UA133675U - Спосіб виготовлення алмазоподібної резистивної плівки - Google Patents

Abstract

Спосіб виготовлення алмазоподібної резистивної плівки, згідно з яким у вакуумній камері розміщують тримач, який обертається, з керамічною або будь-якою іншою діелектричною підкладкою, відкачують камеру до тиску 1*10-5 Торр, нагрівають підкладку до температури 350-450 °C. При цьому вказану температуру підтримують протягом усього часу циклу, подають високочастотну напругу 1-3 Мгц на тримач підкладки, включають подачу напруги на електромагніт, катод і дуговий розряд, потім підвищують тиск аргону в камері до - 1(10-3 Торр. Шляхом регулювання струму катода створюють струм дуги 3-12 А, після чого включають джерело випару металу, витримують 2-3 хвилини для отримання підшару металу 1-3 А з метою розподілу високочастотної напруги по площині підкладки, потім включають подання реагенту, який містить 60-90 % вуглецю й 10-40 % кремнію, розпиляють реагент на розжарену сітку при температурі 1700-2500 °C для розкладання до атомарного стану. Далі за допомогою потужного електромагніта в середовищі дугового розряду створюють спрямоване електромагнітне поле для росту на підкладці алмазоподібної резистивної плівки монолітної структури, причому одночасно з поданням реагенту в камері проводять випаровування металу.

Description

Корисна модель належить до галузі силової електроніки й стосується способу виготовлення алмазоподібної резистивної плівки.

Алмазоподібна резистивна плівка (АРП), одержувана згідно із пропонованим технічним рішенням, може бути застосована у промисловості: як гріючий елемент в енергозбережувальних опалювальних пристроях і системах; для виготовлення медичних інструментів (гарячий скальпель, коагулятор крові), де потрібна висока точність і стабільність заданих температур; для виготовлення датчиків обліку витрати рідин і газів, а також датчиків вимірювання температур з точністю до 0,001 "С нагріву рідин і газів в промислових і побутових приладах, а також в системах опалювання і гарячого водопостачання.

Покриття з АРП, яку одержують згідно із пропонованим технічним рішенням, мають унікальні механічні і термічні властивості, мають високу стійкість до хімічних, електрохімічних дій, до дій навколишнього середовища. АРП, одержувана згідно із пропонованим технічним рішенням, має монолітну структуру і більш високу термостійкість, близько 1250 "С, чим кристалічний алмаз, який термостійкий при 1100 "С, це досягається такими властивостями, як відсутність в структурі плівки кластерів і площинних утворень, більших ніж 10 А, що дозволяє структурі залишатися в метастабільному стані і при високих температурах.

З рівня техніки відомий спосіб отримання алмазоподібних покриттів з вуглецю, що включає створення плазми з суміші метану і водню або чистого метану з кінетичною енергією іонів 500- 1000 ев., з тиском в камері 9-105 Торр (див. опис до патенту США М 5192523). Недоліком відомого методу є невисока якість покриття і мала зносостійкість, що пояснюється високою внутрішньою механічною напругою, обумовленою використанням метану як початкового матеріалу. Крім того, за допомогою відомого способу неможливо отримувати (алмазоподібні) плівки, що мають якості провідності. З рівня техніки відомий спосіб отримання алмазоподібних плівок, що включає попереднє відкачування камери до тиску 10 Торр, напуск інертного газу до тиску 107 Торр Торр, створення плазми і напилення плівки. При цьому гарячий катод нагрівають змінним струмом, на підкладку подають потенціал від джерела постійної напруги величиною 300

В і нагрівають її до температури 200 "С (див. опис до патенту США М 5185067).

Недоліком відомого способу є невисока якість покриття, мала зносостійкість і високий питомий опір плівок, що обмежує сферу їх використання.

