Закономерности формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом

Поплавский, Александр Иосифович

Закономерности формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Поплавский, Александр Иосифович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Белгород МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Закономерности формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом»

Автореферат диссертации на тему "Закономерности формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом"

На правах рукописи

Поплавский Александр Иосифович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ, ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ И МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ НАНОРАЗМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ, ОСАЖДАЕМЫХ ИМПУЛЬСНЫМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ МЕТОДОМ

Специальность 01.04.07. - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 5 АВГ 2011

Белгород 2011

4852335

Работа выполнена в Белгородском государственном национальном исследовательском университете

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат физико-математических наук

Колпаков А.Я.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор физико-математических наук,

профессор Кузьменко А.П.

доктор технических наук, профессор Павленко В.И.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ФГУП «Научно-исследовательский институт

физических проблем имени Ф.В. Лукина»

Защита диссертации состоится 6 октября 2011г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.015.04 Белгородского государственного национального исследовательского университета: 308015, г. Белгород, ул. Победы, д. 85.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Автореферат разослан « /2.» августа 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Беленко В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание наноразмерных покрытий (пленок) функционального назначения на изделиях, деталях и инструменте, применяемых в таких отраслях как металлообработка, аэрокосмическая промышленность, медицина, микромеханика и т.д. является важной и перспективной задачей, позволяющей существенно повысить их эксплутационные характеристики. Большой интерес в этом плане представляют алмазоподобные углеродные покрытия (АПУ), известные во всем мире как DLC (diamond-like carbon), благодаря своим уникальным механическим и физико-химическим свойствам, близким к свойствам природного алмаза.

Импульсный вакуумно-дуговой метод получения АПУ покрытий обладает рядом преимуществ перед непрерывными методами получения таких покрытий: более высокая плотность плазмы; возможность управления температурным режимом подложки путем изменения длительности импульсов и частоты их следования; обеспечение необходимой толщины покрытия путем задания определенного количества импульсов, что особенно важно при формировании наноразмерных покрытий; сплошность покрытия при минимальной толщине.

Свойства и эксплуатационные характеристики наноразмерных АПУ покрытий, получаемых осаждением ускоренных частиц углерода на холодной подложке, определяются их структурой, а также, в значительной степени, величиной внутренних напряжений и морфологией поверхности. Исследование структуры углеродных покрытий необходимо для их характеризации и имеет большие сложности с учетом их неупорядоченной структуры. Высокие значения внутренних напряжений сжатия, достигающих 10 ГПа и больше, с одной стороны, могут приводить к деформации подложки или процессам отслаивания покрытия, что в значительной степени ограничивает область их применения в микромеханике и нанотехнологии, а с другой стороны, играют основную роль в процессах «самоорганизации». Имеются научные публикации, в которых установлена корреляционная связь между структурой и внутренними напряжениями углеродных покрытий, физическая сущность которой во многом остается не выясненной. Остаются открытыми вопросы о причинах и механизмах возникновения внутренних напряжений и способах управления их величиной. Среди многообразия моделей формирования АПУ покрытий, объясняющих возникновение внутренних напряжений, наибольшее признание получили модели, основанные на теории термических пиков, «subplantation» модель, и модели уплотнения углеродных пленок, учитывающие процессы генерации и эволюции радиационных дефектов. Недостаточно изучены закономерности и механизмы формирования рельефа поверхности наноразмерных углеродных покрытий в условиях ионной бомбардировки. Анализ научной литературы показал, что наиболее полно изучено влияние средней энергии ионов углерода и температуры осаждения на структуру и свойства АПУ покрытий. При этом требуются дополнительные исследования влияния параметров процесса осаждения,

легирования различными элементами, а также последующего отжига на величину внутренних напряжений и морфологию поверхности наноразмерных углеродных покрытий, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом.

Таким образом, исследование закономерностей процессов формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом, представляют как научный, так и практический интерес. Они необходимы, во-первых, для расширения представлений о механизмах возникновения внутренних напряжений и их роли в процессе формирования покрытий. Во-вторых, для определения возможных путей регулирования величины внутренних напряжений в углеродных покрытиях и влияния на их морфологию с перспективой использования результатов исследований для расширения области применения этих покрытий, например, в микромеханике, медицине и нанотехнологии.

Цель работы: Определение закономерностей формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом. Научная новизна работы:

1. С использованием аналитических методов просвечивающей электронной микроскопии установлены особенности спектров потерь энергии электронов и получены зависимости энергии плазмона для наноразмерных углеродных покрытий, сформированных импульсным вакуумно-дуговым методом, от угла наклона плазменного потока, заряда емкостного накопителя и давления азота в вакуумной камере. Показана возможность использования этих методов для характеризации наноразмерных углеродных покрытий с аморфной (неупорядоченной) структурой, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом.

2. Экспериментально показана возможность управления величиной внутренних напряжений в углеродных наноразмерных покрытиях в диапазоне от 13 до 6 ГПа путем изменения угла наклона плазменного потока к подложке. Предложено объяснение полученного результата, основанное на анализе процессов генерации и миграции радиационных дефектов. Обнаружена взаимосвязь между величиной внутренних напряжений и энергией плазмона.

3. Экспериментально установлено, что легирование азотом и вольфрамом углеродного покрытия, формируемого импульсным методом, а также приложение ускоряющего потенциала к подложке позволяют изменять морфологию поверхности (степень шероховатости, высоту нановыступов). Показано, что на формирование рельефа определяющее влияние оказывают процессы релаксации внутренних напряжений в результате миграции радиационных дефектов и диффузионные процессы.

концентрацией в них радиационных дефектов. Процесс отжига носит пороговый характер, и определяющее значение имеет не время отжига, а температура.

5. Предложена феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, основанная на радиационно-диффузионной модели уплотнения пленок, но отличающаяся тем, что в ней учитывается процесс исчезновения дефектов на стоках (поверхность покрытия), который зависит от глубины их залегания. Предложенная модель позволяет объяснить полученные экспериментальные зависимости величины внутренних напряжений от угла наклона плазменного потока к подложке. Показана определяющая роль внутренних напряжений сжатия в процессе структурообразования углеродных покрытий. Практическая ценность работы. Результаты, полученные в ходе выполнения работы, определяют возможные пути регулирования величины внутренних напряжений в углеродных покрытиях, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом, и влияния на морфологию их поверхности, что позволит расширить область применения углеродных покрытий, в частности, на изделиях микромеханики и медицинских имплантатах. Полученные в ходе выполнения работы результаты и технические решения обладают патентоспособностью. Получено положительное решение о выдаче патента по заявке на изобретение № 2009130532/02(042619) «Способ формирования сверхтвердого углеродного покрытия в вакууме», где использована часть результатов данной работы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Характеризация наноразмерных углеродных покрытий с использованием методов аналитической просвечивающей электронной микроскопии. Влияние угла наклона плазменного потока к подложке и напуска азота при формировании покрытия на энергию плазмона и спектры потерь энергии электронов.

2. Закономерности и механизмы управления величиной внутренних напряжений и морфологией поверхности наноразмерных углеродных покрытий. Определяющая роль процессов генерации и миграции радиационных дефектов в возникновении внутренних напряжений и в формировании рельефа поверхности.

3. Особенности и закономерности отжига наноразмерных углеродных покрытий, сформированных под разными углами наклона оси плазменного потока к подложке и характеризующихся различной энергией плазмона.

4. Феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, учитывающая глубину залегания радиационных дефектов. Оценка возможности формирования покрытий, имеющих преимущественно алмазоподобный (лр3) тип связи атомов в диапазоне полученных величин внутренних напряжений.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях: Международная школа-конференция молодых ученых «Физика и химия наноматериалов» (Томск, 2005); VIII Всероссийская конференция «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем» (Белгород, 2008); 9-ая Международная конференция «Пленки и покрытия -2009» (Санкт-Петербург, 2009); Международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech 09» (Москва, 2009); Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов» (Белгород, 2009); Международная научно-техническая конференция «Нанотехнологии функциональных материалов (НФМ'10)» (Санкт-Петербург, 2010); 7-ая Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства» (Владимир, 2010).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 13 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, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы. Полный объем работы составляет 131 страницу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Первая глава является обзорной и состоит из семи параграфов.

Параграф 1.1 посвящен обзору аллотропных модификаций углерода и типам химических связей. Проведен анализ структурных особенностей и свойств углеродных покрытий, формируемых в условиях ионной бомбардировки. Определены основные технологические параметры, влияющие на процесс формирования углеродных покрытий.

В параграфе 1.2 проведен анализ основных физических вакуумных (PVD -physical vapor deposition) методов синтеза углеродных покрытий. Рассмотрены особенности вакуумно-дуговых разрядов. Показаны главные отличия, преимущества и недостатки вакуумно-дуговых методов формирования углеродных покрытий, получаемых с использованием импульсного и стационарного источников углеродной плазмы.

