Способ получения алмазоподобных пленок из углеводородных соединений

 

Способ получения алмазоподобных пленок из углеводородных соединений для повышения качества пленок заключается в том, что осаждение слоя углерода осуществляют при напряжении плазмотрона 3000-6000 В и силе тока разряда - 200-500 мА. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области получения однородных по всему объему алмазоподобных пленок на изделиях различного назначения с целью улучшения служебных характеристик этих изделий за счет улучшения теплоотвода из зон повышенного нагрева, повышения стойкости к абразивному износу и повышения химической стойкости и может быть применено в электронной промышленности при производстве транзисторов и интегральных схем, при производстве полупроводниковых элементов, в приборостроении, машиностроении, в геологии, в строительстве, а также при изготовлении износостойких изделий и инструментов.

Известен способ получения алмазоподобных пленок на изделиях из композиционного материала путем химического осаждения из газовой фазы слоя углерода из газообразной смеси углеводорода и водяного пара при температуре 1500-2500^oC в вакуумной камере (патент DЕ N 3522583, кл. C 23 C 16/26, 1986).

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения алмазоподобных пленок в низкотемпературной плазме тлеющего разряда из смеси углеводородов CH₄ и C₂H₂ путем химического осаждения из газовой фазы. Подложку устанавливают в вакуумной камере, нагревают до 300-900^oC, повышают давление, вводят реакционный газ. Магнитное поле и микроволновое излучение мощностью 300-600 Вт, генерирующее плазму, передают через волновод к вакуумной камере. В результате реакции на подложке вырастает тонкая пленка алмаза со скоростью ≥ 5 мкм/ч, имеющая твердость по Викерсу ≥ 4000 кгс/мм² и электрическое сопротивление ≥ 10⁹ Ом•см (заявка Японии 63185893, кл. С 30 В 29/04, 1988).

Недостатком известных способов получения алмазоподобных пленок является недостаточно высокое качество получаемой пленки.

Технической задачей изобретения является повышение качества алмазоподобной пленки.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в способе получения алмазоподобных пленок из углеводородных соединений путем химического осаждения из газовой фазы на нагретую подложку слоя углерода в низкотемпературной плазме тлеющего разряда в качестве углеводородного соединения используют диадамантан или его изомеры с общей формулой C₁₄H₂O, осаждение слоя углерода осуществляют при напряжении плазматока 3000-6000 В, силе тока разряда 200-500 мА, фокусирующем магнитном поле в реальном зазоре 0,1-0,5 Тл, причем температура нагрева подложки составляет 120-400^oC, а напряжение смещения на подложке ±100 В.

В оптимальном варианте описываемого способа возможно использование системы перемещения подложки в зоне тлеющего разряда, причем подложку подвергают воздействию электронов и ионов за счет ускоряющей конфигурации магнитного поля, а также использования фокусирующей конфигурации магнитного поля.

Температура катода может составлять (2000 ± 200)^oC, а температура испарителя - 250-350^oC.

В качестве углеводородного соединения в данном изобретении используют диадамантан или его изомеры с общей формулой C₁₄H₂O. Адамантан - это трицикло [3, 3,1,1^3,7] декан, с температурой плавления 269^oC. Указанный материал представляет собой фрагмент структуры алмаза. Адамантан и его гомологи содержатся в нефти, в воде не растворяются. Диадамантан получают и вводят в область тлеющего разряда методом испарения (сублимации) при температуре испарителя 250-350^oC.

Подложка, на которую наносят алмазоподобное покрытие, может быть выполнена из керамики, металла или сплава, композиционного материала.

На фиг. 1 представлена схематически напылительная установка (плазматрон) для нанесения пленок с использованием описываемого способа.

На фиг. 1а изображен вид сверху фокусирующей и ускоряющей магнитных систем.

На фиг. 1в изображен вид спереди плазматрона, где М - магнит.

Ниже приведен конкретный пример выполнения описываемого способа.

В напылительную установку вводят диадамантан и помещают на испаритель, температура которого 300^oC. Диадамантан испаряется. Пары поступают в область низкотемпературной плазмы, создаваемой тлеющим разрядом. Напряжение плазматрона составляет 5000 В, сила тока разряда - 300 мА. Реальный зазор фокусирующего магнитного поля - 0,25 Тл. Подложку, изготовленную из высокоглиноземной керамики, нагревали до 200^oC, напряжение смещения подложки составляло ± 100 В. Температура катода составляла 2000^oC. В результате проведения указанного способа диадамантан разлагается, и на подложке осаждается тонкая алмазоподобная пленка толщиной 0,05 мкм, которая прочно сцепляется с поверхностью подложки.

Полученная алмазоподобная пленка имела следующие характеристики: твердость по Викерсу ≈ 5500 кгс/мм², электрическое сопротивление ≥ 10⁹ Ом•см.

Изделия с полученной алмазоподобной пленкой обладают высокой стойкостью к абразивному износу и химстойкостью. Преимуществом способа также является быстрота процесса и экономия энергии.

Формула изобретения

1. Способ получения алмазоподобных пленок из углеводородных соединений путем химического осаждения из газовой фазы на нагретую подложку слоя углерода в низкотемпературной плазме тлеющего разряда, отличающийся тем, что в качестве углеводородного соединения используют диадамантан или его изомеры общей формулы С₁₄Н₂О, осаждение слоя углерода осуществляют при напряжении плазматрона 3000-6000 В, силе тока разряда 200-500 мА, фокусирующем магнитном поле в реальном зазоре 0,1-0,5 Тл, причем температура нагрева подложки составляет 120-400^oС, а напряжение смещения - ±100 В.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используется система перемещения подложки в зоне тлеющего разряда, причем подложка подвергается воздействию электронов и ионов за счет ускоряющей конфигурации магнитного поля.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используется магнитное поле с фокусирующей конфигурацией.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что температура катода составляет (2000±200)^oС.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что температура испарителя составляет 250-350^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1