крытий на образцы без изменения их агрегатного состояния. Согласно данным производителя установки, соотношение коэффициентов распыления титана и меди при одинаковых условиях осаждения равно 0,41. Поэтому для получения титановых покрытий с толщиной, примерно равной толщине медных покрытий, использовались следующие параметры осаждения: мощность разряда 300 Вт, напряжение разряда 383 В, время горения 45 мин.

4.2Характеристики металлических пленок

Степень адгезии полученных пленок к подложке оценивалась при помощи “скотч–теста”. Пленки на всех образцах обладали хорошей адгезией.

Структура полученных покрытий была исследована на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 50. Были исследованы пленки, осажденные на алюминиевой фольге. Подготовка образцов к исследованиям на РЭМ аналогична описанной в главе 2.

4.2.1Медные пленки

На рисунке 4.4 представлено РЭМ изображение поверхности алюминиевой фольги, покрытой медной пленкой, осажденной при температуре нагревателя 500 C. На рисунке 4.5 представлено РЭМ изображение торца пленки, снятое

при наклоне образца под углом 60 к нормали. Видно, что структура пленки не

является плотной – она состоит из отдельных кристаллитов меди, разделенных пустотами. Рельеф поверхности пленки сильно неоднороден – он состоит из чередования выступов и впадин. Причем характерный диаметр впадин достигает сотен нанометров, а их глубина практически достигает основания пленки. В связи с этим определение толщины полученной пленки весьма затруднительно.

Структура полученного покрытия не согласуется с моделью Торнтона – согласно ней, при используемых параметрах осаждения ( / ≈ 0, 5) получаемые покрытия должны иметь плотную столбчатую структуру. Однако следует отметить, что модель Торнтона основана на результатах исследований структур толстых покрытий (толщиной порядка десятков микрометров), поэтому ее экстраполяция на тонкие пленки может быть некорректной. Также необходимо учитывать, что в работе Торнтона покрытия наносились на хорошо подготовленные толстые подложки из стекла и полированной нержавеющей стали. Помимо этого, в работе [32] утверждается, что медные пленки толщиной 500

52

нм, полученные на подложках из стекла в магнетронном разряде при условиях нанесения, схожих с нашими (давление аргона 6, 5 × 10−3 мбар, / = 0, 51), имели структуру, соответствующую зоне 3 на диаграмме Торнтона. Однако структура покрытия, полученного нами, имеется у покрытий, полученных в работе [32] при более высоких давлениях. Это может свидетельствовать о том, что давление у поверхности пленки было выше, чем среднее давление в камере (в месте расположения баратрона), что может быть результатом продолжающейся десорбции водорода и воды с поверхности фольги. Наличие такого газовыделения может способствовать формированию крупных пор в получаемом покрытии. Также влияние может оказывать высокая скорость осаждения меди, вследствие которой существенную роль могли играть эффекты затенения, обсуждавшиеся в главе 1.

Такая пористая структура полученного покрытия, скорее всего делает его непригодным для защиты алюминия от коррозии в щелочных электролитах.

Энергодисперсионный анализ показал следующий состав медной пленки, осажденной при температуре нагревателя 500 C:

Основным компонентом пленки является медь. Содержание кислорода в пленке достаточно мало, что говорит о том, что медь в пленке практически не

53

окислена. Это свидетельствует о достаточно хороших вакуумных условиях при нанесении покрытия. Происхождение кислорода в пленке, судя по всему, обусловлено захватом паров воды в растущую пленку. Наличие в спектре алюминия говорит о том, что первичный электронный пучок частично проходит через пленку и возбуждает характеристическое рентгеновское излучение не только в материале пленки, но и в алюминиевой фольге. Концентрация других примесей в пленке пренебрежимо мала.

