». — Харьков: ННЦ ХФТИ, 16-20 мая, 2005.

• Международная молодежная научная конференция «XXXI Гагаринские чтения». - Москва: МАТИ, 5-9 апреля, 2005.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора в проведение исследований и получение результатов является определяющим. Все результаты, приведенные в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Полный объем работы составляет 164 страницы.

Выводы к главе 5

1. Последующий отжиг углеродного конденсата, полученного при низкой температуре подложки в условиях ионной бомбардировки, приводит к диффузионным процессам, связанным с миграцией дефектов и снижению внутренних напряжений в нем.

2. Высокий уровень внутренних напряжений в углеродном конденсате достигается при достаточно низкой температуре подложки (ниже 323 К), когда термически стимулированные диффузионные процессы на подложке подавлены, и формирование углеродного конденсата с преобладанием sp3 -связей между атомами углерода обеспечивается радиационно-стимулированной диффузией, являющейся результатом бомбардировки ионами со средней энергией 35 - 60 эВ.

3. Анализ кривой изменения внутренних напряжений при отжиге может быть использован для идентификации покрытия и экспресс-анализа его свойств.

Заключение

1. Разработана феноменологическая модель для скорости роста покрытия из потока атомарных и ускоренных ионизированных частиц, основанная на модели ионно-индуцированного уплотнения конденсатов, но отличающаяся тем, что учитывается роль частичных вакансий, образующихся в процессе ионной бомбардировки, которые при определенной их концентрации могут привести к возникновению внутренних напряжений растяжения в конденсате. Кроме того, также в данной модели учитывается влияние угла наклона потока плазмы относительно подложки - в, на которой формируют покрытия. Данная модель может быть использована для оценочных расчетов, качественного анализа влияния параметров процесса на величину внутренних напряжений и поиска приемлемых путей снижения внутренних напряжений в твердых углеродных пленках. Модель дополняет существующие в настоящее время модели радиационного «распухания», основанные на кластеризации вакансий.

2. На основании оценочных расчетов и компьютерного моделирования процессов взаимодействия ускоренных ионов углерода с формируемым конденсатом определены основные пути снижения внутренних напряжений в углеродном покрытии.

3. Установлено, что на величину внутренних напряжений влияет не только общее количество радиационных дефектов, генерируемых в углеродном конденсате при ионной бомбардировке, но также их вид и распределение по глубине.

4. Предложена экспериментальная методика определения внутренних напряжений в углеродном конденсате, основанная на использовании оптического микроскопа и микрометрического стола, позволяющая повысить точность измерения величины прогиба подложки.

5. Получены экспериментальные зависимости величины внутренних напряжений в углеродном конденсате от энергии ионов, степени ионизации плазмы и угла наклона потока ионов к подложке, степени легирования азотом, имеющие удовлетворительное совпадение с результатами моделирования и оценочными расчетами.

6. Установлено, что наибольшее влияние на величину внутренних напряжений при последующем отжиге оказывает угол наклона потока плазмы к подложке.

7. Показано, что анализ кривой изменения внутренних напряжений при отжиге может быть использован для идентификации покрытия и экспресс-анализа его свойств.

1. Лейпунский О.И. Об искусственных алмазах // Успехи химии. 1939. - №1.

2. Berman R., Simon F. On the graphite-diamond equilibrium // Z. Elektrochem. — 1955. -№2. P.333-338.

3. Буберман Г.С. Физика алмазов. M.: Знание, 1986. - 48с.

4. Чайковский Э.Ф., Пузиков В.М., Семенов А.В. Алмазоподобные пленки углерода // Обзор.инф.Сер.Монокристаллы и особо чистые вещества. -НИИТЭХИМ., 1985.

5. Федосеев Д.В., Новиков Н.В., Вишневский А.С. // Алмаз. Справочник. — Киев: Наукова думка, 1981. 78 с.

6. Золотухин И.В. Фуллерит новая форма углерода // Соросовский образовательный журнал. - №2. - 1996. - С.51-56.

7. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структура углерода // УФН. 1993. -Т. 163. - №2. - С.ЗЗ.

8. Сидоров Л.Н. Газовые кластеры и фуллерены // Соросовский образовательный журнал. 1998. - №3. - С.65-71.