Параграф 1.3 посвящен внутренним (остаточным) напряжениям сжатия в углеродных покрытиях. Приведены зависимости внутренних напряжений от

условий формирования. Обсуждаются вопросы возникновения напряжений сжатия и их взаимосвязь со структурой.

В параграфе 1.4 описаны и проанализированы основные методы измерения внутренних напряжений в тонких покрытиях.

В параграфе 1.5 рассматриваются основные физические модели формирования углеродных покрытий, объясняющие возникновение аномально высоких значений внутренних напряжений.

В параграфе 1.6 приведены способы снижения величины внутренних напряжений в тонких покрытиях, выявленные в ходе анализа литературных данных.

Параграф 1.7 посвящен вопросам влияния условий формирования углеродных покрытий на морфологию их поверхности и эволюции рельефа поверхности по мере роста покрытия.

В заключение по результатам критического анализа литературных данных сделаны выводы, обосновывающие актуальность выбранной темы, сформулирована цель и определены основные задачи исследования.

Вторая глава состоит из четырех параграфов и посвящена описанию методик эксперимента, используемого оборудования и материалов. Приведено описание процессов получения образцов наноразмерных углеродных покрытий, исследования их структуры, определения величины внутренних напряжений в покрытиях и исследования морфологии их поверхности.

Формирование углеродных покрытий толщиной 10 - 100 нм осуществлялось импульсным вакуумно-дуговым источником углеродной плазмы с расходуемым графитовым катодом марки МПГ-6 на установке «УВНИПА-1-001». Структурные исследования проводили на просвечивающем электронном микроскопе «Tecnai G2 F20 S-TWIN» в режиме дифракции электронов, и методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов. Величину внутренних напряжений определяли методом, основанным на измерении деформации изгиба системы «покрытие - подложка». Для расчета средней величины внутренних напряжений использовали формулу Stoney, приведенную для случая двухосного симметричного напряженного состояния в покрытии. Исследование морфологии поверхности образцов проводили с использованием зондовой лаборатории «Ntegra Aura» в режиме полуконтактной атомно-силовой микроскопии. Отжиг образцов с углеродными покрытиями проводили в атмосфере воздуха в муфельной печи «Nabertherm LT 5/12/В170».

Третья глава состоит из четырех параграфов и посвящена экспериментальному исследованию закономерностей формирования структуры, внутренних напряжений и рельефа поверхности наноразмерных углеродных покрытий, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом.

В параграфе 3.1 представлены результаты структурных исследований наноразмерных углеродных покрытий, полученные с использованием аналитических методов просвечивающей электронной микроскопии. Анализ электронно-микроскопических изображений покрытий в режиме дифракции

электронов показал, что все полученные образцы углеродного покрытия имеют неупорядоченную (аморфную) структуру.

Представлены и проанализированы спектры характеристических потерь энергии электронов образцов углеродных покрытий, сформированных в различных режимах. Приведены зависимости энергии плазмона углеродных покрытий от угла наклона плазменного потока к подложке (рис. 1), заряда емкостного накопителя и напуска азота в вакуумную камеру. Установлено, что увеличение угла наклона плазменного потока к подложке, заряда емкостного от угла наклона оси плазменного потока к накопителя> а также напуск в камеру

поверхности подложки в ,

азота приводят к увеличению доли —

фазы в покрытии.

Повышение давления азота в вакуумной камере до 0.4 Па приводит к заметным структурным изменениям формируемого покрытия (рис. 2).

а) б)

Рис. 2. Электронно-микроскопическое изображение углеродного покрытия, легированного азотом при давлении 0.01 Па (а) и 0.4 Па (б), в режиме на просвет

На основании полученных результатов сделан вывод о возможности использования методов аналитической просвечивающей электронной

Рис. 1. Зависимость энергии плазмона Е

микроскопии для характеризации наноразмерных углеродных покрытии, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом.

В параграфе 3.2 представлены и проанализированы зависимости величины внутренних напряжений в наноразмерных углеродных покрытиях от толщины покрытия, угла наклона плазменного потока к подложке, заряда емкостного накопителя, коэффициента эрозии графитового катода, величины ускоряющего потенциала, прикладываемого к подложке, типа легирующего элемента, давления азота в вакуумной камере.

Установлено, что угол наклона плазменного потока к подложке оказывает наибольшее влияние на величину внутренних напряжений (рис. 3). При изменении угла наклона от 0° до 70° величина внутренних напряжений уменьшается более чем в два раза (с 13 до 6 ГПа). Путем компьютерного моделирования

процессов взаимодействия

ускоренных частиц с мишенью в среде программы SRIM-2008 (The Stopping and Range of Ions in Matter) показано, что при этом в два раза уменьшается и глубина залегания радиационных дефектов. На рис. 4 имплантированных и смещенных с

Рис. 3. Зависимость величины внутренних напряжений а от угла наклона плазменного потока к поверхности подложки в

приведено распределение по глубине поверхности атомов углерода, которые определяют как процесс уплотнения формируемого покрытия, так и возникновение в нем внутренних напряжений сжатия. Сделано предположение, что меньшая глубина залегания радиационных дефектов в случае потока плазмы, наклоненного относительно поверхности подложки, на которой происходит формирование покрытия, обуславливает большую вероятность частичной релаксации внутренних напряжений за счет миграции дефектов к стокам (поверхности покрытия). При этом энергия ионов делится на две составляющие: перпендикулярную к поверхности подложки, которая обеспечивает эффект уплотнения покрытия, и параллельную поверхности, которая расходуется в основном на распыление плохо связанных атомов и интенсификацию поверхностной диффузии. Снижение эффекта уплотнения приводит к увеличению доли эр2 - фазы в матрице покрытия, о чем свидетельствует появление в спектре потерь энергии электронов небольшого пика, характерного для слабой к —связи атомов углерода, а также уменьшение энергии плазмона при увеличении угла наклона плазменного потока к подложке (рис. 1). Данный факт позволяет предположить, что существует взаимосвязь между величиной внутренних напряжений и энергией плазмона.

ВергЬ У-Ахк

1>ергЬ VI. У-Ахк

а)

Рис. 4. Распределение по глубине имплантированных и смещенных с поверхности атомов углерода. Угол наклона плазменного потока к подложке 0° (а) и 70° (б)

На рис. 5 представлена зависимость величины внутренних напряжений от заряда емкостного накопителя. С увеличением заряда емкостного накопителя увеличивается длительность импульса разряда и энергия ионов за счет увеличения тока разряда, и, соответственно, повышается тепловая нагрузка на единицу площади поверхности формируемого покрытия. Повышение локальной температуры ускоряет кинетические процессы (диффузия, структурные переходы и т.д.), что способствует релаксации внутренних напряжений и увеличению доли ¿р2- фазы в покрытии.

Влияние легирования углеродного покрытия в процессе формирования металлами (вольфрам и алюминий), а также газом (азот) на величину внутренних напряжений представлено на рис. 6. Самая маленькая величина внутренних напряжений 0.7 ГПа получена при внедрении примеси А1 в углеродное покрытие. Связано это с тем, что алюминий не является карбидообразующим элементом и не образует устойчивой адгезионной связи между покрытием и основой. При легировании вольфрамом и азотом, которые являются карбидообразующими элементами в отличие от алюминия, величина напряжений сжатия составляет 4.1 и 3.2 ГПа, соответственно.

Рис. 5. Зависимость величины внутренних напряжений а от заряда емкостного накопителя <2 (в =70°)

Уменьшение внутренних

напряжений по мере повышения давления азота в камере объясняется изменением элементного и фазового состава матрицы углеродного покрытия, а также наличием атомов газовой примеси, которые

способствуют превращению

растущего скопления вакансий в поры и формированию пористого покрытия.

В параграфе 3.3 представлены результаты исследования морфологии поверхности образцов наноразмерных углеродных покрытий толщиной 70 нм, сформированных в разных условиях.

Установлено, что легирование в процессе формирования углеродных покрытий различными элементами оказывает большое влияние на морфологию их поверхности (табл. 1). Добавление азота приводит к увеличению размеров нановыступов и степени шероховатости покрытия. Легирование углеродного покрытия вольфрамом уменьшает степень его шероховатости и высоту нановыступов. Влияние легирующей примеси в углеродном покрытии на морфологию его поверхности объясняется, в первую очередь, изменением диффузионной подвижности атомов углерода.