4.2.2Хромовые пленки

На рисунке 4.6 представлено РЭМ изображение поверхности алюминиевой фольги, покрытой хромовой пленкой, осажденной при температуре нагревателя 500 C. Рельеф поверхности пленки повторяет рельеф исходной фольги. В

некоторых местах на поверхности пленки можно заметить особенности, похожие на отверстия в покрытии. Возможно, эти дефекты образовались на месте дефектов в исходной фольге (царапин и углублений). Детальное изучение поверхности пленки показывает, что на ней присутствует большое количество частиц с размерами не более 100 нм (рисунок 4.7). На рисунке 4.8 представлено РЭМ изображение торца пленки, снятое при наклоне образца под углом 60 к нормали. Из него видно, что полученная пленка имеет плотно упакован-

ную столбчатую структуру и толщину порядка 500 нм. Исходя из этого можно предположить, что частицы, присутствующие на поверхности пленки, являются вершинами столбчатых кристаллитов, из которых состоит пленка.

Полученная пленка имеет структуру, соответствующую зоне Т (переходной межу зонами 1 и 2) на диаграмме Торнтона. Это согласуется с предсказаниями модели Торнтона для используемых параметров осаждения ( / ≈ 0, 3).

Энергодисперсионный анализ показал следующий состав хромовой пленки, осажденной при температуре нагревателя 500 C:

Основным компонентом пленки является хром, и содержание кислорода в ней пренебрежимо мало.

54

4.2.3Титановые пленки

На рисунке 4.9 представлено РЭМ изображение поверхности алюминиевой фольги, покрытой титановой пленкой, осажденной при температуре нагревателя 600 C. Рельеф поверхности пленки повторяет рельеф исходной фольги. В

некоторых местах на поверхности пленки, как и на поверхности хромовой пленки, можно заметить особенности, похожие на отверстия в покрытии. Детальное изучение поверхности пленки показывает, что она имеет мелкозернистую структуру (рисунок 4.10). На рисунке 4.11 представлено РЭМ изображение торца пленки, снятое при наклоне образца под углом 60 к нормали. Из него видно,

что полученная пленка имеет плотную структуру и толщину порядка 500 нм. Отнести полученную структуру к какому-либо типу структур из модели Торнтона достаточно сложно. Согласно ней, при использованных параметрах осаждения ( / ≈ 0, 4), пленка должна иметь структуру, соответствующую зоне 2 на диаграмме Торнтона. Однако на РЭМ изображении поперечного се-

чения пленки невозможно различить детали структуры пленки. Энергодисперсионный анализ показал следующий состав титановой пленки,

осажденной при температуре нагревателя 600 C:

55

Основным компонентом пленки является титан, и содержание кислорода в ней пренебрежимо мало. Следует отметить, что только в медной пленке содержание кислорода ненулевое (но все равно очень малое). Это может быть следствием как более сильной, по сравнению с хромом и титаном, окисляемости меди при повышенных температурах, так и менее хороших вакуумных условий при осаждении медной пленки. Последнее находится в согласии с предположением о том, что пористая структура медной пленки вызвана недостаточными вакуумными условиями при ее осаждении. Возможно, алюминиевая фольга не была до конца обезгажена, поэтому во время осаждения пленки продолжалось газовыделение водорода и паров воды, в результате чего происходил их захват в пленку (в связи с этим в ЭДС спектре пленки виден кислород), и в пленке происходило формирование микроскопических пор, которые хорошо разрешимы в РЭМ. У хромовой пленки, полученной при схожих условиях осаждения, такой структуры не наблюдалось, хотя для хрома соотношение / меньше, чем для меди. У титана также не наблюдалось подобная структура. Увеличение сигнала от алюминиевой подложки в титановой пленке, по сравнению с медной и хромовой пленками, обусловлено тем, что порядковый номер в таблице Менделеева и, соответственно, заряд ядра у титана (22) меньше, чем у хрома (24) и меди (29). Известно, что пробег электронов в веществе обратно пропорционален заряду ядра элемента, из которого состоит вещество. Поэтому пробеги электронов первичного пучка (при условии одинаковости их начальной

56