9. Томилин Ф.Н., Абрамов П.В., Кузубов А.А., Овчинников С.Г., Пашков Г. Л. Связь химических свойств углеродных нанотрубок с их атомной и электронной структурами // ФТТ. 2004. - Т.46. - Вып.6. - С. 1143-1146.

10. Золотухин И.В. Углеродные нанотрубки // Соросовский образовательный журнал. 1999. - №3. - С.111-115.

11. Кирин Д.В. Методы линейных присоединенных цилиндрических и сильной связи в теории электронного строения нанотрубок: Дис. канд. физ.-мат. наук. М., 1999.- 120 с.

12. Нагорный В.Г., Котоносов А.С., Островский B.C. Свойства конструкционных материалов на основе углерода // Справочник. М. - Металлургия, 1975. - 335 с.

13. Коршак В.В., Кудрявцев Ю.П., Сладкое A.M. Карбин новая аллотропная модификация углерода // Вестник АН СССР. - 1978. - №1.- С.70-78.

14. Касаточкин В.И., Коршак В.В., Кудрявцев Ю.П. и др. О полиморфизме карбина // ДАН СССР. 1974.- Т.214. - №3. - С.587 - 590.

15. Whittaker A.I. Carbon: A new view of its high temperature behavior // Science. -1978.- Vol.200.- No 4343. P.763 - 764.

16. Гусева М.Б., Бабаев В.Г., Никифорова H.H. и др. Анализ и обработка картин электронной дифракции аморфного углерода // Поверхность. — 1984. №2. - С.61-70.

17. Warren В.Е. Х-ray diffraction study of carbon black // J.Chem.Phys. 1934. - V.2. -No 9. - P.551-555.

18. Романов А.С., Щеглова В.В. Механические напряжения в тонких пленках. М.: ЦНИИ «Электроника», 1981. - 68 с.

19. Лихачев В.А., Шудегов В.Е. Принципы самоорганизации аморфных структур. — С.-Петербург: Изд-во С.-Петербургского Университета, 1999. 228 с.

20. Кунченко В.В., Матюшенко Н.Н., Матвиенко Б.В., Остапенко И.Л., Стрельницкий В.Е. Микромикродифракционное исследование аморфной углеродной пленки // Сверхтвердые материалы. №5. - 1986. - С.6-9.

21. Олевский С.С., Толстихина А.Л., Сергеев М.С. и др. Особенности структуры и химического состава алмазоподобных пленок // Поверхность. — 1982. №7. - С. 118— 125.

22. Tochitsky E.I., Stanishevskii А. V., Kapustin I.A. et. al. Structure and properties of carbon films prepared by pulsed vacuum arc deposition // Surface and Coatings Technology. 1991. - No 47. - P.292 - 298.

23. Ergun S., Donaldson W.F., Smith R.W. X-Ray diffraction data for aromatic, hidroaromatic and tetrahedral structures of carbon // Bureau of Mines. -USA. No 620. -1965. - P.l-104.

24. Kakinoki I., Katada K., Nanawa T. The electron diffraction study of carbon films // Acta crystallogr. 1960. - V.13. - No 3. -P.171 -179.

25. Гусева М.Б., Бабаев ВТ., Никифорова Н.Н. и др. Анализ и обработка картин электронной дифракции аморфного углерода // Поверхность. 1984. - №2. - С.61-70.

26. Мельниченко В.М., Сладкое A.M., Никулин Ю.Н. Строение полимерного углерода // Успехи химии. 1982. - Т.51. - Вып.5. - С.736-763.

27. Касаточкин В.И. Переходные формы углерода // Структурная химия углерода и углей. 1969.-С.7-16.

28. Akulich V. V., Chekan N.M., Tochitcky E.I. Intrinsic Stresses Dynamics in DiamondLike Carbon Films Growing from Pulsed Arc Plasma Flows // Journal of Chemical Vapor Deposition. 1995. - V.3. - P. 324-331.

29. Аксенов И.И., Вакула С.И., Падалка В.Е., Стрельницкий В.Е., Белоус В.А. П Письма в ЖТФ.- 1978. Т.4. - Вып.22. - С.1355-1358.

30. Aksenov /./., Vakula S.I., Strelnitskij V.E. II Diamond and Related Materials. — 1993. V.2. -P.1387-1391.

31. Клубович В.В., Егоров В.Д., Бобровский В.В. Влияние ионного облучения на характер внутренних напряжений углеродных покрытий // Физика и химия обработки материалов. 1995. -N1. - С. 13-16.