Таблица 1

Характеристики поверхности легированных углеродных покрытий

Тип покрытия Мах высота нановыступов, нм Средняя высота нановыступов, нм Шероховатость Ба, нм

С 18.8 2.3 0.3

25.1 3.1 0.8

С:\¥ 5.8 1.1 0.2

С:А1 21.3 3.0 0.4

Еще большее влияние на морфологию поверхности углеродных покрытий оказывает приложение отрицательного ускоряющего потенциала к подложке, что позволяет в широких пределах регулировать высоту нановыступов на их поверхности (рис. 7). Сравнивая гистограммы распределения нановыступов по высоте видно, что подача ускоряющего потенциала 1200 В приводит к увеличению среднего значения их высоты приблизительно в пять раз. Шероховатость углеродного азотсодержащего покрытия, полученного без приложения ускоряющего потенциала, составляет 0.8 нм, а с потенциалом 800 и 1200 В возрастает до значений 3.7 и 4.6 нм, соответственно.

_г

т р.

С С ОТ СЛ С:А1

тип покрытия

Рис. 6. Зависимость величины внутренних напряжений ст от типа легирующего элемента (0=70°)

Рис. 7. Сканы поверхности углеродного покрытия, легированного азотом, полученного без приложения ускоряющего потенциала к подложке (а) и с приложением ускоряющего потенциала 1200 В (б), а также соответствующие им гистограммы распределения нановыступов по высоте

Морфология поверхности углеродных покрытий также зависит от угла наклона плазменного потока к подложке и температуры подложки. Изменение заряда емкостного накопителя не оказывает заметного влияния на рельеф поверхности углеродных покрытий.

В ходе анализа экспериментальных результатов установлено, что менее напряженные покрытия имеют более высокую степень шероховатости поверхности. В качестве основных причин возникновения характерного рельефа поверхности наноразмерных покрытий, формируемых в условиях ионной бомбардировки, рассматриваются процессы релаксации внутренних напряжений и диффузионные процессы.

В параграфе 3.4 приведены результаты, полученные при исследовании влияния последующего отжига на величину внутренних напряжений в углеродных покрытиях. Установлено, что процесс отжига дефектов, с которым связано уменьшение внутренних напряжений, носит пороговый характер, а именно, имеет значение не только время отжига, но, главным образом, температура отжига, которая обуславливает перестройку дефектов (отжиг) с определенной энергией миграции. Отжиг углеродных покрытий при температуре 350°С приводит к снижению величины внутренних напряжений на 43 % в

Рис. 8. Зависимости внутренних напряжений в углеродных покрытиях, полученных при в = 0 ° и в = 70 от температуры отжига. Время отжига 10 мин

покрытии с энергией плазмона Ер = 31.1 эВ, полученном при в = 0°, и только на

20 % в покрытии с Ер = 29 эВ, полученном под углом 0 = 70° (рис. 8), что связано с меньшим количеством дефектов в последнем.

В четвертой главе представлена феноменологическая модель

возникновения внутренних

напряжений в углеродных покрытиях, учитывающая глубину залегания радиационных дефектов, и определена роль внутренних напряжений сжатия в процессе структурообразования.

В параграфе 4.1 предложена феноменологическая модель

возникновения внутренних

напряжений в углеродных покрытиях, основанная на изменении объема материала в результате генерации радиационных дефектов. Структура углеродного покрытия рассматривается в рамках поликластерной модели аморфных тел. Точечный дефект в углеродной матрице занимает объем ГУ (у =/,и, где - частичный межузельный атом, и - частичная вакансия), вызывая тем самым деформацию связей окружающих атомов. Изменение объема, обусловленное точечным дефектом (дилатационный объем), можно выразить следующим соотношением:

дк.=п;-о, (1)

где - атомный объем. Объем частичной вакансии О, < О, в результате чего образуется отрицательный центр дилатации и возникают напряжения растяжения. Частичный межузельный атом образует положительный центр дилатации (П, > О), что приводит к возникновению напряжений сжатия.

В первом приближении суммарная величина внутренних напряжений, обусловленных радиационными точечными дефектами, определяется выражением:

ст = м (с-с,)о ' (2)

где М - модуль Юнга материала; СДх,/), Си(х,1) - концентрации соответствующих точечных дефектов. В выражении (2) числитель представляет собой изменение объема материала в результате генерации радиационных дефектов, а знаменатель - исходный объем до ионного облучения.

Описание процессов генерации и эволюции радиационных дефектов базируется на основных положениях и уравнениях радиационно-диффузионной модели уплотнения пленок, разработанной A.C. Бакаем с соавторами, но отличается тем, что учитывается процесс исчезновения дефектов на стоках (поверхность покрытия), который зависит от глубины их залегания. Концентрации соответствующих дефектов C,(x,t),Cu(x,t) описываются следующими уравнениями:

=Gl{l-ßC„)-ßGuC,-а„,СС -А;ДС, , (3)

Ol ах

~С = Gu (l - ßC.) - ßG:Cu -anCCu-X'DCu , (4)

Cf ex

где G. - скорость генерации точечных дефектов при ионном облучении; ß -коэффициент, учитывающий аннигиляцию дефектов в радиационных каскадах (ß>0); aiv - коэффициент рекомбинации; AJ - общая эффективность действия стоков для соответствующего точечного дефекта; D. - коэффициент диффузии; дС.

Ч, ~ Диффузионный поток дефектов. Первые два слагаемых в правой

части уравнений (3) и (4) описывают скорость генерации точечных дефектов с учетом процессов их аннигиляции в радиационных каскадах; третье - скорость рекомбинации дефектов; четвертое - скорость исчезновения дефектов на стоках; пятое - их диффузионное перераспределение.

В нашем случае неглубокого приповерхностного залегания точечных дефектов поверхность образца представляет собой главный, ненасыщаемый и неограниченный их сток. Учитывая, что толщина дефектного слоя (глубина залегания) в покрытии hm, образованного за один импульс разряда, несоизмеримо меньше его длины и ширины, формулу для расчета эффективности поверхности как стока точечных дефектов можно записать следующим образом:

Из формулы (5) следует, что с уменьшением глубины залегания точечных дефектов в два раза (с 8 А до 4 А) при увеличении угла наклона оси плазменного потока к подложке от 0° до 70°, эффективность стока дефектов на поверхности увеличивается в 4 раза. Таким образом, глубина залегания радиационных дефектов оказывает существенное влияние на их концентрации в покрытии и, соответственно, на величину внутренних напряжений.

В параграфе 4.2 рассматривается роль внутренних напряжений сжатия в процессе структурообразования углеродных покрытий с целью оценки возможности формирования покрытий, имеющих преимущественно алмазоподобный (5р3) тип связи атомов в диапазоне полученных нами величин

внутренних напряжений. Показано, что образование в выделенном объеме (кластере) яр2 или лр1 типа связи атомов зависит от величины возникающих внутренних напряжений сжатия, которые прямо пропорциональны давлению, действующему на единицу поверхности объема. Согласно оценочным расчетам, в интервале температур осаждения 300-400 К структура углеродного покрытия будет преимущественно графитоподобной, если величина внутренних напряжений сжатия а < 3.75 ГПа, и алмазоподобной, если а > 7.5 ГПа, в случае, когда 3.75 <а <7.5 ГПа присутствуют обе фазы, соотношение которых определяется величиной а. Данный вывод хорошо согласуется с экспериментально установленными нами закономерностями между формированием структуры и величиной внутренних напряжений сжатия в углеродных покрытиях, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом, а также с представленными в научной литературе зависимостями връ(а).

Основные результаты и выводы диссертационной работы

1. По результатам исследования аморфных углеродных наноразмерных покрытий методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов установлено, что увеличение угла наклона плазменного потока к подложке, заряда емкостного накопителя, а также напуск в камеру азота приводят к увеличению доли ьр1- фазы в покрытии.

2. Получены зависимости величины внутренних напряжений в углеродных покрытиях от толщины, угла наклона плазменного потока относительно подложки, заряда емкостного накопителя, коэффициента абляции графитового катода, величины ускоряющего потенциала, типа легирующего элемента. Показана возможность управления величиной внутренних напряжений в углеродных покрытиях в диапазоне от 13 до 6 ГПа путем изменения угла наклона плазменного потока к подложке. Увеличение угла приводит к уменьшению глубины залегания радиационных дефектов, что обуславливает большую вероятность частичной релаксации внутренних напряжений за счет миграции дефектов к стокам (поверхности покрытия). Обнаружена взаимосвязь между величиной внутренних напряжений и энергией плазмона, которая обусловлена относительным содержанием в матрице углеродного покрытия атомов с луг и гибридизацией электронных орбиталей.

3. Установлено, что добавление азота приводит к увеличению шероховатости углеродного покрытия. В случае легирования углеродного покрытия вольфрамом, наоборот, высота нановыступов и степень шероховатости поверхности уменьшаются. Влияние легирующей примеси в углеродном покрытии на морфологию его поверхности объясняется, в первую очередь, изменением диффузионной подвижности атомов углерода. Подача на подложку ускоряющего потенциала 1200 В приводит к увеличению средней высоты нановыступов приблизительно в пять раз.

