Индукционно-термическое вакуумное распыление кольцевых мишеней из молибдена на алюмооксидные подложки
Аннотация
Изучены тепловые процессы при индукционно-термическом вакуумном распылении (ИТВР) кольцевых молибденовых мишеней. Определено влияние рабочего тока и длительности процесса на толщину на структуру молибденовых слоев, напыляемых на алюмооксидные пластины.
Предложенная численная модель процесса ИТВР для системы «индуктор – кольцевая мишень – образец» позволила установить характер распределения температурного поля в распыляемой мишени в зависимости от тока индуктора в диапазоне от 1000 до 2500 A и продолжительности компьютерного эксперимента до 600 с. Установлено, что использование указанных режимов позволяет нагревать молибденовые мишени до температуры распыления, равной 1860…2320 °C.
В экспериментальных исследованиях термическое распыление кольцевой мишени проведено с помощью установки индукционного нагрева, специальной оснастки, двухвиткового медного индуктора при давлении в рабочей камере 0,6…3,5 Торр, рабочей частоте f ≈ 45 кГц и рабочем токе IO = 1000…1330 A. Длительность процесса составила 300…1200 с.
Показано, что продолжительность выдержки и рабочий ток прямо пропорционально влияют на толщину покрытий, при этом рост рабочего тока оказывает более интенсивное воздействие. Минимальные по толщине (h = 2,3±0,3 мкм) молибденовые слои формируются при значениях рабочего тока IO = 1100 A и выдержки t = 300 с. Максимум толщины молибденового покрытия равен около 22±4 мкм при токе 1300 A и выдержке 1200 с. Полученные результаты расширяют представления о термическом распылении тугоплавких металлов и могут быть использованы при разработке методов нанесения молибденовых слоев, в том числе на керамические изделия различного назначения.
Литература
2. Leinenbach C., Weyrich N., Elsener H.R., Gamez G. Al2O3–Al2O3 and Al2O3–Ti Solder Joints — Influence of Ceramic Metallization and Thermal Pretreatment on Joint Properties // Intern. J. Appl. Ceramic Technol. 2012. V. 9(4). Pp. 751—763.
3. Takahashi M. e. a. Development of Mo Metallization Process of AIN Ceramic Surfaces // Electronics and Communications in Japan (Pt. II: Electronics). 1989. V. 72(9). Pp. 86—95.
4. Rane G.K. e. a. Tungsten/molybdenum Thin Films for Application as Interdigital Transducers on High Temperature Stable Piezoelectric Substrates La3Ga5SiO14 and Ca3TaGa3Si2O14 // Materials Sci. and Eng: B. 2015. V. 202. Pp. 31—38.
5. Ohara J. e. a. Metallization on Piezoelectric Ceramics Surfaces by Synchrotron Radiation Irradiation // J. Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1996. V. 80. Pp. 81—84.
6. Dai X. e. a. Molybdenum thin Films with Low Resistivity and Superior Adhesion Deposited by Radio-frequency Magnetron Sputtering at Elevated Temperature // Thin Solid Films. 2014. V. 567. Pp. 64—71.
7. Леванцевич М.А., Максимченко Н.Н., Пилипчук Е.В. Анализ способов металлизации керамических подложек изделий микроэлектроники // Актуальные вопросы машиноведения. 2023. Т. 12. С. 283—286.
8. Xin C., Liu W., Li N., Yan J., Shi S. Metallization of Al2O3 Ceramic by Magnetron Sputtering Ti/Mo Bilayer Thin Films for Robust Brazing to Kovar Alloy // Ceramics Intern. J. 2016. V. 42(8). Pp. 9599—9604.
9. Straumal B.B., Vershinin N.F., Asrian A.A., Rabkin E., Kroeger R. Nanostructured Vacuum Arc Deposited Titanium Coatings // Materials Phys. and Mechanics. 2002. V. 5(1). Pp. 39—42.
10. Olson D.L. Welding, Brazing, and Soldering. N.-Y.: American Society for Metals, 1993. V. 6.
11. Koshuro V., Fomina M., Zakharevich A., Fomin A. Superhard Ta–O–N Coatings Produced on Titanium Using Induction Physical Vapor Deposition // Ceramics Intern. J. 2022. V. 48(13). Pp. 19467—19483.