32. Grigorov G.I., Martev I.N., Langeron J.P., Vignes J.L. A choise of the optimum density of ion bombardment by ion-assisted physical vapor // Thin Solid Films. 1988. -V.161. P.249-256

33. Савченко Н.Ф. и др. Модификация структуры углеродных пленок ионным облучением // Поверхность. 1985. - N6. - С. 106-111.

34. McKenzie D.R. et al. Properties of tetrahedral amorphous carbon prepared by vacuum arc deposition // Diamond and Related Materials. 1991.- No 1. - P.51-59.

35. Бакай А.С. Радиационная повреждаемость аморфных и мелкокристаллических тел // В кн. Структура и радиационная повреждаемость конструкционных материалов. М.: Металлургия. - 1996.- 163с.

36. Бакай А. С. Поликластерные аморфные тела. М.: Энергоатомиздат. - 1987.- 420 с.

37. Физическое металловедение. Фазовые превращения, металлография.- Вып.2. — Пер. с англ. под ред. д-ра техн. наук И.И.Новикова. М.: Мир. - 1968. - 490 с.

38. Бойко Ю.Ф., Белова Е.К., Алексеева О.А. О механизме возникновения внутренних напряжений в вакуумно-плазменных конденсатах нитрида титана TiN // Физика и химия обработки металлов. 1987. - №3. - С.97-99.

39. Крушин П.Л., Перескоков А.А., Гаврищук Е.М. Устойчивость тонкопленочных покрытий в условиях сжимающих напряжений // Поверхность. 1991. - №2,- С.83-85.

40. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. М.: Машиностроение, 1990.- 528 с.

41. БСЭ. Физика. // Под ред. Прохорова A.M. М.: Большая российская энциклопедия. - 1998. - 944 с.

42. Безухое Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1961.

43. Палатник Л.С., Фукс М.Я., Косевич В.М. Механизм образования и субструктуры конденсированных пленок. М.: Наука, 1972. - 320 с.

44. Гоффман Р.У. Механические свойства тонких конденсированных пленок // Физика тонких пленок. 1968. - T.III. - 225с.

45. D.McKenzie et. at. II Phys.Rev.Lett. 67, 773 (1991).

46. J. Robertson II Diamond and Relat. Mater. 3, 361 (1994).

47. M. Tamor II Applications of Diamond Films and Related Materials: (III th European Conference), 1995,PG.691 (1995).

48. Grossman E., Lempert G.D., J. Kulik, D. Marton, J. W. Rabalais, Lifshitz Y. Role of ion energy in determination of the sp3 fraction of ion beam deposited carbon films // Appl.Phys.Lett. 1996. -No. 68(9). - P.1214-1216.

49. Балаков A.B. Алмазоподобные углеродные покрытия: проблемы и достижения // Оптико-механическая промышленность. 1989. - №6. - С 48-55.

50. Технология тонких пленок / Под ред. Л.Майссела, Р.Глэнга. Нью-Йорк.- 1970. Пер. с англ. под ред. М.И. Елинсона, Г.Г.Смолко. - Т.2. - М.: Сов.радио, 1977, 768 с.

51. Кемпбелл Д. С. Механические свойства тонких пленок. Справочник. Технология тонких пленок. - М.: Сов. радио, 1977. - Т.П. - 246 с.

52. Федорович П.А., Соколов В.И., Шелешневич В.А. Локальное измерение механических напряжений в пленках на кремнии оптическим интерференционным методом // ФТТ. 1975. - Т.17. - №3, с.919.

53. Козлов M.JI. Общий принцип неразрушающих механических методов исследования остаточного напряженного состояния покрытий // Проблемы прочности. 1982. - №3. - с.31-34.

54. Верховский Е.И., Епифанов Г.И. Внутренние напряжения в пленках SiO и Si02 // Обзоры по электронной технике. Сер. Полупроводниковые приборы. 1972. -Вып.9.

55. Долгов Н.А. Влияние модуля упругости покрытия на работоспособность системы основа покрытие // Проблемы прочности. - 2002. - №2. - С.66-72.

56. Павилайнен B.C., Леонова Н.Н., Белугин А.Г. Напряженное состояние конденсированных пленок // Физика и химия обработки материалов, 1975, №4.