4. Отжиг углеродных покрытий при температуре 350°С приводит к снижению величины внутренних напряжений на 43 % в покрытии, полученном при угле наклона оси плазменного потока к подложке 0 = 0°, и только на 20 % в покрытии, полученном при 0 = 70°, что связано с меньшим количеством дефектов в последнем. Процесс отжига дефектов, с которым связано уменьшение внутренних напряжений, носит пороговый характер, имеет значение не только время отжига, но и температура отжига, обуславливающая перестройку дефектов (отжиг) с определенной энергией миграции.

5. Предложена феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, основанная на изменении объема материала в результате генерации радиационных дефектов. Описание процессов генерации и эволюции радиационных дефектов базируется на основных положениях и уравнениях радиационно-диффузионной модели уплотнения пленок, разработанной A.C. Бакаем с соавторами, но отличается тем, что учитывается процесс исчезновения дефектов на стоках (поверхность покрытия), который зависит от глубины их залегания.

6. Показана определяющая роль внутренних напряжений сжатия в процессе структурообразования углеродных покрытий. Образование в выделенном объеме (кластере) sp2 или sp1 типа связи атомов зависит от величины возникающих внутренних напряжений сжатия, которые прямо пропорциональны давлению, действующему на единицу поверхности объема. Согласно оценочным расчетам, структура углеродного покрытия будет преимущественно графитоподобной, если величина внутренних напряжений сжатия а < 3.75 ГПа, и алмазоподобной, если а > 7.5 ГПа, в случае, когда 3.75 < и < 7.5 ГПа, присутствуют обе фазы, соотношение которых определяется величиной а.

Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного

пользования «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» БелГУ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Камышанченко, Н.В. Влияние величины заряда емкостного накопителя на процесс абляции графита в импульсном вакуумно-дуговом разряде / Н.В. Камышанченко, М.Г. Ковалева, А.Я. Колпаков, А.И. Поплавский // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. №5. С. 30-31.

2. Колпаков, А.Я. Влияние внутренних напряжений на морфологию поверхности твердых наноразмерных углеродных покрытий / А.Я. Колпаков, М.Е. Галкина, И.Ю. Гончаров, И.В. Суджанская, А.И. Поплавский // Российские нанотехнологии. 2008. Т.З, №9-10. С. 69-73.

3. Kolpakov, A.Ya Properties of Nanosized Carbon Coatings Doped with Nitrogen, Tungsten, and Aluminium and Obtained by Pulse Vacuum Arc Method / A.Ya Kolpakov, A.I. Poplavsky, M.E. Galkina, I.V. Sudzhanskaya, I.Yu. Goncharov, O.A.

Druchinina, N.V. Strigunov, V.A. Kharchenko, O.Yu. Merchansky // Nanotechnologies in Russia. 2010. Vol.5, №3-4. PP. 160-164.

4. Колпаков, А.Я. Влияние степени легирования азотом и толщины на электропроводность и морфологию наноразмерных углеродных покрытий на кремнии / А.Я. Колпаков, И.В. Суджанская, М.Е. Галкина, И.Ю. Гончаров, А.И. Поплавский, С.С.Манохин // Российские нанотехнологии. 2011. Т.6, №3-4. С. 43-46.

Патент:

5. Заявка на изобретение № 2009130532/02(042619) Р.Ф. Способ формирования сверхтвердого углеродного покрытия в вакууме / Москвитин A.A., Маслов А.И., Колпаков А.Я., Поплавский А.И. - решение о выдачи патента на изобретение от 17.08.2010.

Статьи и тезисы, опубликованные в сборниках трудов конференций:

6. Ковалева, М.Г. Феноменологическая модель формирования сверхтвердого углеродного покрытия нанометровой толщины / М.Г. Ковалева, И.В. Суджанская, А.И. Поплавский // Физика и химия наноматериалов: материалы Международной школы-конференции молодых ученых. - Томск, 2005. С. 56-58.

7. Колпаков, А.Я. Влияние ускоряющего потенциала на величину внутренних напряжений, электропроводность и морфологию поверхности твердых наноразмерных углеродных покрытий / А.Я. Колпаков, М.Е. Галкина, А.И. Поплавский, И.Ю. Гончаров, В.А. Харченко // Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем: материалы VIII Всероссийской конференции. - М.: МИФИ, 2008. С. 136-137.

8. Галкина, М.Е. Анализ величины внутренних напряжений как метод характеризации тонких сверхтвердых углеродных покрытий / М.Е. Галкина, А.Я. Колпаков, А.И. Поплавский // Пленки и покрытия - 2009: Труды 9-ой Международной конференции. - СПб: Изд-во Политехи. Ун-та, 2009. С. 248-251.

9. Поплавский, А.И. Наноразмерные углеродные покрытия, получаемые импульсным вакуумно-дуговым методом, применяемые для повышения эксплуатационных характеристик изделий микромеханики / А.И. Поплавский, А.Я. Колпаков, М.Е. Галкина, И.Ю. Гончаров // Rusnanotech 09: сб. тезисов докладов участников Второго Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий. - М., 2009. С. 178-180.

10. Поплавский, А.И. Наноразмерные легированные углеродные покрытия для изделий микромеханики / А.И. Поплавский, И.Ю. Гончаров, М.Е. Галкина, И.В. Суджанская, О.Ю. Мерчанский // Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов: сб. материалов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2009. С. 289-291.

11. Колпаков, А.Я. Влияние условий формирования на внутренние напряжения и морфологию поверхности наноразмерных алмазоподобных углеродных

покрытий, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом / А.Я. Колпаков, А.И. Поплавский, М.Е. Галкина, И.Ю. Гончаров, О.Ю. Мерчанский // Нанотехнологии функциональных материалов (НФМ'10): Труды Международной научно-технической конференции. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та. 2010. С. 423-424.

12. Колпаков, А.Я. Наноразмерные углеродные покрытия, получаемые импульсным вакуумно-дуговым методом. Свойства и применение / А.Я. Колпаков, М.Е. Галкина, А.И. Поплавский, И.В. Суджанская // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства: сб. материалов Седьмой Международной конференции. - Владимир: Изд-во ВлГУ. 2010. С. 172-176.

13. Поплавский, А.И. Внутренние напряжения и морфология поверхности наноразмерных алмазоподобных углеродных покрытий, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом / А.И. Поплавский, А.Я. Колпаков, М.Е. Галкина, И.Ю. Гончаров, О.Ю. Мерчанский, С.С. Манохин // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства: сб. материалов Седьмой Международной конференции. - Владимир: Изд-во ВлГУ. 2010. С. 295-296.

Подписано в печать 21.07.2011. Гарнитура Times New Roman. Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 155. Оригинал-макет подготовлен и тиражирован в ИПК НИУ «БелГУ» 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Поплавский, Александр Иосифович

Введение

Глава 1. Алмазоподобные углеродные покрытия, методы получения, структура, внутренние напряжения и морфология поверхности

1.1. Углерод и его формы. Алмазоподобные углеродные покрытия, структура и свойства

1.2. Анализ существующих Р\Т) методов синтеза алмазоподобных углеродных покрытий

1.3. Внутренние напряжения в углеродных покрытиях

1.4. Методы измерения внутренних напряжений в покрытиях

1.5. Модели формирования алмазоподобных углеродных покрытий, объясняющие возникновение внутренних напряжений

1.6. Способы снижения внутренних напряжений

1.7. Морфология поверхности алмазоподобных углеродных покрытий

Выводы к главе

Глава 2. Методика эксперимента, оборудование и материалы

2.1. Получение образцов наноразмерных углеродных покрытий

2.2. Исследование структуры углеродных покрытий

2.3. Определение величины внутренних напряжений в углеродных покрытиях

2.4. Исследование морфологии поверхности углеродных покрытий

Глава 3. Закономерности формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности углеродных покрытий

3.1. Результаты исследований структуры наноразмерных углеродных покрытий

3.2. Зависимости величины внутренних напряжений в наноразмерных углеродных покрытиях от условий формирования

3.3. Зависимости морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий от условий формирования

3.4. Влияние последующего отжига на величину внутренних напряжений в наноразмерных углеродных покрытиях

Выводы к главе

Глава 4. Феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, учитывающая глубину залегания радиационных дефектов. Роль внутренних напряжений сжатия в процессе структурообразования

4.1. Феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, учитывающая глубину залегания радиационных дефектов

4.2. Роль внутренних напряжений сжатия в процессе структурообразования

Выводы к главе

Введение диссертация по физике, на тему "Закономерности формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом"

Актуальность темы. Создание наноразмерных покрытий (пленок) функционального назначения на изделиях, деталях и инструменте, применяемых в таких отраслях как металлообработка, аэрокосмическая промышленность, медицина, микромеханика и т.д. является важной и перспективной задачей, позволяющей существенно повысить их эксплутационные характеристики. Большой- интерес в этом плане представляют алмазоподобные углеродные пленки (АПУ), известные во всем мире как DLC (diamond-like carbon), благодаря своим уникальным механическим и физико-химическим свойствам, близким к свойствам природного алмаза.

