RU2497977C2 - Способ получения однофазных пленок нитрида титана - Google Patents
Способ получения однофазных пленок нитрида титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2497977C2 RU2497977C2 RU2011147290/02A RU2011147290A RU2497977C2 RU 2497977 C2 RU2497977 C2 RU 2497977C2 RU 2011147290/02 A RU2011147290/02 A RU 2011147290/02A RU 2011147290 A RU2011147290 A RU 2011147290A RU 2497977 C2 RU2497977 C2 RU 2497977C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- titanium nitride
- substrate
- nitrogen
- film
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области технологии осаждения субмикронных пленок нитрида титана на металлические, полупроводниковые, диэлектрические и может быть использована в микроэлектронной промышленности, авиационно-космической отрасли, атомного машиностроения, инструментального производства, в медицине, стоматологии. Осуществляют предварительную очистку подложки ионной бомбардировкой в тлеющем разряде в атмосфере аргона при температуре 45-50°C в течение 10-15 минут. Формируют субмикронную пленку из двух компонентов: TiN и Ti в вакууме путем электродугового распыления титановой мишени в атмосфере реакционного газа-азота. Полученную субмикронную пленку подвергают бомбардировке ионами азота при смещении на подложке до - 600 В температуре 50-60°C в течение 15-20 мин. Изобретение позволяет изменять содержание титана по отношению к нитриду титана в пленке не в процессе, а после напыления, в результате достигается формирование покрытия на основе нитрида титана стехиометрического состава и повышение физико-механических свойств изделий. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области технологии осаждения субмикронных пленок нитрида титана на металлические, полупроводниковые, диэлектрические, и может быть использована в микроэлектронной промышленности, авиационно-космической отрасли, атомного машиностроения, инструментального производства, в медицине, стоматологии.
Известно, что максимальную микротвердость и износостойкость имеют покрытия из нитрида титана, которые получают путем электродугового распыления титанового катода в атмосфере реакционного газа-азота при давлении азота, при котором химический состав пленки нитрида титана приближается к стехиометрическому. Б.У. Асанов, В.П. Макаров. Нитридные покрытия, полученные вакуумно-дуговым осаждением // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета, т.2, №2, 2002 г.
Известен способ осаждения покрытий нитрида титана с помощью распыления мишени магнетрона, работающего от источника постоянного тока. Мощность разряда магнетрона равна ~2,0 кВт. Покрытие осаждают в реакционной среде из смеси газов аргона и азота при общем давлении 0,8-1,0 Па. Толщина покрытий для всех образцов соответствует интервалу 3-5 мкм. Изменение технологических параметров: тока дуги электродугового испарителя, соотношения реакционного и инертного газов, давления газовой смеси позволяет изменять состав осаждаемой пленки. Заявка 2010100449/02, опуб. 11.01.2010 Российская Федерация, МПК С23С 14/06, 14/24, 14/35. Способ получения покрытия на основе сложных нитридов. / Анциферов В.Н., Каменева А.Л.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет».
Недостатком данного метода является то, что получаются нитридные пленки сложного состава.
Известен также способ нанесения покрытия двухкомпонентного состава: (TiN, Ti) путем вакуумно-дугового распыления титановой мишени в атмосфере реакционного газа-азота. Установлено, что в пленках нитрида титана при любом давлении азота находится избыточное содержание наночастиц титана. Р.Ш. Тешев и другие Особенности напыления пленок TiN вакуумно-дуговым методом // Тезисы докладов XLI международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Москва, 2011 г., с.171.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ по заявке на изобретение №2006137225/02, опубл. 27.09.2008 г. МПК С23С 14/02, 14/34 «Способ получения защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на поверхности материалов и изделий» авторов Лавро В.Н., Зынь В.И., Чумаченко Н.Г., Бондарева Е.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» (СГАСУ) получения защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана толщиной 4-6 мкм на поверхности материалов изделий, включающий ионно-плазменное напыление на подложку катодом из титана в атмосфере азотосодержащего реакционного газа и выдержку до получения требуемого цветового оттенка, особенностью является то, что подложку предварительно подвергают очистке ионной бомбардировкой в тлеющем разряде при температуре 45-50°С в атмосфере инертного газа - аргона в течение 10-15 минут, а напыление покрытия проводят при температуре ниже 200°С.
Регулирование цвета покрытия осуществляют путем варьирования давления реакционного газа и наносимого материала катода.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: помещают подложку в вакуумную камеру установки, производят ионно-плазменного напыление на подложку из тугоплавкого металла в атмосфере азотосодержащего реакционного газа и выдержку, проводят очистку поверхности подложки в тлеющем разряде в среде инертного газа при температуре ниже 200°С.
Недостатком данного метода является то, что процесс распыления мишени очень чувствителен к изменению технологических параметров. При их изменении неконтролируемо изменяется скорость распыления мишени, что приводит к не повторяемости свойств покрытия. Поэтому, варьирование давлением реакционного газа в процессе напыления не обеспечивает получения химически однородных покрытий на основе нитрида титана.