12. Кошуро В.А., Фомин А.А. Формирование молибденсодержащих слоев индукционно-термическим вакуумным распылением // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: Сб. научных трудов. Кн. 2. Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки. Минск: ФТИ НАН Беларуси, 2023. С. 114—122.
---
Для цитирования: Кошуро В.А., Фомина М.А., Фомин А.А. Индукционно-термическое вакуумное распыление кольцевых мишеней из молибдена на алюмооксидные подложки // Вестник МЭИ. 2025. № 5. С. 31—40. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-5-31-40
---
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 25-29-00010), https://rscf.ru/project/25-29-00010/
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Schiller S. e. a. Metallization of Ceramics for Electronic Components By Magnetron-plasmatron Coating. Thin Solid Films. 1980;72(2):313—326.
2. Leinenbach C., Weyrich N., Elsener H.R., Gamez G. Al2O3–Al2O3 and Al2O3–Ti Solder Joints — Influence of Ceramic Metallization and Thermal Pretreatment on Joint Properties. Intern. J. Appl. Ceramic Technol. 2012;9(4):751—763.
3. Takahashi M. e. a. Development of Mo Metallization Process of AIN Ceramic Surfaces. Electronics and Communications in Japan (Pt. II: Electronics). 1989;72(9):86—95.
4. Rane G.K. e. a. Tungsten/molybdenum Thin Films for Application as Interdigital Transducers on High Temperature Stable Piezoelectric Substrates La3Ga5SiO14 and Ca3TaGa3Si2O14. Materials Sci. and Eng: B. 2015;202:31—38.
5. Ohara J. e. a. Metallization on Piezoelectric Ceramics Surfaces by Synchrotron Radiation Irradiation. J. Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1996;80:81—84.
6. Dai X. e. a. Molybdenum thin Films with Low Resistivity and Superior Adhesion Deposited by Radio-frequency Magnetron Sputtering at Elevated Temperature. Thin Solid Films. 2014;567:64—71.
7. Levantsevich M.A., Maksimchenko N.N., Pilipchuk E.V. Analiz Sposobov Metallizatsii Keramicheskikh Podlozhek Izdeliy Mikroelektroniki. Aktual'nye Voprosy Mashinovedeniya. 2023;12:283—286. (in Russian).
8. Xin C., Liu W., Li N., Yan J., Shi S. Metallization of Al2O3 Ceramic by Magnetron Sputtering Ti/Mo Bilayer Thin Films for Robust Brazing to Kovar Alloy. Ceramics Intern. J. 2016;42(8):9599—9604.
9. Straumal B.B., Vershinin N.F., Asrian A.A., Rabkin E., Kroeger R. Nanostructured Vacuum Arc Deposited Titanium Coatings. Materials Phys. and Mechanics. 2002;5(1):39—42.
10. Olson D.L. Welding, Brazing, and Soldering. N.-Y.: American Society for Metals, 1993;6.
11. Koshuro V., Fomina M., Zakharevich A., Fomin A. Superhard Ta–O–N Coatings Produced on Titanium Using Induction Physical Vapor Deposition. Ceramics Intern. J. 2022;48(13):19467—19483.
12. Koshuro V.A., Fomin A.A. Formirovanie Molibdensoderzhashchikh Sloev Induktsionno-termicheskim Vakuumnym Raspyleniem. Sovremennye Metody i Tekhnologii Sozdaniya i Obrabotki Materialov: Sb. Nauchnykh Trudov. Kn. 2. Tekhnologii i Oborudovanie Mekhanicheskoy i Fiziko-tekhnicheskoy Obrabotki. Minsk: FTI NAN Belarusi, 2023:114—122. (in Russian)
---
For citation: Koshuro V.A., Fomina M.A., Fomin A.A. Induction-Thermal Vacuum Sputtering of Molybdenum Ring Targets Onto Alumina Substrates. Bulletin of MPEI. 2025;5:31—40. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-5-31-40
---
The Work was Carried Out Russian Science Foundation (Grant No. 25-29-00010), https://rscf.ru/project/25-29-00010/
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