Импульсный вакуумно-дуговой метод получения АПУ покрытий обладает рядом преимуществ перед непрерывными методами получения таких покрытий: более высокая- плотность плазмы; возможность управления температурным режимом подложки путем изменения длительности импульсов и частоты их следования; обеспечение необходимой толщины покрытия путем задания определенного количества импульсов, что особенно важно при формировании наноразмерных покрытий; сплошность покрытия при минимальной толщине.

Свойства и эксплуатационные характеристики наноразмерных АПУ покрытий, получаемых осаждением ускоренных частиц углерода на холодной подложке, определяются их структурой, а также, в значительной степени, величиной внутренних напряжений и морфологией поверхности. Исследование структуры углеродных покрытий необходимо для их характеризации и имеет большие сложности с учетом их неупорядоченной структуры. Высокие значения внутренних напряжений сжатия, достигающих ЮГПа и больше, с одной стороны, могут приводить к деформации подложки или процессам отслаивания пленки, что в значительной степени ограничивает область их применения в микромеханике и нанотехнологии, а с другой стороны, играют основную роль в процессах «самоорганизации». Имеются научные публикации, в которых установлена корреляционная связь между структурой и внутренними напряжениями углеродных покрытий, физическая сущность которой во многом остается не выясненной. Остаются открытыми вопросы о причинах и механизмах возникновения внутренних напряжений и способах управления их величиной. Среди многообразия моделей формирования АПУ покрытий, объясняющих возникновение внутренних напряжений, наибольшее признание получили модели, основанные на теории термических пиков, «БиЬр1ап1айоп» модель, и модели уплотнения углеродных пленок, учитывающие процессы генерации и эволюции радиационных дефектов в термически активируемых диффузионных процессах. Недостаточно изучены закономерности и механизмы формирования, рельефа поверхности наноразмерных углеродных покрытий в условиях ионной бомбардировки. Анализ научной литературы показал, что наиболее полно изучено влияние средней энергии ионов, углерода и температуры осаждения на структуру и свойства АПУ покрытий. При этом требуются дополнительные исследования влияния параметров процесса осаждения, легирования различными элементами, а также последующего отжига на величину внутренних напряжений и морфологию поверхности наноразмерных углеродных покрытий, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом.

Таким образом, исследование закономерностей процессов формирования структуры, внутренних напряжений и морфологии поверхности наноразмерных углеродных покрытий, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом, представляют как научный, так и практический интерес. Они необходимы, во-первых, для расширения представлений о механизмах возникновения внутренних напряжений и их роли в процессе формирования углеродных покрытий. Во-вторых, для определения возможных путей регулирования величины внутренних напряжений в наноразмерных углеродных покрытиях и влияния на их морфологию с перспективой использования результатов исследований для расширения области применения этих покрытий, например, в микромеханике, медицине и нанотехнологии.

Научная новизна работы:

4. Установлено, что особенности изменения величины внутренних напряжений в углеродных наноразмерных покрытиях, характеризующихся различной энергией плазмона, при отжиге связаны с различной концентрацией в них радиационных дефектов. Процесс отжига носит пороговый характер, и определяющее значение имеет не время отжига, а температура.

Практическая ценность работы. Результаты, полученные в ходе выполнения работы, определяют возможные пути регулирования величины внутренних напряжений в углеродных покрытиях, осаждаемых импульсным вакуумно-дуговым методом, и влияния на морфологию их поверхности, что позволит расширить область применения углеродных покрытий, в частности, на изделиях микромеханики и медицинских имплантатах. Полученные выходе выполнения работы результаты и технические решения обладают патентоспособностью. Получено положительное решение о выдаче патента по заявке на изобретение № 2009130532/02(042619) «Способ формирования сверхтвердого углеродного покрытия в вакууме», где использована часть результатов данной работы.

Положения, выносимые на защиту:

4. Феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, учитывающая глубину залегания радиационных дефектов. Оценка возможности формирования покрытий, имеющих преимущественно алмазоподобный (sp3) тип связи атомов в диапазоне полученных величин внутренних напряжений.

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

• Международная школа-конференция молодых ученых «Физика и химия наноматериалов». - Томск, 13-16 декабря, 2005.

• VIII Всероссийская конференция «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем». - Белгород, 10-14 ноября, 2008.

• 9-ая Международная конференция «Пленки и покрытия — 2009». — Санкт-Петербург, 26-29 мая, 2009.

• Международный форум по нанотехнологиям «Ыизпаг^есЬ 09». - Москва, 6-8 октября, 2009.

• Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов». - Белгород, 16-20 ноября, 2009.

• Международная научно-техническая конференция «Нанотехнологии функциональных материалов (НФМ" 10)». - Санкт-Петербург, 22-24 сентября, 2010.

• 7-ая Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства». — Владимир, 17-19 ноября, 2010.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в четырех статьях из списка ВАК, одном патенте на изобретение и восьми сборниках трудов конференций.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Выводы к главе 4

1. Предложена феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, основанная на изменении объема материала в результате генерации радиационных дефектов. Описание процессов генерации и эволюции радиационных дефектов базируется на основных положениях и уравнениях радиационно-диффузионной модели уплотнения пленок, разработанной А.С. Бакаем с соавторами, но отличается тем, что учитывается процесс исчезновения дефектов на стоках (поверхность покрытия), который зависит от глубины их залегания.

2. Показана определяющая роль внутренних напряжений сжатия4 в процессе структурообразования углеродных пленок. Образование в выделенном объеме (кластере) эр2 или- Бръ типа связи атомов зависит от величины возникающих внутренних напряжений сжатия, которые прямо пропорциональны давлению, действующему на единицу поверхности объема. Согласно оценочным расчетам, структура углеродного покрытия будет преимущественно графитоподобной, если величина внутренних напряжений сжатия а <3.75 ГПа, и алмазоподобной, если а >1.5 ГПа, в случае, когда 3.75 <<т< 7.5 ГПа, присутствуют обе фазы, соотношение которых определяется величиной <7.

Заключение

1. По результатам исследования аморфных углеродных наноразмерных покрытий методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов установлено, что увеличение угла наклона плазменного потока к подложке, заряда емкостного накопителя, а также напуск в камеру азота приводят к уменьшению энергии плазмона, что свидетельствует об увеличении доли яр1— фазы в покрытии.

2. Получены зависимости величины внутренних напряжений в углеродных покрытиях от толщины, угла наклона плазменного потока относительно подложки, заряда емкостного накопителя, коэффициента абляции графитового катода, величины ускоряющего потенциала. Показана возможность управления величиной внутренних напряжений в углеродных наноразмерных покрытиях в диапазоне от 13 до 6 ГПа путем изменения угла наклона плазменного потока к подложке. Увеличение угла приводит к уменьшению глубины залегания радиационных дефектов, что обуславливает большую вероятность частичной релаксации внутренних напряжений за-счет миграции дефектов к стокам (поверхности покрытия). Обнаружена взаимосвязь между величиной внутренних напряжений'и энергией плазмона, которая обусловлена относительным содержанием в матрице углеродного покрытия атомов с Бр1 и ярг — гибридизацией валентных электронов.

3. Получены экспериментальные зависимости влияния легирующих элементов (азот, алюминий и вольфрам) на величину внутренних напряжений в нанокомпозитных углеродных покрытиях. Обнаружено, что минимальная величина внутренних напряжений сжатия присуща покрытиям, легированным элементами, которые не являются карбидообразующими. Снижение внутренних напряжений по мере повышения давления азота в камере обусловлено, во-первых, изменением элементного и фазового состава матрицы углеродного покрытия, во-вторых, наличием атомов газовой примеси, которая способствует превращению растущего скопления вакансий в поры и формированию пористого покрытия.

4. Установлено, что добавление азота приводит к существенному увеличению шероховатости углеродного покрытия. В случае легирования углеродного покрытия вольфрамом, наоборот, происходит снижение степени шероховатости поверхности в результате уменьшения количества нановыступов и их высоты. Влияние легирующей примеси в углеродном покрытии на морфологию его поверхности объясняется, в первую очередь, изменением диффузионной подвижности атомов углерода.

5. Сильное влияние на высоту нановыступов и, соответственно, на степень шероховатости поверхности покрытия оказывает приложение ускоряющего потенциала к подложке. Подача на подложку ускоряющего потенциала 1200 В приводит к увеличению средней высоты нановыступов приблизительно в пять раз.

6. Отжиг углеродных покрытий при температуре 350°С приводит к снижению величины внутренних напряжений на 43% в покрытии, полученном при угле наклона оси плазменного потока к подложке 0-0°, и только на 20% в покрытии, полученном при 0 = 70°, что связано с меньшим количеством дефектов в последнем. Процесс отжига дефектов, с которым связано уменьшение внутренних напряжений, носит пороговый^ характер, имеет значение не только время отжига, но и температура отжига, которая обуславливает перестройку дефектов (отжиг) с определенной энергией миграции.

