СПОСОБ СВЧ-ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ С МАЛЫМ РАДИУСОМ КРИВИЗНЫ Российский патент 2003 года по МПК C23C14/40 C23C14/06 

Описание патента на изобретение RU2215820C2

Изобретение относится к области осаждения диэлектрических пленок с включениями кристаллической фазы на металлические поверхности, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства в качестве обрабатывающей поверхности. Например, в медицине при снятии холистерин-кальциевых отложений на внутренних поверхностях кровеносных сосудов с использованием гибкого бура, менее твердых, чем кристаллические включения в пленке; кристаллических или аморфных поверхностей, объемов, отложений и т.д.

Известен способ СВЧ-плазменного осаждения диэлектрической пленки нитрида кремния в скрещенных газовых потоках плазмы и кремнийсодержащего газа (SiH4 и N2) на поверхность полупроводникового материала (Dzioba. S., Meikle. S., Streater R. W. , J. Electrochem. Soc. (USA), oct.1987, vol. 134, 10, 603-2599). Нагрев подложки проводят с помощью контактного резистивного метода до температуры 250-400oС.

Однако этот способ не позволяет получать покрытия на металлических поверхностях с малым радиусом кривизны, т.к. невозможно равномерно прогреть обрабатываемую поверхность.

Известен принятый за прототип способ СВЧ-плазменного осаждения диэлектрических пленок на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (RU, патент, 2117070, С 23 С 14/06,10.08.98 г.). Способ включает синтез в скрещенных потоках плазмообразующего и кремнийсодержащего газов вблизи (или на) нагретой ИК-излучением до температуры 80-200oС обрабатываемой поверхности. При этом ИК-излучение направляют навстречу плазменному потоку, а поверхность располагают перпендикулярно плазменному потоку и вращают вокруг своей продольной оси.

Указанный способ позволяет наносить "гладкие" диэлектрические пленки на металлические поверхности с малым радиусом кривизны, но не позволяет наносить пленки с включениями кристаллической фазы (например, кварца SiO2) ввиду того, что кристаллы просто не могут удерживаться на металлической поверхности с малым радиусом кривизны.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания обрабатывающего поверхность металлического инструмента с малым радиусом кривизны, имеющего однородное по толщине диэлектрическое покрытие Si3N4 или SiO2 с кристаллическими включениями.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе СВЧ-плазменного осаждения диэлектрических пленок на металлические поверхности с малым радиусом кривизны, включающем синтез в скрещенных потоках плазмообразующего и кремнийсодержащего газов вблизи (или на) нагретой ИК-излучением до температуры 80-200oС обрабатываемой поверхности, причем ИК-излучение направлено навстречу плазменному потоку, а обрабатываемая поверхность расположена перпендикулярно ему и вращаема вокруг своей продольной оси, новым является то, что нагретую поверхность предварительно изолируют от корпуса установки, дополнительно направляют на нее поток кристаллического материала и подают положительный относительно плазмы постоянный электрический потенциал.

Величина потенциала определяется гранулометрическим составом кристаллической фазы. Чем выше размер кристаллов, тем больший потенциал необходимо подавать.

Нанесение достаточно толстых (3 мкм) покрытий с включениями кристаллической фазы до 20 мкм на "развитые" поверхности и их длительная сохранность во времени говорит о том, что внутренние напряжения незначительны или вообще отсутствуют ввиду их релаксации в указанных температурных режимах во время осаждения.

Подавая в процессе осаждения аморфной диэлектрической пленки в плазму (азота N2 или кислорода О2) кристаллическую фазу, мы заряжаем ее (каждый кристалл) отрицательно. Это объясняется тем, что любое твердое тело, помещенное в плазму, заряжается отрицательно ввиду того, что электроны плазмы имеют подвижность выше, чем ионы плазмы. Это то, что называется "плавающим" потенциалом плазмы. Таким образом, мы имеем положительно заряженную поверхность, на которую необходимо осадить пленку и отрицательно заряженную кристаллическую фазу, которые электростатически притягиваются друг к другу и удерживаются на поверхности за счет электростатического поля, поскольку заряд с поверхности диэлектричеких монокристаллов плохо "стекает", а этого времени вполне достаточно, чтобы образуемая аморфная фаза "приклеила" кристалл к поверхности с последующим его заращиванием. Таким образом, на поверхности с малым радиусом кривизны осаждаются диэлектрические пленки с включениями кристаллической фазы.