Найбільш близьким до пропонованого способу є спосіб отримання (алмазоподібних) плівок (патент ВО 2118206). Описаний спосіб призначений для отримання аморфних алмазоподібних плівок, що мають властивості провідності, і які містять, окрім вуглецю, кремнію, водню і кисню, добавку легуючого металу, яка і забезпечує провідність.

Відомий спосіб полягає в тому, що у вакуумній камері тріодного плазмотрона створюють плазмовий розряд, в якому випаровують кремнійвмісний вуглеводень, зокрема поліфенілметилслоксан, і створюють пучок іонів легуючого металу, використовуючи для цього термічне випаровування металу, іонне розпилення й т. і. Недоліком відомого способу є те, що плівки, отримувані згідно зі способом, мають слабку адгезію, особливо в перехідному шарі плівка-підкладка, що пояснюється нерівномірним розподілом ВЧ-напруг по площині підкладки перед початком процесу, з причини відсутності підшару металу на підкладці, а також, відсутності спрямованого електромагнітного поля. При цьому ці плівки розсіюють невеликі потужності Вт/кв. см.

В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу виготовлення алмазоподібної резистивної плівки, який, за рахунок своїх технологічних особливостей, дозволяє одержати таку плівку, яка має стабільний питомий опір, низьку величину температурного коефіцієнта опору (ТКО), високу адгезію плівки до підкладки, проходження через плівку струму надвисокої (більше 25 А/см22) щільності.

Заявлене технічне рішення спрямоване на одержання монолітних АРП з однорідним за об'ємом складом. (Ці плівки можуть розсіювати до 1500Вт/кв.см. в залежності від теплопровідності матеріалу підкладки.

Сукупність суттєвих ознак заявленого технічного рішення дозволить підвищити надійність електричних ланцюгів і розширити застосування резистивних покриттів з АРП, особливо в галузях, де застосовуються резистори великої потужності малих розмірів.

АРП, одержувана згідно із пропонованим способом, має монолітну структуру й за своїми властивостями відповідає алмазу.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виготовлення алмазоподібної резистивної плівки, згідно з яким, у вакуумній камері розміщують тримач, який обертається, з керамічною 60 або будь-якою іншою діелектричною підкладкою, відкачують камеру до тиску не нижче 1-10

Торр, нагрівають підкладку до температури 350-450"С, причому вказану температуру підтримують протягом усього часу циклу, подають високочастотну напругу 1-3 Мгц на тримач підкладки, включають подачу напруги на електромагніт, катод і дуговий розряд, потім підвищують тиск аргону в камері до - 1-103 Торр, при цьому шляхом регулювання струму катода створюють струм дуги 3-12 А, після чого включають джерело випаровування металу, витримують 2-3 хвилини для отримання підшару металу 1-3 А з метою розподілу високочастотної напруги по площині підкладки, потім включають подання реагенту, який містить 60-90 96 вуглецю й 10-40 9о кремнію, розпиляють реагент на розжарену сітку при температурі 1700-2500 С для розкладання до атомарного стану, далі за допомогою потужного електромагніта в середовищі дугового розряду створюють спрямоване електромагнітне поле для росту на підкладці алмазоподібної резистивної плівки монолітної структури, при чому одночасно з поданням реагенту в камері проводять випаровування металу.

Процес проводять протягом 1-3 годин, досягаючи товщини плівки в межах від 0.5 до 5 мкм, при цьому адгезія резистивного покриття до підкладки складає 180-200 кг/кв.см, а товщина плівки складає від 0.5 до 5 мкм.

Як джерело випаровування металу може бути використано магнетрон або будь-яке інше джерело випару металлу.

Випаровування в камері металу одночасно з поданням реагенту проводять для набуття резистивних властивостей плівкою. Металом може бути будь-який метал, переважно, але не обмежуючись, хром, залізо, вольфрам, титан, нікель, молібден. Залежно від випаровуваного металу плівки мають різний коефіцієнт температурного опору.

АРП, одержувана даним способом містить у своєму складі алмаз, кремній і метал.