7. Предложена феноменологическая модель возникновения внутренних напряжений в углеродных покрытиях, основанная на изменении объема материала в результате генерации радиационных дефектов. Описание процессов генерации и эволюции радиационных дефектов базируется на основных положениях и уравнениях радиационно-диффузионной модели уплотнения пленок, разработанной A.C. Бакаем с соавторами, но отличается тем, что учитывается процесс исчезновения дефектов на стоках (поверхность покрытия), который зависит от глубины их залегания.

8. Показана определяющая роль внутренних напряжений сжатия в процессе структурообразования углеродных пленок. Образование в выделенном объеме (кластере) зр1 или яр3 типа связи атомов зависит от величины возникающих внутренних напряжений сжатия, которые прямо пропорциональны давлению, действующему на единицу поверхности объема. Согласно оценочным расчетам, структура углеродного покрытия будет преимущественно графитоподобной, если величина внутренних напряжений сжатия сг<3.75 ГПа, и алмазоподобной, если <т > 7.5 ГПа, в случае, когда 3.75 < ст < 7.5 ГПа, присутствуют обе фазы, соотношение которых определяется величиной (7 .

9. Результаты и технические решения, полученные в ходе выполнения работы, использованы при разработке способа формирования сверхтвердого углеродного покрытия в вакууме [165].

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Поплавский, Александр Иосифович, Белгород

1. Алмазоподобные пленки углерода: обзор, инф. сер. Монокристаллы и особо чистые вещества / Э.Ф. Чайковский, В.М. Пузиков, А.В. Семенов. — М.: НИИТЭХИМ, 1985. 365 с.

2. Алмаз: Справочник / Д.В. Федосеев и др.. Киев.: Наукова думка, 1981. - 78с.

3. Novoselov K.S. et al. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science. 2004. Vol. 306. P. 666-669.

4. Морозов C.B., Новоселов K.C., Гейм A.K. Электронный транспорт в графене // УФН. 2008. Т. 178, №7. С. 776-780.

5. Вуль А .Я., Соколов В.И. Исследование наноуглерода в России: от фуллеренов к нанотрубкам и наноалмазам // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2, №3-4. С. 17-30.

6. Ивановская В.В., Ивановский A.JI. Алмазоподобные углеродные наноматериалы: моделирование структуры и свойств // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2, №9-10. С. 12-27.

7. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структуры углерода // УФН. 1995. Т. 165, №9. С. 977-1009.

8. Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Materials Science and Engineering R. 2002. Vol. 37. P. 129-281.

9. Новиков Н.Д. и др. Структура сверхтонких- пленок линейно-цепочечного углерода // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия.2002. №2. С. 57-60.

10. Lifshitz Y. Diamond-like carbon present status // Diamond and Related Materials. 1999. Vol. 8. P. 1659-1676.1 l.McKenzie D.R. Tetrahedral bonding in amorphous carbon // Rep. Prog. Phys. 1996. N.59. P. 1611-1664.

11. Lifshitz Y. Pitfalls in amorphous carbon studies // Diamond and Related Materials.2003. Vol.12. P. 130-140.

12. Aksenov I.I., Strel'nitskij V.E. Vacuum-arc discharge as an instrument for PVD process of DLC films deposition // Алмазные пленки и пленки родственных материалов: сб. докл. 5-го Международного симпозиума. — Харьков: ННЦ ХФТИ, 2002. С. 39-64.

13. Gaskell P.H. et al. Neutron-scattering studies of the structure of highly tetrahedral amorphous diamondlike carbon//Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67. P. 1286-1289.

14. Tochitsky E.I. et al. Structure and properties of carbon films prepared by pulsed vacuum arc deposition // Surface and Coatings Technology. 1991. Vol. 47. P. 292298.

15. Davis C.A., Amaratunga G.A.J., Knowles K.M. Growth Mechanism and Cross-Sectional Structure of Tetrahedral Amorphous Carbon Thin Films // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 80. P. 3280-3283.

16. Yin Y., Zou D.R., McKenzie J. Preferred orientation in carbon films induced by energetic condensation//Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B. 1996. Vol. 119. P. 587590.

17. Taylor M.B. The origin of preferred orientation during carbon film growth // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. Vol. 21. P 225003.

18. Lau D.W.M. et al., Abrupt stress induced transformation in amorphous carbon films with a highly conductive transition phase // PRL 2008. Vol. 100. P.176101.

19. Scheibe H.-J., Drescher D., Alers P.Raman characterization of amorphous carbon films //Fresenius J. Analytical Chemistry. 1995. Vol: 353. P. 695-697.

20. Scheibe H.-J. et al. Investigation of surface topography, morphology and structure of amorphous carbon films by AFM and ТЕМ // Fresenius J. Analytical Chemistry. 1995. Vol. 353. P.690-694.

21. Drescher D. et al. A model for particle growth in arc deposited amorphous carbon films // Diamond and Related Materials. 1998. Vol. 7. P. 1375-1380.

22. Fallon P.J. et al. Properties of filtered-ion-beam-deposited dimondlike carbon as a function of ion energy // Phys. Rev. B. 1993. Vol. 48, №7. P. 4777-4782.

23. Chhowalla M: et al. Influence of energy and substrate temperature on the optical and electronic properties of tetrahedral amorphous carbon (ta-C) films // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 81 (1), P. 139-145.

24. Shi Xu et al. Properties of carbon ion deposited tetrahedral amorphous carbon films as a function of ion energy // J. Appl. Phys. 1996. Vol. 79 (9), P. 7234-7240.

25. Polo M.C. et al. Preparation of tetrahedral amorphous carbon films by filtered cathodic vacuum arc deposition // Diamond and Related Materials. 2000. Vol. 9. P. 663-667.

26. Tay B.K. et al. Effects of substrate temperature on properties of tetrahedral amorphous carbon films // Thin Solid Films. 1999. Vol. 346. P. 155-161.

27. McKenzie D.R. et al. Properties of tetrahedral amorphous carbon prepared by vacuum-arc deposition // Diamond and Related Materials. 1991. Vol. 1. P. 51-59.

28. Teo K.B.K, et al. Highest optical gap tetrahedral amorphous carbon // Diamond and Related Materials. 2002. Vol. 11. P. 1086-1090.

29. Inkin V.N. et al. Change of internal stress of carbon superhard condensates at a process of annealing // Diamond and Related Materials. 2004. Vol. 13. P. 1474-1479.

30. Schulz H. et al. Pulsed arc deposition of super-hard amorphous carbon films // Appl. Phys. A. 2004. Vol. 78. P. 675-679.

31. Inkin V.N., Kirpilenko G.G., Kolpakov A.J. Internal stresses in ta-C films deposited by pulse arc discharge method // Diamond and Related Materials. 2001. Vol. 10. P. 1103-1108.

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

33. Маслов А.И. Разработка способа и технологии нанесения углеродных алмазоподобных покрытий на спецоснастку и изделия электронной техники: дис. . канд. тех. наук. Москва.: МИЭТ, 1987, 237 с.

34. Галкина М.Е. Внутренние напряжения в углеродных конденсатах, формируемых импульсным вакуумно-дуговым методом: дис. канд. физ.-мат. наук. Белгород.: БелГУ, 2005, 164 с.

35. Способ формирования сверхтвердого аморфного углеродного покрытия в вакууме: пат. РФ. 2240376 / Колпаков А.Я., Инкин В.Н., Уханов С.И.; опубл. 20.11.04.

36. Ferrari А.С. et al. Density, sp2 fraction, and cross-sectional structure of amorphous carbon films determined by x-ray reflectivity and electron energy-loss spectroscopy // Phys. Rev. B. 2000. Vol. 62, №16. P. 11089-11103.

37. Ferrari A.C. Diamond-like carbon for magnetic storage disks // Diamond and Related Materials. 2004. Vol. 180-181. P. 190-206.

38. Fyta M'.G. et al". Structure, stability, and. stress properties of amorphous and nanostructured carbon films // Thin Solid Films. 2005. Vol. 482. P. 56-62.

39. Beghi M.G. et al. Elastic constants and structural properties of nanometre-thick diamond-like carbon films // Diamond andt Related Materials. 2002. Vol. 11. P. 1062-1067.

40. Beghi M.G. et al. Bonding and mechanical properties of ultrathin diamond-like carbon films //Applied Physics Letters. 2002. Vol. 81, №20. P. 3804-3806.

41. Druz B. et al. Nitrogenated carbon films deposited using filtered cathodic arc // Diamond and Related Materials. 2000. Vol. 9. P. 668^674.

42. Kleinsorge B. et al. Bonding regimes of nitrogen in amorphous carbon // Diamond and Related'Materials. 2000. Vol. 9. P. 643-648.

43. Zhang P. et al. Microstructure and mechanical properties of nanocomposite amorphous carbon films // J. Vac. Sci. Technoh A. 20021 Vol. 20, N. 4. P. 13901394.

