Ведение

В последнее время наблюдается тенденция все более быстрого перехода разработок различного рода из научно-исследовательской сферы в промышленность. Не последнее место в этом плане занимают и пленочные технологии. Осаждение тонких пленок на поверхность подложки позволяет значительно изменить характеристики изделий без изменения самого материала. При этом актуальность представляют плёнки, толщины которых составляют от нескольких десятков до сотен нанометров. Такие плёнки широко используются в микроэлектронике, нанофотонике, вычислительной технике и промышленности, оптике и оптоэлектронике, космической и бытовой промышленности, в разнообразных технических отраслях.

Основной метод нанесения тонких пленок является магнетронный. Это универсальный метод получения пленок металлов, сплавов, полупроводников и диэлектриков с хорошей чистотой и скоростью напыления. Напыление можно проводить в реакционной среде разреженного газа, что позволяет получать пленки нитридов, карбидов, оксидов и других соединений. Этот метод демонстрирует великолепную жизнеспособность, так как существует длительное время и остается лидером, несмотря на появления новых конкурентов. Один из таких конкурентов является лазерно-плазменный метод.

Лазером в пленочных технологиях можно не только создавать пленки, но и проводить лазерную обработку. Импульсная лазерная обработка (ИЛО) является эффективным методом модификации свойств различных материалов и исследования изменений их физических свойств в условиях высокоэнергетического воздействия лазерного излучения.

Целью данной работы является формирование тонкой плёнки TiAlN на кремниевой подложке методом магнетронного осаждения, лазерный отжиг полученных образцов, и исследовать оптические свойства образцов до и после лазерной обработки.

Основными этапами работы были:

• Анализ литературных данных, включающий в себя методы формирования, исследование структуры нитридных слоев, и исследование влияния лазерной обработки нитридных слоев.

• Получение тонких пленок TiAlN методом реактивного магнетронного напыления и их дальнейший лазерный отжиг.

• Исследование полученных образцов до и после отжига с помощью растровой электронной микроскопии, спектрофотометрирования, и оптической микроскопии.

В заключении анализируются результаты работы и приводятся выводы.

1.Обзорная часть

1.1 Применения нитридов тугоплавких металлов

Покрытия на основе нитридов тугоплавких металлов обширно используются в различных областях народного хозяйства, а именно, в микроэлектроники, медицины, машиностроении и авиастроении. Применение их, прежде всего, связано с тем, что эти покрытия обладают уникальными физико-химическими параметрами. А именно, низкое удельное сопротивление, достаточно высокий коэффициент пропускания в видимой части спектра, высокий коэффициент отражения в инфракрасной части спектра, высокая твердость, высокая износостойкость, хорошая химическая инертность и устойчивость к коррозии.

Оптические свойства наноструктурированных TiAlN покрытий представляют научный интерес и могут быть использованы в качестве антиотражающих слоев в солнечной энергетике.

Одним из путей повышения защитной способности изделий является использование различных упрочняющих покрытий, преимущественно на основе титана и его соединений. Упрочняющие покрытия – слой материала (как правило, химического соединение тугоплавких металлов) на поверхности подложке, который отличается по своим кристаллохимическим, физико-механическим и теплофизическим свойствам от соответствующих свойств подложки.

Широкое промышленное применение инструментов с упрочняющими покрытиями позволяют решать целый комплекс важнейших задач:

• Значительное повышение стойкости и надежности формообразующего инструмента;

• Увеличение срока службы инструмента и повышение производительности процессов формообразования деталей;

• Сокращение расхода дорогостоящих инструментальных материалов и дефицитных элементов типа W, Mo, Ta, Co для их изготовления;

• Повышение качества поверхностного слоя и точности размеров обрабатываемых деталей.

Нанесение упрочняющего покрытия на подложку позволяют создавать уникальные материалы, обладающего высокой износостойкостью поверхностного слоя в сочетании с достаточной прочностью и вязкостью основы.

На рисунке 1 изображены изделия с использованием пленок нитридов металла (ТiAlN)

Рисунок 1. – Изделия покрытые тонкой пленой ТiAlN.