Основними відмітними ознаками заявлюваного способу є: те що, перед початком процесу включають магнетрон або будь-яке інше джерело випаровування металу з витримкою 2-3 хвилини для отримання підшару металу 1-3 Ангстреми з метою розподілу високочастотної напруги по площині підкладки, а також те, що зростання плівки відбувається під впливом спрямованого електромагнітного поля, створеного потужним електромагнітом і те, що розкладання реагенту проводять на розжареній сітці. В результаті отримують монолітну АРП з адгезією -180-200 кг/кв.см в переході плівка-підкладка.

Зо Суть корисної моделі пояснюється доданими нижче прикладами, які жодним чином не обмежують можливість реалізації заявленого рішення, та ймовірні інші варіанти його втілення в межах розкритого у формулі технічного рішення. Наведені приклади пояснюють суть реалізації рішення за допомогою умовного матеріального об'єкта, якому властиві включені до формули ознаки, й стосуються переважного варіанта втілення технічного рішення.

Фахівець в галузі, до якої належить технічне рішення, розуміє, що додані нижче приклади є лише варіантом втілення корисної моделі, не є остаточним і можуть бути модифікованими або набувати вдосконалення.

Таким чином, наведені нижче варіанти здійснення корисної моделі не є такими, що обмежує обсяг правової охорони, а використовується лише для пояснення суті технічного рішення.

Приклад 1.

Згідно з переважним варіантом виконання технічного рішення, здійснюють отримання резистивного покриття на основі вуглецьвмісного матеріалу по будь-якому з відомих методів синтезу, наприклад, наступним способом: у вакуумній камері розміщують металевий тримач, що обертається, з керамічною підкладкою з нітриду алюмінію, при цьому перед початком процесу камеру відкачують до тиску не нижче 1 14105 Торр, нагрівають підкладку до температури 350-450 гр. за Цельсієм, підтримуючи її упродовж усього процесу, далі подають високочастотну напругу 1-3 Мгц на тримач підкладки і включають подачу напруги на електромагніт, катод і дуговий розряд, а потім підвищують тиск аргону в камері до - 1-1403 Торр, при цьому регулюють струм катода й досягають струму дуги 3-12 А, після чого включають магнетрон, (де як легуючий метал використовують мішень з хрому), як джерело випаровування металу (напруга- 500 В, струм 0,25

А) і ії витримують 2 хвилини для отримання підшару металу 1-3 Ангстрем, з метою розподілу високочастотної напруги по площині підкладки, а потім включають подання реагенту, який містить вуглець (60-90 95) й кремній (10-40 95), і розпиляють його на розжарену сітку температурою 1700-2500 гр. за Цельсієм. Далі під впливом спрямованого електромагнітного поля, створеного потужним електромагнітом, в середовищі дугового розряду, на підкладці відбувається зростання резистивної монолітної плівки.

Отримані за запропонованим способом резистивні плівки мають наступні характеристики: коефіцієнт температурного опору плівки: (1-3)-106 1/К 60 адгезія резистивної плівки до підкладки: 180-200 кг/см зносостійкість - більше 107 при електричному навантаженні питомою потужністю 250 Вт/сме впродовж 24 годин різниця опору не перевищує 0,195. При повторних навантаженнях електричний опір плівки не змінюється, що вказує на хорошу якість плівки.

Приклад 2. Спосіб здійснювався як в прикладі 1, але витримка роботи магнетрона до напуску реагенту складала 1 хвилину.

Отримані за пропонованим способом резистивні АРП плівки мають наступні характеристики: коефіцієнт температурного опору плівки: (7-8)-1031/К адгезія резистивної плівки до підложи: менше 30 кг/ см? зносостійкість - менше 103 при електричному навантаженні питомою потужністю 250 Вт/см впродовж 24 годин плівка зруйнувалася з причини поганої адгезії.

Приклад 3.

Згідно з іншим переважним варіантом виконання, спосіб здійснювався як в прикладі 1, але витримка роботи магнетрона до напуску реагенту складала З хвилини.

