МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МИШЕНИ В СИМР С ГОРЯЧЕЙ МИШЕНЬЮ

  • Andrey V. Kaziev Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
  • Dobrynya V. Kolodko Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
  • Alexander V. Tumarkin Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
  • Maksim M. Kharkov Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
  • Vladislav Yu. Lisenkov Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236612.6879
Ключевые слова: магнетронный разряд, HiPIMS, распыление, испарение, отравление мишени, COMSOL Multiphysics

Аннотация

Теоретически рассмотрено совместное влияние эффектов горячей мишени и импульсного характера разряда на состояние поверхности мишени. Система уравнений описывает состояние мишени посредством значений доли отравленной площади θ1 и θ2, где индекс 1 соответствует моноатомному поверхностному слою, а индекс 2 - слою под поверхностью (приповерхностному слою). Рассмотрены процессы хемосорбции на поверхности мишени и подложки, распыления атомов химически активного газа из мишени, имплантации ионов химически активного газа в приповерхностный слой, испарения материала и переноса между слоями. Отдельное уравнение связывает атомные потоки химически активного газа на поверхностях мишени и подложки с объемными характеристиками, такими как скорость натекания газа и скорость откачки. Система уравнений решена численно, и представлены тестовые результаты. Вычислены зависимости от времени доли химического соединения на поверхности и в приповерхностных слоях мишени, а также на поверхности подложки, в процессе импульсного магнетронного распыления высокой мощности с неохлаждаемой мишенью. Повторяющийся характер СИМР был учтен заданием тока в виде прямоугольных импульсов длительностью 50–500 мкс с частотой 0,1–1 кГц. Модель предсказывает сильное влияние начальных условий отравления мишени на ход процесса распыления на временном масштабе 20 мс. Показано, что степени отравления поверхностей мишени и подложки характеризуются колебаниями с повышенной амплитудой при увеличении паузы между импульсами, даже если коэффициент заполнения остается постоянным.

Для цитирования:

Казиев А.В., Колодко Д.В., Тумаркин А.В., Харьков М.М., Лисенков В.Ю. Моделирование химического состояния поверхности мишени в СИМР с горячей мишенью. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 12. С. 76-81. DOI: 10.6060/ivkkt.20236612.6879.

Литература

Gudmundsson J.T., Anders A., von Keudell A. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31(8). P. 083001. DOI: 10.1088/ 1361-6595/ac7f53.

Golovanov A.V., Luparev N.V., Sorokin B.P. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 11. P. 49–56 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt. 20206311.6232.

Luparev N.V., Sorokin B.P., Aksenenkov V.V. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved, Khim. Khim. Tech-nol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 77–84 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt. 20206312.6312.

Gudmundsson J.T., Brenning N., Lundin D., Helmersson U. // J. Vacuum Sci. Technol. A: Vacuum, Surfaces, Films. 2012. V. 30(3). P. 030801. DOI: 10.1116/1.3691832.

Kaziev A.V., Shchelkanov I.A., Khodachenko G.V. // Proc. SPIE. 2015. V. 9442. P. 94420J. DOI: 10.1117/12.2086913.

Greczynski G., Petrov I., Greene J.E., Hultman L. // J. Vacuum Sci. Technol. A. 2019. V. 37(6). P. 060801. DOI: 10.1116/1.5121226.

Tumarkin A.V., Kaziev A.V., Kharkov M.M., Kolodko D.V., Ilychev I.V., Khodachenko G.V. // Surf. Coat. Technol. 2016. V. 293. P. 42–47. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.12.070.

Kaziev A.V., Kolodko D.V., Tumarkin A.V., Kharkov M.M., Lisenkov V.Yu., Sergeev N.S. // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 409. P. 126889. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.126889.

Sidelev D.V., Bleykher G.A., Krivobokov V.P., Koishybayeva Z. // Surf. Coat. Technol. 2016. V. 308. P. 168–173. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.06.096.

Tumarkin A.V., Kaziev A.V., Kolodko D.V., Pisarev A.A., Kharkov M.M., Khodachenko G.V. // Phys. Atomic Nuclei. 2015. V. 78(14). P. 1674–1676. DOI: 10.1134/S1063778815 140136.

Posadowski W.M. // Thin Solid Films. 2004. V. 459(1–2). P. 258–261. DOI: 10.1016/j.tsf.2003.12.106.

Sidelev D.V., Krivobokov V.P. // Vacuum. 2019. V. 160. P. 418–420. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.12.001.