Пример 1
Проводился процесс осаждения нитрида кремния (Si3N4) на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (r ~ 0,1 мкм, иглы). В качестве плазмообразующего газа использовался азот (N2). В качестве кремнийсодержашего газа использовался 5% раствор моносилана (SiH4) в аргоне (Аr). Кремнийсодержащии газ подавался непосредственно на объект осаждения. Игла подогревалась ИК-излучением до температуры 80oС, причем поток ИК-излучения был направлен навстречу плазменному потоку. В начале осаждения аморфной пленки Si3N4 в плазму подавалась кристаллическая фаза - кварц (SiO2) фракции 0,1-1 мкм. При этом механизмы, обеспечивающие вращение объекта вокруг его продольной оси, были изолированы от корпуса установки. Величина положительного смещения относительно плазмы на осаждаемую металлическую поверхность (цилиндрическая поверхность радиусом 0,05 мм) составила 3 В.

Время осаждения составляло 20 мин. Величина подведенной к плазме СВЧ-мощности составляла 600 Вт. Рабочее давление в камере составляло 2•10-3Торр.

Образовавшаяся пленка с включениями монокристаллов равномерно покрывала всю поверхность металла, в том числе и острие, была плотной, без пор в местах контакта монокристалла с металлом. Образовался своеобразный "ерш", покрытый аморфной фазой. В пленке преобладали включения монокристаллов менее 1 мкм (хотя отдельные кристаллы с размерами 1 мкм были обнаружены).

Пример 2
Проводился процесс осаждения нитрида кремния (Si3N4) на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (r~0,05 мм) - гибкий вал. В качестве плазмообразующего газа использовался азот (N2). В качестве кремнийсодержашего газа использовался 5% раствор моносилана (SiH4) в аргоне (Аr). Кремнийсодержащий газ подавался непосредственно на объект осаждения. Гибкий вал (спираль из проволоки r~0,05 мм) подогревался ИК-излучением до температуры 200oС, причем поток ИК-излучения был направлен навстречу плазменному потоку. Гибкий вал располагался перпендикулярно плазменному потоку и вращался вокруг собственной оси. Время осаждения составляло 20 мин. Гибкий вал и механизмы, обеспечивающие его вращение вокруг его продольной оси, были изолированы от корпуса установки. В начале процесса осаждения аморфной пленки Si3N4 в плазму подавалась кристаллическая фаза - кварц (SiO2) фракции 0,1-20 мкм. Величина подведенной к плазме СВЧ-мощности составляла 600 Вт. Рабочее давление в камере составляло 2•10-3 Торр. Величина положительного смещения относительно плазмы на осаждаемую металлическую поверхность составила 10 В. Образовавшаяся пленка толщиной 3 мкм с включениями монокристаллов равномерно покрывала всю внешнюю поверхность гибкого вала, была плотной, без пор в местах контакта монокристаллов с металлом. В пленке ("ерш" из монокристаллов, покрытый аморфной фазой) преобладали включения монокристаллов размером 0,1-10 мкм (и отдельные кристаллы с размером ~ 20 мкм).

Пример 3.

Проводился процесс осаждения двуокиси кремния (SiO2) на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (r~0,05 мм). В качестве плазмообразующего газа использовался кислород (О2). В качестве кремнийсодержащего газа использовался 5% раствор моносилана (SiH4) в аргоне (Аr). Кремнийсодержащий газ подавался непосредственно на объект осаждения. Гибкий вал (спираль из проволоки r~0,05 мм) подогревался ИК-излучением до температуры 190oС, причем поток ИК-излучения был направлен навстречу плазменному потоку. Гибкий вал располагался перпендикулярно плазменному потоку и вращался вокруг собственной оси. Время осаждения составляло 36 мин. Величина подведенной к плазме СВЧ-мощности составляла 800 Вт. Рабочее давление в камере составляло 5•10-3 Topр. В начале процесса осаждения аморфной пленки двуокиси кремния (SiO2) в плазму подавалась кристаллическая фаза - кварц (SiO2) фракции 0,1-30 мкм. Величина положительного смещения относительно плазмы на осаждаемую металлическую поверхность составила 15В. Образовавшаяся пленка толщиной 1,8 мкм с включениями монокристаллов равномерно покрывала всю внешнюю поверхность гибкого вала, была плотной, без пор в местах контакта монокристаллов с металлом. В пленке ("ерш" из монокристаллов, покрытый аморфной фазой) преобладали включения монокристаллов размером 0,1-20 мкм (и отдельные кристаллы с размером ~ 30 мкм).