57. Генкина Н.А. и др. Механические и электрофизические параметры многослойных диэлектрических структур на основе пленок SiC>2 и Si3N4 // Электронная техника. Сер. Материалы. 1975. - Вып.9. - 106с.

58. Schauerman R.J. Fabrication of Thin Dielectric Films with Low Internal Stresses // J.Vac.Sci. and Technol. 1970. -V.7, No 1. - P. 143

59. Воеводин A.A., Ерохин А.Л., Спасский C.E. Модель выбора схемы многослойного ионно-плазменного покрытия на основе расчета напряжения в его слоях // Поверхность. 1991. - №9. - С.78-84.

60. Ляшенко Б.А., Рутковский А.В., Сорока Е.Б., Липинская Н.В. О снижении остаточных напряжений в вакуум-плазменных покрытиях // Проблемы прочности. — 2001. №4. - С.62-68.

61. Drescher D., Koskinen J. A model for particle growth in arc deposited armophous carbon films // Diamond and Related Materials. 1998. - No 7. - P.1375-1380

62. Cheng Y.H., Tay B.K., Lau S.P., Chen J.C., Sun Z.N. Xie C.S. Micromechanical properties of carbon nitride films deposited by radio-frequency-assisted filtered cathodic vacuum arc // Appl.Phys. 2002. - A 75. - P.375-380.

63. Кирсанов В.В. Радиационные дефекты и связанные с ними эффекты // Соросовский образовательный журнал. Т.7. - №9. - 2001.

64. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1978,386 с.

65. Кирсанов В.В. Атомные механизмы диффузии // Соросовский образовательный журнал. Т.7. - №9. - 2001. - С. 103-108.

66. Eshelby J.D. // Phil.Trans.Roy.Soc.Lond. 1952, 244, 87.

67. Ивановский Г.Ф. и др. Ионно-плазменное осаждение пленок углерода в производстве изделий электронной техники // Электронная промышленность. — 1989. №12. - С.26-28.

68. Eshelby J.D., J. Appl. Phys., 25, 255 (1954).

69. Eshelby J.D., Solid State Phys., 3, 107 (1956).

70. Никитин B.M., Колпаков А.Я., Галкина M.E. Зависимость внутренних напряжений в углеродном алмазоподобном покрытии от энергетических характеристик плазменного потока углерода // Научные ведомости. Белгород. -2001. -С.12-15.

71. Тау В.К., Shi X, Cheah L.K. and Flynn D.I. Growth conditions and properties of tetrahedral amorphous carbon films // Thin Solid Films. -1997. V.308-309. - Issue 1-2. -1997.-P. 217-222.

72. Вакула С.И., Падалка В.Г., Стрельницкий В.Е., Тимошенко А.И. Оптические характеристики отожженных углеродных пленок // Сверхтвердые материалы. — 1987. №4. - С.29-32.

73. Бойко Б.Т., Палатник Л.С., Деревянченко А.С. Механизм графитизации тонких пленок углерода//ФТТ. 1971. - Вып.2. - С.611-613.

74. Станишевский А.В. Кристаллизация пленок i углерода при отжиге // Письма в ЖТФ. -Т.15. - Вып. 12. - С.27-30.

75. Friedman Т.А., Sullivan J.P., Knapp J.A., Tallant D.R., Follstaedt D.R., Meldin D.L., MirakimiP.B. //Appl.Phys.Lett. 71 (26) (1997) 3820.

76. Friedman T.A. US Patent № 6103 305, 6C23C016/26, B05D 003/02,1999.

77. Biersack J.P andHaggmark L.G. Nucl.Instrum.Methods 174, 257 (1980).

78. Biersack J.P. and Eckstein W. Appl.Phys. A 34,73 (1984).

79. Sigmund P. Teory of Sputtering. Part 1. Sputtering of amorphous and polycrisnalline targets // Phys. Rev. 1969. - V.124. - P.383-416.

80. Бакай А. С., Слепцов C.H., Жуков A.M. Радиационно-диффузионная модель уплотнения пленок, осаждаемых из ионно-атомных потоков // Металлофизика и новейшие технологии. 1995. - Т.17.- №9. - С.42-50.

81. Белевский В.П., Гусев И.В. Влияние ионной бомбардировки в процессе конденсации на структуру и электрофизические свойства пленок ниобия Н ВАНТ. Сер.: ФРП и РМ. 1987. - Вып.1(39). - С.101-108.