44. Tay B.K. et al. Hard carbon nanocomposite films with low stress // Diamond and Related Materials. 2001. Vol. 10. P. 1082-1087.

45. Суджанская И.В. Влияние толщины и легирования азотом на электропроводность и механические свойства системы «кремний покрытие»: Дис. .канд. физ.-мат. наук. - Белгород.: БелГУ, 2008, 138 с.

46. Способ формирования сверхтвердого легированного углеродного покрытия на кремнии в вакууме: пат. РФ. 2342468 / Галкина М.Е. и др..

47. Egerton R.F. Electron energy-loss spectroscopy in the ТЕМ I I Rep. Prog. Phys. 2009. Vol. 72. P. 016502-016527.

48. Kulik J. et al. Electron energy - loss spectroscopy of mass-selected ion-beam -deposited diamondlike carbon // J. Appl. Phys. 1994. Vol.76 (9). P. 5063-5069.

49. Григорьев C.H., Волосова M.A. Нанесение покрытий на инструмент. М.: Изд-во «ИТО», 2007.-68 с.

50. Аксенов И.И., Стрельницкий В.Е. Синтез безводородных пленок алмазоподобного углерода // Алмазные пленки и пленки родственных материалов: сб. докл. 12-го Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике». Харьков: ННЦХФТИ, 2001. С. 96-105.

51. Способ получения искусственных алмазов: А.С. № 411037 / Голянов В.М., Демидов А.П.

52. Чайковский Э.Ф., Пузиков В.M., Семенов А.В. Осаждение алмазных пленок из ионных пучков углерода // Кристаллография. 1981-,. Т. 26, вып. 1. С. 219-222.

53. Yamamoto К. et al. Carbon films deposited with mass-selected carbon ion beams under substrate heating // Surface and Coatings Technology. .2003. V. 169-170. P. 328-331.

54. Voevodin A.A., Donley M.S. Preparation of amorphous diamond-like carbon by pulsed; laser deposition: a critical review // Surf. Coatings Technol., 1996: Vol; 82. P. 199-213;

55. Eason R. Pulsed laser deposition of thin films: Applications LED growth of functional materials / R. Eason. - Hoboken: Wiley- Interscience, 2007. - 628 p.

56. Андреев А.А. и др. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005.- 236 с.

57. Аксенов И.И Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. - 212 с.

58. Блинов И.Г. и др. Вакуумные сильноточные плазменные устройства и их применение в технологическом оборудовании микроэлектроники. М.: ЦНИИ «Электроника», 1974.

59. Вакуумные дуги: пер. с англ. / под ред. Дж. Лафферти. -М.: Мир, 1982. 432с.

60. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000. 424с.

61. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. -М.: Наука, 1968.

62. Kimblin C.W. Erosion and Ionization in Cathode Spot Regions of Vacuum Arc // J. Appl. Phys. 1973. Vol. 44, N. 7. P. 3074-3081.

63. Стрельницкий B.E. Исследование алмазоподобных форм углерода и получение покрытий на их основе при конденсации плазмы в вакууме : дис. . канд. физ.-мат. наук. Харьков, 1980.

64. Sethuraman S.K., Chatterton Р.А., Barrault M.R. A study of the erosion rate of vacuum arcs in a transverse magnetic field // Journal of Nuclear Materials. 1982. Vol. 111-112. P. 510-516.

65. Камышанченко H.B., Ковалева М.Г., Колпаков А.Я., Поплавский А.И. Влияние величины заряда емкостного накопителя на процесс абляции графита в импульсном вакуумно-дуговом разряде // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. №5. С. 30-31.

66. Никитин В.М., Колпаков А .Я., Гончаров И.Ю. Влияние длительности импульса сильноточного вакуумно-дугового разряда на величину коэффициента эрозии графитового катода // Научные ведомости. Белгород: БелГУ, 2001. №2, (15). С. 12-15.

67. Kandah М., Meunier J-L. Erosion Study on Graphite Cathodes Using Pulsed Vacuum Arcs // IEEE Transactions on plasma science. 1996. Vol. 24,№.2. P. 523527.

68. Бугаев A.C. и др. Исследования направленных скоростей ионов в вакуумном дуговом разряде эмиссионными методами // ЖТФ. 2000. Т. 70, Вып. 9. С. 37-43.

69. Месяц Г.А., Баренгольц С.А. Механизм генерации аномальных ионов вакуумной дуги // УФН. 2002. Т. 172, № 10. С.1113-1130.

70. Кринберг И.А. Зависимость зарядности ионов от силы тока в стационарных и импульсных вакуумных разрядах // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27, Вып. 2. С. 9-16.

71. Ivanov V., Juttner В., Pursch Н. Time resolved measurement of the parameters of arc cathode plasma in vacuum // IEEE Trans. Plasma Sci. 1985. Vol. 13. P. 334-336.

72. Meunier J-L., Campbell M., Kandah M. Evidence of columnar diamond growth structures within cathode spot craters of vacuum arcs on carbon // J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. Vol. 36. P. 3138-3143.

73. Золотухин И.В., Соколов Ю.В. Фрактальная структура и некоторые физические свойства углеродного депозита, полученного распылением графита в электрической дуге // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23, № 13. С. 71-75.

74. Золотухин И.В., Соколов Ю.В., Иевлев В.П. Структура, внутреннее трение и модуль упругости фрактального углеродного депозита // ФТТ. 1998. Т. 40, № 3. С. 584-586.

75. Аксенов И.И. и др. Высокоэффективный источник чистой углеродной плазмы // ЖТФ. 1980. Т. 50, №9. С. 2000-2004.

76. Стрельницкий В.Е. Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобных пленок: история, последние разработки, применение, перспективы // Вопросы Атомной Науки и Техники. 2002. №6. С. 125-133.

77. Маслов А.И., Дмитриев Г.К., Чистяков» Ю.Д. Импульсный" источник углеродной плазмы для технологических целей // Приборы и техника эксперимента. 1985. №3. С. 146-149.

78. Method of forming diamond-like carbon coating in vacuum: US patent. 6,261,424 B1 / V.P. Goncharenko, A.J. Kolpakov, A.I. Maslov, 2001.

79. Аксенов Д.С., Аксенов И.И., Стрельницкий В.Е. Подавление эмиссии макрочастиц в вакуумно-дуговых источниках, плазмы // Вопросы Атомной Науки и Техники. 2007. №6. С. 106-114.

80. Биргер И.А. Остаточные напряжения. — М.: Машиностроительная литература, 1963.232с.

81. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука. 1987. 250 с.

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

83. Бакай А.С. Поликластерные аморфные тела-М.: Энергоатомиздат. 1987. 191с.

84. McKenzie D.R., Muller D.A., Pailthorpe В.A. Compressive-stress-induced formation of thin-film tetrahedral amorphous carbon // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67. P. 773776.

85. Ferrari А.С. et al. Is stress necessary to sp bonding in diamond-like carbon // Diamond. Relat. Mater. 2002. Vol. 11. P. 994-999.

86. Lau D.W.M. et al. Microstructural investigation supporting an abrupt stress induced transformation in amorphous carbon films // Journal of Applied Physics. 2009. Vol. 105. P. 084302-1 -084302-6.

87. Гофман Р.У. Механические свойства тонких конденсированных пленок // Физика тонких пленок. Т. 3. М.: Мир, 1968. - 225 с.

88. Yongqing Fu et al. Carbon turns the tensile surface stress of Ti to be compressive // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. Vol. 34. P. L129-L132.

89. Clyne T.W. Residual Stresses in Coated and Layered Systems // Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Elsevier, 2010. P.8126-8134.

90. Механические напряжения в тонких пленках: Обзоры по электронной технике / Романов А.С., Щеглова В.В. -М.:ЦНИИ «Электроника», 1981 .-68с.

91. Овидько И.А., Скиба Н.В., Шейнерман А.Г. Релаксация напряжений несоответствия путем зернограничной диффузии в нанокристаллических пленках //Materials Physics and Mechanics. 2009. №8. С. 149-154.

92. Doerner M.F. and Nix W.D. Stresses and deformation processes in thin-films on substrates // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 1988. V. 14(3). P. 225-268.

93. Spaepen F. Interfaces and stresses in thin films // Acta mater. 2000. Vol.48. P. 3142.

94. Lifshitz Y., Kasi S.R., Rabalais J.W. Subplantation Model for Film Growth From Hyperthermal Species: Application to Diamond // Phys. Rev. Lett. 1989. Vol. 62, N. 11. P. 1290-1294.

95. Lifshitz Y., Lempert G.D., Grossman E. Substantiation of Subplantation Model for Diamondlike Film Growth from by Atomic Force Microscopy // Phys. Rev. Lett. 1994. Vol. 72 (17). P. 2753-2756.