Отримані за запропонованим способом АРП плівки мають характеристики, аналогічні за своїми властивостями прикладу 1.

Витримка роботи магнетрона до напуску реагенту більше 3 хвилин не має сенсу.

Також можуть почати утворюватися острівці металу, які не поглинаються нанокластерами

АРП, що може призвести до високої електропровідності плівки.

Приклад 4.

Згідно з іншим переважним варіантом виконання, спосіб здійснювався як в прикладі 1, але як легуючий метал використовували мішень з вольфраму.

Отримане за запропонованим способом АРП мають характеристики, аналогічні за своїми властивостями прикладу 1, за виключенням: коефіцієнт температурного опору плівки: (1-3)-103 1/К, що значно нижче, ніж при використанні мішені з хрому, ці плівки можна використати для виготовлення датчиків виміру температури, а також датчиків обліку витрати рідин і газів.

Приклад 5.

Згідно з іншим переважним варіантом виконання, спосіб здійснювали як в прикладі 1, але як легуючий метал використовували мішень з титану.

Отримані за запропонованим способом АРП мають характеристики, аналогічні за своїми властивостями прикладу 1, за виключенням: коефіцієнт температурного опору плівки: (5-7)-102 1/К, що значно нижче, ніж при використанні мішені з хрому і вольфраму, ці плівки також можна використати для виготовлення датчиків виміру температури, а також датчиків обліку витрати рідин і й газів.

Очевидно, що в описаний і проілюстрований тут спосіб можна внести багато змін і варіантів, які не виходять за рамки викладених тут посягань.

Можливість здійснення корисної моделі, охарактеризованою приведеною вище сукупністю ознак, а також можливість реалізації призначення корисної моделі може бути підтверджено описом способу, який виконують відповідно до корисної моделі.

Запропонована корисна модель відкриває широкі можливості для забезпечення великої кількості варіантів виконання пропонованого способу.

Пропонований спосіб є промислово придатним.

Є зрозумілим, що наведена інформація ніяким чином не обмежує кількість можливих варіантів здійснення способу згідно з корисною моделлю, а тільки пояснює ознаки технічного рішення, викладені у формулі.

Claims (7)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб виготовлення алмазоподібної резистивної плівки, згідно з яким у вакуумній камері розміщують тримач, який обертається, з керамічною або будь-якою іншою діелектричною підкладкою, відкачують камеру до тиску 17105 Торр, нагрівають пікладку до температури 350- 450 С, причому вказану температуру підтримують протягом усього часу циклу, подають високочастотну напругу 1-3 Мгц на тримач підкладки, включають подачу напруги на електромагніт, катод і дуговий розряд, потім підвищують тиск аргону в камері до - 1-10 Торр, при цьому шляхом регулювання струму катода створюють струм дуги 3-12 А, після чого включають джерело випару металу, витримують 2-3 хвилини для отримання підшару металу 1- З А з метою розподілу високочастотної напруги по площині підкладки, потім включають подання бо реагенту, який містить 60-90 956 вуглецю й 10-40 95 кремнію, розпиляють реагент на розжарену сітку при температурі 1700-2500 "С для розкладання до атомарного стану, далі за допомогою потужного електромагніта в середовищі дугового розряду створюють спрямоване електромагнітне поле для росту на підкладці алмазоподібної резистивної плівки монолітної структури, причому одночасно з поданням реагенту в камері проводять випаровування металу.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як джерело випаровування металу використовують магнетрон.

З. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що витримують магнетрон до напуску реагенту протягом 1 хвилини.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що витримують і магнетрон до напуску реагенту протягом З хвилин.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що витримують магнетрон до напуску реагенту протягом 2 хвилин й як легуючий метал використовують вольфрам.

6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що витримують магнетрон до напуску реагенту протягом 2 хвилин й як легуючий метал використовують титан.

7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як метал використовують хром, залізо, вольфрам, титан, нікель, молібден.