82. Белоус В.А., Картмазов Г.Н., Павлов B.C. и др. Ионно-плазменные методы осаждения покрытий. Методы атомно-ионного распыления: Препринт ХФТИ 88-89.-М.: ЦНИИ атоминформ. 1988.

83. Колпаков А.Я. Влияние радиационных дефектов на процесс формирования углеродного алмазоподобного покрытия: Дис. канд. физ.-мат. наук. Белгород, 2000. -135 с.

84. Muller К. -Н. Model for ion-assisted thin-film densification // J.Appl.Phys. 59(8), April, 1986.

85. Kelly В. T. Physics of Graphite // Applied Science. London, 1981.

86. Davis C.A., Amaratunga G.A.J., Knowles К. V. //Phys. Rev. Lett 76-77 (1998) 316.

87. Sulin Zhang, Harley T. Johnson, Gregory J. Wagner, Wing Kam Liu, K. Jimm Hsia. Stress Generation Mechanisms in Carbon Thin Films Grown by Ion-Beam Deposition // Acta Materialia 51(2003), 5211-5222.

88. Uhlmann S. Untersuchung der Effekte niederenergetischen IonenBeschusses in Kohlenstoffe und Siliziumsystemen auf der Grundlage von Molekulardynamik Simulationen // Diss. Thechnichen Universitat Chemnitz- Zwickau. - 1977. - S.l 16.

89. Uhlmann S., Frauenheiir Th., Lifshitz Y. Molecular-Dynamic Study of the Fundamental Processes Involved in Subplantation of Diamondlike Carbon // Physical Review Letters. V.81. - №3. - P.641-644.

90. Lifshitz Y., Kasi S.R., Rabalais J.W. Subplantation Model for Film Growth From Hyperthermal Species: Application to Dimond // Phys. Rev. Let. V.62. -№11.- P. 1290 -1293.

91. FedderS. and Littmark U. II J.Appl.Phys. 52, 4259 (1981).

92. Brice D.K. II Nucl.Instr.Meth. В17, 289 (1986).

93. Andersen H.H. II Nucl.Instr.Meth. В18, 321 (1987).

94. Robinson M. Т., Oen O.S. II Appl.Phys.Lett. 2, 30 (1963).

95. Robinson M. T. and Torrens J.M. II Phys.Rev. В 74, 5008 (1974).

96. BiersackJ.P. andHaggmarkL.G. //Nucl.Instr.Meth. 174, 257 (1980).

97. Mattox D.M., Kominiak G.J. Structure modification by ion bombardment during deposition // J. Vac. Sci. Technol. 1972. - V.9(l). - P.528-531.

98. Ивановский Г.Ф. и др. Ионно-плазменное осаждение пленок углерода в производстве изделий электронной техники // Электронная промышленность. — 1989. №12. - С.26-28.

99. Britton D.T., Harting М. The influence of strain on point defect dynamics // Advanced engineering materials. V.4. - No 8. - 2002. - P.629-635.

100. Ахиезер И.А., Давыдов JI.H. Введение в теоретическую радиационную физику металлов и сплавов. Киев.: Наукова Думка, 1985. - 142 с.

101. Аксенов И.И., Вакула С.И., Кунченко В.В. и др. Влияние температуры подложки и энергии ионов углерода на структуру и свойства плазменного конденсата // Сверхтвердые материалы. 1980. - №3. - С. 12-16.

102. Канцель В.В. Кандидатская диссертация // ИВТ АН СССР. М. - 1973.

103. Buttlar.H. Einfurung in die Grundlagen der Kernphysik. Frankfurt, 1964.

104. Goldstein.H. Classical Mechanics. Reading, Mass., 1956.

105. LindhardJ., ScharffH. И Phys.Rev. 124 (1961) 128.

106. Parilis E.S., Kishinevsky L.M., Turaev N.Y., Baklitzky B.E., Umarov F.F., Verlegen V.K., Nizhnaya S.L. and Bitensky J.S. Atomic collisions on solid surfaces. North-Holland, Amsterdam, 1993.

107. Kinchin G.H., Pease R.S. И Rep. Progr. Phys. 18 (1995) 1.

108. Лихачев B.A., Шудегов B.E. Принципы самоорганизации аморфных структур. — С.-Петербург: Изд-во С.-Петербургского Университета, 1999. 228 с.

