Deposition of silicon carbonitride coatings in the plasma of high-current discharge with self-heated hollow cathode

Андрей Игоревич Меньшаков, Даниил Рафаилович Емлин, Николай Васильевич Гаврилов , Юрий Сергеевич Сурков, Сеиф Османович Чолах

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

Abstract

The method of low temperature (< 200 °С) deposition of thin films based on SiCN in a large volume (0.3 m3) chamber, by decomposition of silicon-organic precursor in nitrogen plasma generated in discharge with self-heating hollow cathode and distantly (40 cm) placed anode was investigated. The working pressure was 0.06 Pa, the time of operation - 2 hours. The results of study of the influence of discharge current (10-30 А), of the gas mixture flow (hexamethyldisilazane 3-6 sccm/min and nitrogen 30 sccm/min) and of the arrangement of samples in the chamber on deposition rate (till 5 microns per hour), as well as microhardness (3-9 GPa), the internal tensions (1-2 GPa) and the coating density (1.5-3 g/cm3) were reported. The dimensions of sample`s processing zone ( h 300´ d 120- D 180 mm) within which the heterogeneity of coating thickness on specimens did not exceed 20% were determined. The structure of deposited films was analyzed by means of IR-spectroscopy, and the plasma composition - by optical emission spectroscopy. It was demonstrated that the increase of discharge current leads to growth of the rate of coatings deposition and the degree of decomposition of precursor molecules. The maximum microhardness of coatings (9, up to 18 GPa in some points) was achieved at the samples placed in ≈ 12 cm from the atomizer at discharge current 20 A.
Translated title of the contributionDeposition of silicon carbonitride coatings in the plasma of high-current discharge with self-heated hollow cathode
Original languageRussian
Pages (from-to)168-172
Number of pages5
JournalИзвестия высших учебных заведений. Физика
Volume61
Issue number8-2 (728)
Publication statusPublished - 2018

Fingerprint

Carbon nitride
silicon
coating
Cathodes
Plasmas
plasma
Silicon
Coatings
Microhardness
spectroscopy
decomposition
Decomposition
Nitrogen plasma
Atomizers
Optical emission spectroscopy
nitrogen
Deposition rates
Gas mixtures
Discharge (fluid mechanics)
Infrared spectroscopy

GRNTI

  • 29.00.00 PHYSICS

Level of Research Output

  • VAK List

Cite this

@article{423257409f53423d961ab1a9ec854f38,
title = "ОСАЖДЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ КАРБОНИТРИДА КРЕМНИЯ В ПЛАЗМЕ СИЛЬНОТОЧНОГО РАЗРЯДА С САМОНАКАЛИВАЕМЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ",
abstract = "Исследован способ низкотемпературного (< 200 ºС) осаждения покрытий на основе SiCN в камере большого объема (0.3 м3) разложением кремнийорганического прекурсора в азотной плазме разряда с самонакаливаемым полым катодом и удалённо расположенным анодом (40 см) при давлении ~ 0.06 Па. Изучено влияние тока разряда (10-30 А), потока газовой смеси (3-6 см3/мин - гексаметилдисилазан и 30 см3/мин - азот) и расположения образцов в камере на скорость осаждения (до 5 мкм/ч), микротвердость (3-9 ГПа), внутренние напряжения (1-2 ГПа). Определены размеры зоны обработки образцов ( h 300´ d 120- D 180 мм), в которой неоднородность покрытия по толщине не превышает 20 {\%}. Проведен анализ состава покрытий методом ИК-спектроскопии и анализ состава плазмы оптической эмиссионной спектроскопией. Показано, что с ростом тока увеличивается степень разложения молекул прекурсора. Максимальная твердость достигнута при токе разряда 20 А на образцах, расположенных на расстоянии 12 см от испарителя.",
author = "Меньшаков, {Андрей Игоревич} and Емлин, {Даниил Рафаилович} and Гаврилов, {Николай Васильевич} and Сурков, {Юрий Сергеевич} and Чолах, {Сеиф Османович}",
year = "2018",
language = "Русский",
volume = "61",
pages = "168--172",
journal = "Известия высших учебных заведений. Физика",
issn = "0021-3411",
publisher = "Национальный исследовательский Томский государственный университет",
number = "8-2 (728)",

}

TY - JOUR

T1 - ОСАЖДЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ КАРБОНИТРИДА КРЕМНИЯ В ПЛАЗМЕ СИЛЬНОТОЧНОГО РАЗРЯДА С САМОНАКАЛИВАЕМЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ

AU - Меньшаков, Андрей Игоревич

AU - Емлин, Даниил Рафаилович

AU - Гаврилов , Николай Васильевич

AU - Сурков, Юрий Сергеевич

AU - Чолах, Сеиф Османович

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Исследован способ низкотемпературного (< 200 ºС) осаждения покрытий на основе SiCN в камере большого объема (0.3 м3) разложением кремнийорганического прекурсора в азотной плазме разряда с самонакаливаемым полым катодом и удалённо расположенным анодом (40 см) при давлении ~ 0.06 Па. Изучено влияние тока разряда (10-30 А), потока газовой смеси (3-6 см3/мин - гексаметилдисилазан и 30 см3/мин - азот) и расположения образцов в камере на скорость осаждения (до 5 мкм/ч), микротвердость (3-9 ГПа), внутренние напряжения (1-2 ГПа). Определены размеры зоны обработки образцов ( h 300´ d 120- D 180 мм), в которой неоднородность покрытия по толщине не превышает 20 %. Проведен анализ состава покрытий методом ИК-спектроскопии и анализ состава плазмы оптической эмиссионной спектроскопией. Показано, что с ростом тока увеличивается степень разложения молекул прекурсора. Максимальная твердость достигнута при токе разряда 20 А на образцах, расположенных на расстоянии 12 см от испарителя.

AB - Исследован способ низкотемпературного (< 200 ºС) осаждения покрытий на основе SiCN в камере большого объема (0.3 м3) разложением кремнийорганического прекурсора в азотной плазме разряда с самонакаливаемым полым катодом и удалённо расположенным анодом (40 см) при давлении ~ 0.06 Па. Изучено влияние тока разряда (10-30 А), потока газовой смеси (3-6 см3/мин - гексаметилдисилазан и 30 см3/мин - азот) и расположения образцов в камере на скорость осаждения (до 5 мкм/ч), микротвердость (3-9 ГПа), внутренние напряжения (1-2 ГПа). Определены размеры зоны обработки образцов ( h 300´ d 120- D 180 мм), в которой неоднородность покрытия по толщине не превышает 20 %. Проведен анализ состава покрытий методом ИК-спектроскопии и анализ состава плазмы оптической эмиссионной спектроскопией. Показано, что с ростом тока увеличивается степень разложения молекул прекурсора. Максимальная твердость достигнута при токе разряда 20 А на образцах, расположенных на расстоянии 12 см от испарителя.

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=36517111

M3 - Статья

VL - 61

SP - 168

EP - 172

JO - Известия высших учебных заведений. Физика

JF - Известия высших учебных заведений. Физика

SN - 0021-3411

IS - 8-2 (728)

ER -