96. Lifshitz Y. et al. Subplantation Model for Film Growth From Hyperthermal Species //Phys. Rev. B. 1990. Vol. 41. P. 10468-10471.

97. Lacombe R. Adhesion Measurement Methods Theory and Practice. USA: Taylor & Francis Group, LLC, 2006. 428 pp.

98. Технология тонких пленок: Справочник. Т. 2. Ч. III. / пер. с англ. под ред. М.И. Елинсона, Г.Г. Смолко. -М.: Сов. радио, 1977. 768 с.

99. Stoney G.G. The Tension of Metallic Films deposited by Electrolysis // Proceedings of the Royal Society of London. A. 1909. V. 82. P. 172-175.

100. Klein C.A. How accurate are Stoney's equation and recent modifications // J. Applied Physics. 2000. V. 88, N. 9. P. 5487-5489.

101. Добрынин A.B. О применимости формулы Стони для расчета механических напряжений в толстых пленках и покрытиях // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23, № 18. С. 32-36.

102. Матвеев Н.В. и др. Остаточные напряжения в покрытии из нитрида титана, осажденного в вакууме // Проблемы прочности. 1985. №5. С. 90-93.

103. Davis C.A. A simple model for the formation of compressive stress in thin films by ion bombardment // Thin Solid Films. 1993. Vol. 226. P. 30-34.

104. Калиниченко А.И., Перепелкин C.C., Стрельницкий B.E. Формирование напряжений сжатия в тонких пленках при ионном' облучении* // Вопросы атомной науки и техники. 2007. №6. С. 116-119.

105. Калиниченко А.И., Перепелкин С.С., Стрельницкий В.Е. Влияние температуры подложки на внутренние напряжения и структуру алмазоподобного покрытия при ионном осаждении // Вопросы атомной науки и техники. 2008. №1. С. 147-151.

106. Hofasass Н. et al. Cylindrical spike model for the formation of diamondlike thin films by ion deposition // Applied Physics A. 1998. Vol. 66. P. 153-181'.

107. Seitz F., Koehler J.S. Displacement of atoms during irradiation // Solid State Physics. 1956. Vol. 2. P. 305-448.

108. Деревщиков В.А., Стручков А.И. О разбросе сгустков по массам и скоростям в импульсных плазменных ускорителях // ЖТФ. 1970. Т. XL, вып. 9.

109. Осадин Б.А., Шаповалов Г.И. Нанесение тонких пленок с помощью импульсных генераторов плазмы // ФХИОМ. 1976. №5. С. 43-51.

110. Томпсон М. Дефекты и радиационные повреждения в металлах. М. : Мир, 1971.-355 с.

111. Бакай А.С., Стрельницкий В.Е. О структуре углеродных пленок, образуемых при осаждении быстрых ионов //ЖТФ. 1981. Т. 51, вып. 9. С. 2004-2007.

112. Эггинс Б.Р. Химическая структура и реакционная способность твердых веществ. М.: Химия, 1976. - 160 с.

113. Тонкие поликристаллические и аморфные пленки. Физика и применение / Под ред. JI. Казмерски; пер. с англ.-М.: Мир, 1983.-300с.

114. Muller К.Н. Model for ion-assisted thin-film densification // J. Appl. Phys. 1986 Vol. 59 (8) P.2803-2807.

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

116. Ахиезер И.А., Давыдов JI.H. Введение в теоретическую радиационную физику металлов и сплавов. Киев.: Наукова Думка, 1985. - 144 с.

117. Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М., Черняева Т.П. Радиационные дефекты и распухание материалов Киев.: Наукова Думка, 1988. - 296 с.

118. Бышкин М.С., Бакай А.С., Туркин А.А. Перколяция и фазовый переход в аморфном углероде. Молекулярно-динамическое моделирование // Вісник Харківського університету. 2007. №781, вып. 3/35. С. 81-87.

119. Uhlmann S., Frauenheiir Th., Lifshitz Y. Molecular-dynamic study of the fundamental processes involved in subplantation of diamondlike carbon // Physical Review Letters. 1998. Vol. 81, №3. P. 641-644.

120. Marks N.A., McKenzie, Pailthorpe B.A. Molecular-dynamics study of compressive stress generation // Phys. Rev. B. 1996. V. 53. P. 4117 4124.

121. Sulin Zhang et al. Stress generation mechanisms in carbon thin films grown by ion-beam deposition // Acta Materialia. 2003. Vol. 51. P. 5211-5222.

122. Иванов-Омский В.И., Ястребов С.Г., Рихтер А. Об изменении плотности аморфного углерода при воздействии на него атомами углерода с энергиями 10-500 eV // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. В. 20. С. 29-34.

123. Marcela М.М. Bilek et al. Control of stress and microstructure in cathodic arc deposited films // IEEE Transactions on plasma science. 2003. Vol. 31, №5. P. 939-944.

124. Chhowalla M. et al. Investigation of carbon nitride films by cathodic arc evaporation//Thin Solid Films. 1996. Vol. 290-291. P. 103-106.

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

126. Ляшенко Б.А. и др. О снижении остаточных напряжений в вакуумно-плазменных покрытиях // Проблемы прочности. 2001. №4. С. 62-68.

127. Xiao Han et al. Stress, microstructure and mechanical properties of graded multilayer tetrahedral amorphous carbon films // Applied Physics A. 2008. Vol. 91. P. 529-533.

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

129. Lifshitz Y. et al. Surface roughness evolution and growth mechanism of carbon films from hyperthermal species // Diamond and Related Materials. 2007. Vol. 16. P. 1771-1776.

130. Рубштейн А.П. и др. Влияние температуры на формирование рельефа углеродных алмазоподобных пленок и его модификация ионной бомбардировкой // Физика металлов и металловедение. 2006. Т. 102, №6. С. 671-677.

131. Трахтенберг И.Ш. и др. Формирование морфологии поверхности алмазоподобных пленок, конденсирующихся при дуговом распылении графита в вакууме // Физика металлов и металловедение. 2005. Т. 100, №1. С. 65-70.

132. Casiraghi С. et al. Dynamic roughening of tetrahedral amorphous carbon / // Physical review letters. 2003. Vol.91, №22. P. 226104-1 226104-4.

133. Casiraghi C. et al. Surface properties of ultra-thin tetrahedral amorphous carbon films for magnetic storage technology // Diamond and Related Materials. 2004. Vol. 13. P. 1416-1421.

134. Casiraghi C., Ferrari A.C., Robertson J. The smoothness of tetrahedral amorphous carbon // Diamond and Related Materials. 2005. Vol. 14. P. 913-920.

135. Гончаров И.Ю., Колпаков А .Я., Камышанченко Н.В. Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации / Вопросы атомной науки и техники. 2004. №5. С. 168-172.

136. Гончаров И.Ю. Формирование рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным- вакуумно-дуговым методом: дис. канд. физ.-мат. наук. Белгород: БелГУ, 2004, 193с.

137. Синдо Д., Оикава Т. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия. М.: Техносфера, 2006. — 256 с.

138. Колпаков А.Я., Галкина М.Е., Гончаров И:Ю:,.Суджанская И.В;, Поплавский

139. A.И. Влияние внутренних напряжений на морфологию поверхности твердых наноразмерных углеродных покрытий // Российские нанотехнологии. 2008. Т.З, №9-10. С. 69-73.

140. Колпаков AJL, Галкина М.Е., Поплавский А.И.,. Гончаров И.Ю., Харченко

141. Второго Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий. М., 2009. С. 178-180.

142. Гордеев Ю.С., Микушкин В.М., Шнитов В.В. Спектры элементарных возбуждений фуллерита Сбо и влияние на них электронного возбуждения // Физика твердого тела. 2000. Т. 42, вып.2. С.371-377.

143. Voevodin A.A. et. al. Growth and structure of fiillerene-like CNX thin films produced by pulsed laser ablation of graphite in nitrogen // Journal of Applied Physics. 2002. V. 92. P. 4980-4988.

144. Ziegler J.F., Biersack J.P. and Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Solids. New York: Pergamon Press, 1985. (www.srim.org).

145. Medhekar N.V. et al. Stress-enhanced pattern formation on surfaces during low energy ion bombardment // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21. P. 224021224028.

146. Беграмбеков JI.Б. и др. Формирование микровыступов на бомбардируемой ионами поверхности // Физика и химия обработки материалов 1989. №5. С. 26-33.

147. Праттон М. Введение в физику поверхности. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2000. — 256 с.

148. Zazula Jan М. On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam // LHC Project Note 78, 1997.Xhttp://lbruno.home.cern.ch/lbruno/documents/Bibliography/LHCNote78.pdf).

149. Заявка на изобретение № 2009130532/02(042619) Р.Ф. Способ формирования сверхтвердого углеродного покрытия в вакууме / Москвитин А.А., Маслов А.И., Колпаков А.Я., Поплавский А.И. решение о выдачи патента на изобретение от 17.08.2010.