Etapa III – PIDESS

Etapa III. Proiectarea tehnica, optimizarea si realizarea instalatiei de pulverizare

Activitatea III.1. Simulari numerice

În această etapă a proiectului au fost realizate simulări numerice pentru studiul:

– structurii spațiale a plasmei pe direcția driftului electric E×B

– modului de operare HiPIMS cu dublu puls.

Activitatea III.2. Confirmarea stabilității sistemului.

Modelul prezentat mai sus este confirmat de rezultatele experimentale ce vor fi prezentate în următoarele capitole. Pentru a stopa dezvoltarea unor fenomene tranzitorii de tip „spokes”, care pot conduce la dezvoltarea arcurilor electrice sau apariția fenomenului de histerezis în cazul funcționării în regim reactiv, este așadar benefic de a înlocui un puls lung de tensiune cu o succesiune de mai multe pulsuri scurte a căror durată totală să egaleze durata pulsului lung. Acest nou mod de operare este cunoscut sub denumirea multi-puls HiPIMS (m-HiPIMS) și a fost investigat experimental în cadrul acestei etape. Pe lângă avantajul stabilității sistemului în timpul funcționării descărcării magnetron, alte avantaje precum creșterea ratei de depunere și îmbunătățirea proprietăților materialelor depuse au fost exploatate în cadrul acestei etape.

Activitatea III.3. Analiza fenomenului de histerezis prin masurători optice. Măsurători electrice în plasme reactive.

În timpul procesului de pulverizare reactivă, combinațiile chimice dintre materialul țintei și gazul reactiv poate conduce uneori la instabilitatea procesului de pulverizare datorită efectului de histerezis și/sau a posibilei apariții a arcului electric. Astfel, dacă puterea de descărcare este menținută constantă iar fluxul de gaz reactiv introdus în sistem creștere progresiv, va exista un punct critic în debitul de gaz reactiv în care are loc trecerea la modul de operare metalic la modul compus. Trecerea de acest punct critic conduce la formarea de compus chimic pe suprafața țintei ce are ca efect o schimbare bruscă a ratei de pulverizare în comparație cu cea din regimul metalic.

Activitatea III.4. Depunerea și analiza de straturi subțiri (dopate)

În cadrul acestei etape s-au depus și analizat două tipuri de materiale complexe, unul dintre ele a fost un material magnetic de tip FNEMET (Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_15.5B₇), iar celălalt, un material calcogenic de tip Ge₁Sb₂Te₄. Pentru depunerea ambelor materiale s-a folosit tehnica m-Hipims descrisă mai sus.

Activitatea III.5. Redactarea brevetului.

Rezultate experimentale care motivează propunerea de brevet

Rezultatele experimentale prezentate în rapoartele științifice anterioare au pus în evidență faptul că prin suprapunerea unui câmp magnetic extern peste câmpul magnetic al catodului magnetron se acționează atât asupra modului de operare a magnetronului, prin modificarea regimului de echilibrare – dezechilibrare cât și asupra electronilor primari (produși la inițierea pulsului) și secundari (produși în volumul plasmei în urma proceselor de ionizare). În cazul folosirii unui catodul magnetron nebalansat de tip I, actiunea acestui câmp magnetic extern conduce la o îmbunătățire a proprietăților straturilor subțiri depuse, în sensul creșterii gradului de cristalinitate a filmului și reducerii rugozității suprafețelor datorită creșterii fluxului de ioni energetici la substrat.

Bibliografie

[1] Minea T M, Costin C, Revel A, Lundin D and Caillault L, “Kinetics of plasma species in HiPIMS by particle modeling“, Surf. Coat. Technol. 255 (2014) 52.