109. Белащенко Д.К. Компьютерное моделирование некристаллических веществ методом молекулярной динамики // Соросовский образовательный журнал. Т.7. -№8. - 2001. - С.44-50.

110. J. F. Ziegler, J. P. Biersack and U. Littmark. The Stopping and Range of Ions in Solids, Pergamon Press, New York, 1985 (new edition in 2003).

111. Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Механика.- M.: Наука, 1985.

112. Biersack J.P., Ziegler J.F. in: Ion Implantation Technicues, ed. By H. Russel and H.Glawicshnig, Springer Ser.Electrophys. 10, Springer, Berlin, Heidelberg. 1982. P. 122.

113. Tsui Y.C. and Clyne T.W. An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatings. Part 1: Planar geometry // Thin Solid Films. V.306. -Issue 1.- 1997.-P. 23-33.

114. Tsui Y.C. and Clyne T.W. An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatings. Part 2: Cylindrical geometry // Thin Solid Films, V.306, Issue 1.- 1997.-P.34-51.

115. Tsui Y.C. and Clyne T.W. An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatingsPart 3: Further development and applications // Thin Solid FilmsVolume 306, Issue 1,28 August 1997. P. 52-61.

116. Горчаков А.А., Дубровский Ю.В., Ковалева М.Г., Колпаков А.Я., Суджанская И.В., Хазов И.А. Модель формирования сверхтвердого углеродного покрытия //

117. Третья конференция материаловедчееких Обществ России по проблеме: «Создание материалов с заданными свойствами: методология и моделирование», Россия, г.Ершово, 22-26 ноября, 2004г.

118. Кукушкин С.А., Осипов А.В. Формирование и эволюция фазового состава и связанных с ним свойств в процессе роста тонких пленок // ЖТФ. 1997. — Т.67. -№10.

119. Тау В.К., Shi X., Cheah L.K., Tan H.S., Lui E.J. Effect of substrate temperature on the properties of tetrahedral amorphous carbon films // Thin Solid Films 346(1999) 151161.

120. Колпаков А.Я., Маслов A.M., Инкин В.H., Кирпиленко Г.Г., Гончаренко В.П. Импульсный источник углеродной плазмы. Заявка на изобретение №99113232/06(012439). Решение о выдаче патента от 9.03.2000.

121. Канцель В.В. Кандидатская диссертация // ИВТ АН СССР. М. - 1973.

122. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела: Учеб.пособие для студентов. -М.: Высш.шк.,1985. -384 с.

123. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I., Barbakov V.I., Galkina M.E., Goncharov I. U. Change of internal stress of carbon superhard condensates at a process of annealing // Diamond and Related Materials. 2004. - V.13. - P. 1474-1479.

124. Lifshitz Y. Diamond-like present status // Diamond and Related Materials. - 1999. -P. 1659-1676.

125. Аксенов НИ., Вакула С.И., Кунченко В.В. и др. Влияние температуры подложки и энергии ионов углерода на структуру и свойства плазменного конденсата // Сверхтвердые материалы. 1980. - №3. - С. 12-16.

126. Monteiro O.R., AgerJ.M. Ill, Lee D.H., Yu Lo R. Walter K.C., Nastasi M. Annealing of nonhydrogenated amorphous carbon films prepared by filtered cathodic arc deposition //Journal of Applied Physics. V.88. - No 5. - P.2395-2399.

127. Y. Lifshitz, Diamond and Related materials, 8 (1999) 1659.

128. Файзрахманов И.А. и др. Синтез новых углерод-азотных нанокластеров при термическом отжиге в атмосфере азота алмазоподобных пленок углерода // Физика и техника полупроводников. 2003. - Т.37. - В.2. - С. 230-234.

129. Голянов В.Ы., Демидов А.П. Способ получения искусственных алмазов // А.С. №411037.

130. Стрельницкий В.Е., Аксенов И.И., Вакула С.И. и др. О некоторых свойствах алмазоподобных углеродных покрытий, полученных конденсацией вещества из плазменной фазы.// Письма в Журнал технической физики. 1978. - Т.4. - В.22. - С. 1355-1358.

131. Маслов А.И., Дмитриев Г.К., Чистяков ЮД. Импульсный источник углеродной плазмы для технологических целей. // Приборы и техника эксперимента. 1985.- N3. - С.146-149.