Способ получения иридиевых покрытий

 

Изобретение относится к области химии, связанной с получением покрытий из тугоплавких металлов химической кристаллизацией из газовой фазы, в частности, для защиты конструкционных материалов от коррозии, и может быть использовано в области квантовой электроники, например для создания оптических элементов мощных лазеров. Способ получения иридиевых покрытий включает разложение на нагретой подложке паров трис-ацетилацетоната иридия, подаваемых к подложке в смеси с нагретым инертным газом, при этом процесс осуществляют при температуре подложки 300-330^oC и введении в парогазовую смесь 4-25 об.% кислорода при нагреве инертного газа до 160-210^oC. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения покрытий из тугоплавких металлов химической кристаллизацией из газовой фазы, в частности, для защиты конструкционных материалов от коррозии. Иридиевые покрытия могут быть использованы в области квантовой электроники, в частности, для создания оптических элементов лазеров.

Известен способ нанесения иридиевого покрытия при термическом разложении хлоркарбонильных соединений иридия из газовой фазы в вакууме и температуре металлизируемой подложки 600^oC (1).

Однако высокая агрессивность продуктов разложения хлоркарбонильных соединений иридия приводит к сильной коррозии оборудования вакуумной установки и самих оптических элементов, на которые наносится покрытие. Высокая температура процесса осаждения покрытия приводит к рекристаллизации подложки и необратимому изменению ее оптической формы. Получаемые иридиевые покрытия имеют низкие эксплуатационные характеристики. Так, невозможность качественной очистки поверхности подложки при нанесении покрытия в вакууме приводит к снижению адгезионной и механической прочности такого покрытия, а также оптических характеристик. Наличие большого количества трудноотводимых агрессивных продуктов разложения приводит к науглероживанию покрытия, снижающего как оптические характеристики, так и лучевую стойкость. Использование высоковакуумных систем для нанесения покрытия и низкая степень использования исходного соединения приводят к удорожанию всего технологического процесса.

Наиболее близким техническим решением является способ получения иридиевых покрытий разложения на нагретой подложке паров трис-ацетилацетоната иридия, подаваемых к подложке в смеси с нагретым инертным газом, преимущественно аргоном (2).

Однако в известном способе температура осаждения превышает 400^oC в токе водорода, причем более чистый ирридий получается при более высокой температуре осаждения на подложке, а в токе другого инертного газа реакция вообще протекает с поглощением тепла. Наличие в зоне реакции значительного числа трудноотводимых крупных органических молекул, образуемых при разложении исходного продукта, приводит к загрязнению и быстрому выходу из строя как самой установки, так и ухудшению адгезионных, механических и оптических свойств покрытия и используемой подложки.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной стойкости покрытия.

Технический результат достигается тем, что в способе получения иридиевых покрытий на нагретой подложке паров трис-ацетилацетоната иридия, подаваемых к подложке в смеси с инертным газом, преимущественно аргоном, процесс осуществляют при температуре подложки 300-330^oC и введении в парогазовую смесь 4-25 об. кислорода при нагреве инертного газа до 160-210^oC Способ получения покрытий из иридия поясняется чертежом и осуществляется следующим образом.

Навеску с трис-ацетилацетом иридия (Ir(AA)₃) помещают в испаритель 1 установки, принципиальная схема которой представлена на чертеже 1. После чего реактор 2 тщательно промывают аргоном через газопровод 6 для вытеснения из системы воздуха. Включают печи 3,4 нагрева инертного газа и подложки 5 и нагревают их до температуры 160-210^oC и 300-330^oC соответственно. Нагревают инертным газом (аргоном) Ir(AA)₃, помещенным в испаритель 1, и осуществляют его массоперенос в потоке аргона к подложке 5. Одновременно с началом массопереноса Ir(AA)₃ осуществляют обдув поверхности подложки 5 кислородом из газопровода 7. Расход кислорода составляет 4-25 об. расхода аргона. При этом на поверхности подложки 5 происходит разложение Ir(AA)₃ на металл и органические продукты разложения с одновременным осаждением иридия на подложке 5. Органические продукты разложения удаляют потоком аргона через отвод 8. После осаждения иридия проводят отжиг полученного покрытия в реакторе 2 в течение 3 ч, затем охлаждают покрытие и реактор в потоке аргона.

Применение кислорода приводит к изменению химизма процесса пиролиза Ir(AA)₃ по сравнению с пиролизом в инертной атмосфере, при этом Ir(AA)₃ разлагается до чистого Ir (а не до его оксида) и продуктов сгорания (ацетилацетонато)лигандов до CO₂ и H₂O при низкой температуре осаждения 300^oC. При этом, образования элементарного углерода не наблюдается, что способствует получению иридиевых покрытий высокой химической чистоты, зеркальности и обладающих повышенными механической и адгезионной прочностью.

Постоянное соотношение между кислородом и аргоном при необходимой оптимальной скорости массопереноса способствует эффективной очистке поверхности подложки перед осаждением иридия и одновременно препятствует окислению подложки и реактора при избыточном присутствии кислорода.

При температуре газа-носителя (аргона) ниже 160^oC не происходит сублимации Ir(AA)₃. При температуре свыше 210^oC концентрация газообразного Ir(AA)₃ столь велика, а устойчивость понижается до такой степени, что возможно его разложение в объеме реактора. Повышение температуры газа-носителя до 210^oC позволяет достичь концентрации Ir(AA)₃ в зоне осаждения, позволяющей получать максимальную скорость роста покрытия.

Результаты испытаний, представленные в таблице, относительно температуры подложки показали, что при температуре ниже 300^oC происходит ухудшение способности Ir(AA)₃ к разложению на металл и органические продукты, а также ухудшение адгезионных свойств покрытия. При нагреве подложки до температуры, превышающей 330^oC, реакция разложения Ir(AA)₃ может протекать в объеме реактора, возможно также необратимое окисление материала подложки и реактора, усиливается при этом рекристаллизация подложки, искажается ее геометрическая форма и повышается расход энергии.

При количестве кислорода менее 4 об. не происходит полного разложения Ir(AA)₃, что приводит к его потерям, а также к неполному окислению органических радикалов, что в свою очередь способствует науглероживанию покрытий. При количестве кислорода свыше 25 об. устойчивость Ir(AA)₃ в газовой фазе уменьшается настолько, что происходит его разложение в объеме реактора. При этом происходит быстрое окисление материала подложки и подколпачного оборудования.

Способ получения иридиевых покрытий обеспечивает повышение в 1,9-3,6 раза адгезионной и механической прочности покрытий, повышение не менее чем на 10% коэффициента отражения в ИК-области спектра, а также лучевой стойкости.

Скорость нанесения покрытия возрастает в 3-5 раз при сокращении потерь Ir(АА)₃ не менее чем в 3 раза. Исключается загрязнение продуктами разложения как самого покрытия, так и реактора.

Повышается ресурс эксплуатации оптических элементов не менее чем в три раза, а в случае применения изделий из компактного иридия их можно заменять на изделия с нанесенным слоем иридия при значительной экономии металла.

Формула изобретения

Способ получения иридиевых покрытий разложением на нагретой подложке паров трис-ацетилацетоната иридия, подаваемых к подложке в смеси с нагретым инертным газом, преимущественно аргоном, отличающийся тем, что процесс осуществляют при температуре подложки 300 330^oС и введении в парогазовую смесь 4 25 об. кислорода при нагреве инертного газа до 160 210^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3