Sidelev D.V., Bleykher G.A., Grudinin V.A. // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 334. P. 61–70. DOI: 10.1016/j.surfcoat. 2017.11.024.

Kim H.J. // Sci. Rep. 2019. V. 9(1). P. 11555. DOI: 10.1038/ s41598-019-47723-2.

Chodun R., Wicher B., Nowakowska-Langier K., Minikayev R., Dypa-Uminska M., Zdunek K. // Coatings. 2022. V. 12(7). P. 1022. DOI: 10.3390/coatings12071022.

Sasaki K., Koyama H. // Appl. Phys. Express. 2018. V. 11(3). P. 036201. DOI: 10.7567/APEX.11.036201.

Moiseev K.M., Nazarenko M.V. // AIP Conf. Proc. 2019. V. 2171. P. 170010. DOI: 10.1063/1.5133321.

Leonova K., Britun N., Konstantinidis S. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. V. 55(34). P. 345202. DOI: 10.1088/1361-6463/ ac72d0.

Posadowski W.M., Radzimski Z.J. // J. Vacuum Sci. Technol. A: Vacuum, Surfaces, Films. 1993. V. 11(6). P. 2980–2984. DOI: 10.1116/1.578679.

Makarova M., Moiseev K., Nazarenko A., Luchnikov P., Dalskaya G., Katakhova N. // Key Eng. Mater. 2018. V. 781. P. 8–13. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.781.8.

Bleykher G.A., Borduleva A.O., Yuryeva A.V. // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 324. P. 111–120. DOI: 10.1016/ j.surfcoat.2017.05.065.

Kaziev A.V., Tumarkin A.V., Leonova K.A., Kolodko D.V., Kharkov M.M., Ageychenkov D.G. // Vacuum. 2018. V. 156. P. 48–54. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.07.001.

Bleykher G.A., Yuryeva A.V., Shabunin A.S., Sidelev D.V., Grudinin V.A., Yuryev Y.N. // Vacuum. 2019. V. 169. P. 108914. DOI: 10.1016/j.vacuum.2019.108914.

Yurjev Y.N., Kiseleva D.V., Zaitcev D.A., Sidelev D.V., Korneva O.S. // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. V. 669. P. 012066. DOI: 10.1088/1742-6596/669/1/012066.

Sidelev D.V., Bestetti M., Bleykher G.A. // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 350. P. 560–568. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018. 07.047.

Tumarkin A., Zibrov M., Khodachenko G., Tumarkina D. // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. V. 768. P. 012015. DOI: 10.1088/ 1742-6596/768/1/012015.

Strijckmans K., Moens F., Depla D. // J. Appl. Phys. 2017. V. 121(8). P. 080901. DOI: 10.1063/1.4976717.

Berg S., Särhammar E., Nyberg T. // Thin Solid Films. 2014. V. 565. P. 186–192. DOI: 10.1016/j.tsf.2014.02.063.

Barybin A.A., Shapovalov V.I. // J. Appl. Phys. 2007. V. 101(5). P. 054905. DOI: 10.1063/1.2435795.

Chodun R., Dypa M., Wicher B. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 574. P. 151597. DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.151597.

Graillot-Vuillecot R., Thomann A.-L., Lecas T., Cachoncinlle C., Millon E., Caillard A. // Vacuum. 2022. V. 197. P. 110813. DOI: 10.1016/j.vacuum.2021.110813.

Shapovalov V.I., Zav’yalov A.V., Meleshko A.A. // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 417. P. 127189. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127189.

Goncharov A.O., Minzhulina E.A., Shapovalov V.I. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 387. P. 012020. DOI: 10.1088/1757-899X/387/1/012020.

Shapovalov V.I., Smirnov V.V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 857. P. 012039. DOI: 10.1088/1742-6596/857/1/012039.

Kaziev A.V., Kolodko D.V., Sergeev N.S. // Plasma Sources Sci. Technol. 2021. V. 30(5). P. 055002. DOI: 10.1088/1361-6595/abf369.

Опубликован
2023-11-08
Как цитировать
Kaziev, A. V., Kolodko, D. V., Tumarkin, A. V., Kharkov, M. M., & Lisenkov, V. Y. (2023). МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МИШЕНИ В СИМР С ГОРЯЧЕЙ МИШЕНЬЮ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 66(12), 76-81. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236612.6879
Выпуск
Том 66 № 12 (2023)
Раздел
ХИМИЯ неорганич., органич., аналитич., физич., коллоидная, высокомол. соединений