Похожие патенты RU2215820C2

название год авторы номер документа
СВЧ-ПЛАЗМЕННОЕ ОСАЖДЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ 1997
  • Редькин С.В.
  • Аристов В.В.
RU2117070C1
СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 1997
  • Редькин С.В.
  • Аристов В.В.
RU2141701C1
ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК С ПОЛЫМ КАТОДОМ 2002
  • Сихарулидзе Г.Г.
RU2211502C1
СПОСОБ АНАЛИЗА ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ПОМОЩЬЮ ИОННОГО ИСТОЧНИКА ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ 2000
  • Сихарулидзе Г.Г.
RU2174676C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЧ-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ 1999
  • Редькин С.В.
  • Аристов В.В.
RU2157061C1
БЕЗДИСПЕРСИОННЫЙ АТОМНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗАТОР 1994
  • Хвостиков В.А.
  • Гражулене С.С.
RU2085912C1
ПЛАЗМЕННЫЙ ИОННЫЙ ИСТОЧНИК 1998
  • Сихарулидзе Г.Г.
  • Лежнев А.Е.
RU2147387C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННЫХ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1994
  • Левашов В.И.
  • Матвеев В.Н.
RU2068026C1
ПЛАЗМЕННЫЙ ИОННЫЙ ИСТОЧНИК 1994
  • Сихарулидзе Г.Г.
  • Лежнев А.Е.
RU2083020C1
СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ФОНА В ИОННОМ ИСТОЧНИКЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА 2004
  • Сихарулидзе Георгий Георгиевич
RU2269178C1

Реферат патента 2003 года СПОСОБ СВЧ-ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ С МАЛЫМ РАДИУСОМ КРИВИЗНЫ

Изобретение относится к области осаждения диэлектрических пленок с включениями кристаллической фазы на металлические поверхности с малым радиусом кривизны и может найти применение при изготовлении различных инструментов, в частности, для использования в медицине. Способ включает синтез в скрещенных потоках плазмообразующего и кремнийсодержащего газов вблизи или на нагретой ИК- излучением до температуры 80-200oС обрабатываемой поверхности. ИК-излучение направляют навстречу плазменному потоку, а обрабатываемую поверхность располагают перпендикулярно ему и вращают вокруг своей продольной оси. Нагретую поверхность предварительно изолируют от корпуса установки. Направляют на нее поток кристаллического материала и подают положительный относительно плазмы постоянный электрический потенциал. Технология позволяет создавать на металлическом инструменте с малым радиусом кривизны однородное по толщине диэлектрическое покрытие с кристаллическими включениями.

Формула изобретения RU 2 215 820 C2

Способ СВЧ-плазменного осаждения диэлектрических пленок на металлические поверхности с малым радиусом кривизны, включающий синтез в скрещенных потоках плазмообразующего и кремнийсодержащего газов вблизи или на нагретой ИК-излучением до температуры 80-200oС обрабатываемой поверхности, при этом ИК-излучение направляют навстречу плазменному потоку, а обрабатываемую поверхность располагают перпендикулярно ему и вращают вокруг своей продольной оси, отличающийся тем, что нагретую поверхность предварительно изолируют от корпуса установки, в процессе осаждения дополнительно направляют на нее поток кристаллического материала, который подают в плазму, и подают положительный относительно плазмы постоянный электрический потенциал.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2215820C2

СВЧ-ПЛАЗМЕННОЕ ОСАЖДЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ 1997
  • Редькин С.В.
  • Аристов В.В.
RU2117070C1
СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПОДЛОЖКИ ИЗ ФТОРОПЛАСТА 1991
  • Захаров В.Р.
  • Ростова Г.С.
  • Додонов В.А.
  • Титов В.А.
RU2020777C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПРОВОЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1989
  • Орликов Л.Н.
SU1589901A2
НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ КАРБОЦЕПНБ1ХПОЛИМЕРОВ 0
SU253361A1
US 4994164 A, 19.02.1991.

RU 2 215 820 C2

Авторы

Редькин С.В.

Аристов В.В.

Даты

2003-11-10Публикация

2001-12-27Подача