Задача решаемая изобретением: получение однокомпонентных субмикронных пленок стехиометрического состава TiN, а также повышение твердости и модуля упругости пленок.
Сущность изобретения: подложку помещают в вакуумную камеру установки, оснащенную электродуговым испарителем и устройством магнитной сепарации, которое устраняет микрокапли металлической фазы в плазменном потоке. Подложку предварительно подвергают очистке ионной бомбардировкой в тлеющем разряде в атмосфере инертного газа-аргона в течение 5-10 минут. Затем путем распыления титанового катода в атмосфере реакционного газа - азота производят напыление на подложку. Полученную субмикронную пленку, которая состоит из двух фаз: TiN и Ti, подвергают бомбардировке ионами азота при смещении на подложке - 600 В и температуре 50-60°С в течение 15-20 минут. В процессе бомбардировки ионы азота внедряются в осажденную пленку и взаимодействуют с избыточным компонентом-наночастицами титана, в результате чего получается химически однородная пленка фазового состава TiN.
Отличием заявленного способа от прототипа является то, что он позволяет изменять содержание титана по отношению к нитриду титана в пленке не в процессе, а после напыления.
Это подтверждается следующими экспериментальными данными. На фиг.1 приведены спектры обратного рассеяния ионов гелия от кремниевой подложки с покрытием TiN:
а) до облучения ионами азота; b) после облучения ионами азота. Спектры обратного рассеяния ионов гелия с энергией 2000 кэВ, рассеянных от образца кремния с пленкой TiN, полученной электродуговым распылением титановой мишени в атмосфере азота на установке УВНИПА-1 - 001 с магнитной сепарацией плазменного потока до и после бомбардировки ионами азота Анализ экспериментальных спектров, который проводился посредством программного обеспечения SIMNRA, показал, что в исследуемой пленке толщиной 160 нм присутствуют две фазы: титана и нитрида титана. При этом содержание чистого титана в осажденном слое составляет ~ 17%. После бомбардировки ионами азота в течение 15 минут толщина пленки уменьшилось до 100 нм, а содержание чистого титана - до нуля. Это связано с тем, что в процессе бомбардировки происходит частичное распыление осажденной пленки, а также взаимодействие внедренных атомов азота с наночастицами титана.
Проведенной рентгенофазный анализ показал, что полученное покрытие по строению представляет собой поликристаллическую фазу состава TiN.
На фиг.2 приведено АСМ-изображение фазы участка поверхности пленки размером 5×5 мкм:
а) до облучения ионами азота; b) после облучения ионами азота.
Характерное АСМ - изображение фазы участка поверхности пленки TiN до и после облучения ионами азота. На изображении фазы имеются ярко выраженные темные области, что свидетельствует о неоднородности поверхности по своим химическим свойствам. Темные области на микрофотографии, по-видимому, соответствуют наночастицам титана с размерами от 20 до 50 нанометров, вкрапленным в пленку TiN. Статистический анализ АСМ-изображения фазы, который проводился посредством программного обеспечения Nova для АСМ «Интегра АУРА», показал, что содержание чистого титана в пленке TiN до облучения ионами азота составляет ~ 18%, а после облучения ~ 0,4%, в предположении соответствия темных областей на изображениях чистому титану. Технический результат: повышение физико-механических свойств изделий в результате формирования покрытия на основе нитрида титана стехиометрического состава.
