RU2497977C2 - Способ получения однофазных пленок нитрида титана - Google Patents

Способ получения однофазных пленок нитрида титана Download PDF

Info

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
Application number
RU2011147290/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011147290A (ru
Inventor
Алим Залимович Хамдохов
Эльдар Залимович Хамдохов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова
Priority to RU2011147290/02A priority Critical patent/RU2497977C2/ru
Publication of RU2011147290A publication Critical patent/RU2011147290A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2497977C2 publication Critical patent/RU2497977C2/ru

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)

  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.
RU2011147290/02A 2011-11-21 2011-11-21 Способ получения однофазных пленок нитрида титана RU2497977C2 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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