Claims (1)
- Способ получения однокомпонентных пленок нитрида титана стехиометрического состава, включающий предварительную очистку подложки ионной бомбардировкой в тлеющем разряде в атмосфере аргона при температуре 45-50°C в течение 10-15 мин и формирование субмикронной пленки, состоящей из двух фаз: TiN и Ti, в вакууме путем электродугового распыления титановой мишени в атмосфере реакционного газа-азота, отличающийся тем, что полученную субмикронную пленку подвергают бомбардировке ионами азота при смещении на подложке до - 600 В температуре 50-60°C в течение 15-20 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147290/02A RU2497977C2 (ru) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | Способ получения однофазных пленок нитрида титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147290/02A RU2497977C2 (ru) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | Способ получения однофазных пленок нитрида титана |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011147290A RU2011147290A (ru) | 2013-05-27 |
RU2497977C2 true RU2497977C2 (ru) | 2013-11-10 |
Family
ID=48789091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011147290/02A RU2497977C2 (ru) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | Способ получения однофазных пленок нитрида титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2497977C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554773C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2015-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно- производственный центр "Технополис" | Материал бактерицидного покрытия |
RU2777062C1 (ru) * | 2022-03-29 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения наноразмерных пленок нитрида титана |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760987A3 (ru) * | 1991-10-01 | 1992-09-07 | Хозрасчетное Научно-Производственно-Творческое Предприятие "Витт" | Способ получени защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на издели х из металла, стекла, керамики |
SU1799034A1 (ru) * | 1990-04-20 | 1996-05-20 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Технологический Институт Горного Машиностроения | Способ нанесения износостойких ионно-плазменных покрытий |
RU2100476C1 (ru) * | 1996-04-01 | 1997-12-27 | Виктор Иванович Прокофьев | Способ получения защитно-декоративных покрытий |
RU2165474C2 (ru) * | 1999-05-27 | 2001-04-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ обработки поверхности металлических изделий |
RU2334826C2 (ru) * | 2006-10-20 | 2008-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) | Способ получения защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на поверхности материалов и изделий |
-
2011
- 2011-11-21 RU RU2011147290/02A patent/RU2497977C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1799034A1 (ru) * | 1990-04-20 | 1996-05-20 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Технологический Институт Горного Машиностроения | Способ нанесения износостойких ионно-плазменных покрытий |
SU1760987A3 (ru) * | 1991-10-01 | 1992-09-07 | Хозрасчетное Научно-Производственно-Творческое Предприятие "Витт" | Способ получени защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на издели х из металла, стекла, керамики |
RU2100476C1 (ru) * | 1996-04-01 | 1997-12-27 | Виктор Иванович Прокофьев | Способ получения защитно-декоративных покрытий |
RU2165474C2 (ru) * | 1999-05-27 | 2001-04-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ обработки поверхности металлических изделий |
RU2334826C2 (ru) * | 2006-10-20 | 2008-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) | Способ получения защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на поверхности материалов и изделий |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554773C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2015-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно- производственный центр "Технополис" | Материал бактерицидного покрытия |
RU2777062C1 (ru) * | 2022-03-29 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения наноразмерных пленок нитрида титана |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011147290A (ru) | 2013-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Effect of nitrogen flow rate on structure and properties of nanocrystalline TiN thin films produced by unbalanced magnetron sputtering | |
Chang et al. | Effect of duty cycles on the deposition and characteristics of high power impulse magnetron sputtering deposited TiN thin films | |
EP2761050B1 (en) | Coating of substrates using hipims | |
Samuelsson et al. | Growth of Ti-C nanocomposite films by reactive high power impulse magnetron sputtering under industrial conditions | |
Akbari et al. | Ion beam assisted deposition of TiN–Ni nanocomposite coatings | |
Jiang et al. | Effect of nitrogen-argon flow ratio on the microstructural and mechanical properties of AlSiN thin films prepared by high power impulse magnetron sputtering | |
Phae-Ngam et al. | Oblique angle deposition of nanocolumnar TiZrN films via reactive magnetron co-sputtering technique: The influence of the Zr target powers | |
Wu et al. | Effect of microstructure on mechanical and tribological properties of TiAlSiN nanocomposite coatings deposited by modulated pulsed power magnetron sputtering | |
Dai et al. | Influence of frequency and C2H2 flow on growth properties of diamond-like carbon coatings with AlCrSi co-doping deposited using a reactive high power impulse magnetron sputtering | |
Martin et al. | Properties of zirconium oxide films prepared by filtered cathodic vacuum arc deposition and pulsed DC substrate bias | |
Collado et al. | Temperature dependence of electrical resistivity in oxidized vanadium films grown by the GLAD technique | |
Buranawong et al. | The effect of titanium current on structure and hardness of aluminium titanium nitride deposited by reactive unbalanced magnetron co-sputtering | |
Wu et al. | Microstructure and mechanical properties of CrN films fabricated by high power pulsed magnetron discharge plasma immersion ion implantation and deposition | |
Sidelev et al. | Aluminum films deposition by magnetron sputtering systems: Influence of target state and pulsing unit | |
RU2392351C2 (ru) | Способ нанесения антифрикционного износостойкого покрытия на изделие из металла или сплава | |
Xie et al. | Deposition of titanium films on complex bowl-shaped workpieces using DCMS and HiPIMS | |
RU2497977C2 (ru) | Способ получения однофазных пленок нитрида титана | |
Zhang et al. | Low-temperature crystallization and hardness enhancement of alumina films using the resputtering technique | |
Schwarz et al. | Plasma immersion ion implantation of polymers and silver–polymer nano composites | |
Leonhardt et al. | Plasma enhanced surface treatments using electron beam-generated plasmas | |
Saoula et al. | Effect of the plasma deposition parameters on the properties of Ti/TiC multilayers for hard coatings applications | |
Donohue et al. | Deposition and characterization of TiAlZrN films produced by a combined steered arc and unbalanced magnetron sputtering technique | |
Ono et al. | Decorative black TiCxOy film fabricated by DC magnetron sputtering without importing oxygen reactive gas | |
Odeh et al. | The influence of the ion beam on the structure and optical properties of titanium nitride nano-scale thin films | |
US20140255286A1 (en) | Method for manufacturing cubic boron nitride thin film with reduced compressive residual stress and cubic boron nitride thin film manufactured using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151122 |