Нанесение пленок или слоев на пов-сть деталей или изделий в условиях вакуума (1,0-1 • 10-7 Па). напыление вакуумное используют в планарной технологии полупроводниковых микросхем, в произ-ве тонкопленочных гибридных схем, изделий пьезотехники, акустоэлектроники и др. (нанесение проводящих, диэлектрических, защитных слоев, масок и др.), в оптике (нанесение просветляющих, отражающих и др. покрытий), ограниченно - при металлизации пов-сти пластмассовых и стеклянных изделий, тонировании стекол автомобилей. Методом напыление вакуумное наносят металлы (Al, Au, Cu, Cr, Ni, V, Ti и др.), сплавы (напр., NiCr, CrNiSi), хим. соед. (силициды, оксиды, бориды, карбиды и др.), стекла сложного состава (напр., I2О3 • В2О3 • SiO2 • Аl2О3 • СаО, Та2О • В2О3 • I2О3 • GeO2), керметы.
напыление вакуумное основано на создании направленного потока частиц (атомов, молекул или кластеров) наносимого материала на пов-сть изделий и их конденсации. Процесс включает неск. стадий: переход напыляемого в-ва или материала из конденсир. фазы в газовую, перенос молекул газовой фазы к пов-сти изделия, конденсацию их на пов-сть, образование и рост зародышей, формирование пленки.
По способу перевода в-ва из конденсированной в газовую фазу различают вакуумное испарение и ионное распыление. При и о н н о м р а с п ы л е н и и частицы наносимого в-ва выбиваются с пов-сти конденсир. фазы путем ее бомбардировки ионами низкотемпературной плазмы. Вариантами ионного распыления являются к а т о д н о е, м а г н е т р о н н о е, и о н н о-п л а з м е н н о е и в ы с о к о ч а с т о т н о е р а с п ы л е н и е, к-рые отличаются друг от друга условиями формирования и локализацией в пространстве низкотемпературной плазмы. Если распыление проводится в присут. хим. реагентов (в газовой фазе), то на пов-сти изделия образуются продукты их взаимод. с распыляемым в-вом (напр., оксиды, нитриды). Такое распыление наз. р е а к т и в н ы м.
Перенос частиц напыляемого в-ва от источника (места его перевода в газовую фазу) к пов-сти детали осуществляется по прямолинейным траекториям при вакууме 10-2 Па и ниже (вакуумное испарение) и путем диффузионного и кон-вективного переноса в плазме при давлениях 1 Па (катодное распыление) и 10-1-10-2 Па (магнетронное и ионно-плазменное распыление). Судьба каждой из частиц напыляемого в-ва при соударении с пов-стью детали зависит от ее энергии, т-ры пов-сти и хим. сродства материалов пленки и детали. Атомы или молекулы, достигшие пов-сти, могут либо отразиться от нее, либо адсорбироваться и через нек-рое время покинуть ее (десорбция), либо адсорбироваться и образовывать на пов-сти конденсат (конденсация). При высоких энергиях частиц, большой т-ре пов-сти и малом хим. сродстве частица отражается пов-стью. Т-ра пов-сти детали, выше к-рой все частицы отражаются от нее и пленка не образуется, наз. к р и т и ч е с к о й т-р о й напыление вакуумное; ее значение зависит от природы материалов пленки и пов-сти детали и от состояния пов-сти. При очень малых потоках испаряемых частиц, даже если эти частицы на пов-сти адсорбируются, но редко встречаются с другими такими же частицами, они десорбируются и не могут образовывать зародышей, т.е. пленка не растет. К р и т и ч е с к о й п л о т н о с т ь ю потока испаряемых частиц для данной т-ры пов-сти наз. наименьшая плотность, при к-рой частицы конденсируются и формируют пленку.
Структура напыленных пленок зависит от св-в материала, состояния и т-ры пов-сти, скорости напыления. Пленки м.б. аморфными (стеклообразными, напр. оксиды, Si), поликристаллическими (металлы, сплавы, Si) или монокристаллическими (напр., полупроводниковые пленки, полученные молекулярно-лучевой эпитаксией). Для упорядочения структуры и уменьшения внутр. мех. напряжений пленок, повышения стабильности их св-в и улучшения адгезии к пов-сти изделий сразу же после напыления без нарушения вакуума производят отжиг пленок при т-рах, неск. превышающих т-ру пов-сти при напылении. Часто посредством напыление вакуумное создают многослойные пленочные структуры из разл. материалов.
Вакуумно-напылительные установки. Для напыление вакуумное используют технол. оборудование периодич., полунепрерывного и непрерывного действия. У с т а н о в к и п е р и о д и ч е с к о г о д е й с т в и я осуществляют один цикл нанесения пленок при заданном числе загружаемых изделий. У с т а н о в к и н е п р ер ы в н о г о д е й с т в и я используют при серийном и массовом произ-ве. Они бывают двух видов-многокамерные и многопозиционные однокамерные. Первые состоят из последовательно расположенных напылит. модулей, в каждом из к-рых осуществляется напыление пленок определенных материалов или их термич. обработка и контроль. Модули объединены между собой шлюзовыми камерами и транспортирующим конвейерным устройством. Многопозиционные однокамерные установки содержат неск. напылитель-ных постов (расположенных в одной вакуумной камере), соединяемых транспортным устройством конвейерного или роторного типа.
Осн. узлы и системы установок для напыление вакуумное представляют собой самостоят. устройства, выполняющие заданные функции: создание вакуума, испарение или распыление материала пленок, транспортировку деталей, контроль режимов напыление вакуумное и св-в пленок, электропитание и др. Обычно установка для напыление вакуумное включает след. узлы: рабочую камеру, в к-рой осуществляется напыление пленок; источники испаряемых или распыляемых материалов с системами их энергопитания и устройствами управления; откачную и газораспределительную системы, обеспечивающие получение необходимого вакуума и организацию газовых потоков (состоят из насосов, натекателей, клапанов, ловушек, фланцев и крышек, ср-в измерения вакуума и скоростей газовых потоков); систему электропитания и блокировки всех устройств и рабочих узлов установки; систему контроля и управления установкой напыление вакуумное, обеспечивающую заданные скорость напыления, толщину пленок, т-ру пов-сти деталей, т-ру отжига, физ. св-ва пленок (содержит набор датчиков, связанных через управляющую микропроцессорную ЭВМ с исполнит. механизмами и устройствами вывода информации); транспортирующие устройства, обеспечивающие ввод и вывод деталей в рабочую камеру, точное размещение их на постах напыления и перевод из одной позиции напыления на другую при создании многослойной системы пленок; систему вспомогат. устройств и технол. оснастку (состоят из внутрикамерных экранов, заслонок, манипуляторов, гидро-и пневмоприводов, устройств очистки газов).
Лит.: Технология тонких пленок. Справочник, под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга, пер. с англ., т. 1-2, М., 1977; Плазменная металлизация в вакууме, Минск, 1983; Черняев В.Н., Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров, 2 изд., М., 1987; Волков С. С., Гирш В. И., Склеивание и напыление пластмасс, М., 1988; Коледов Л. А., Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок, М., 1989. Л. А. Коледов.

Технологии вакуумного напыления

Разработаны декоративные композитные покрытия и методы их нанесения на материалы для внешнего и внутреннего архитектурного оформления зданий, кровли куполов и крыш церквей, изделий широкого потребления и бижутерии.

Покрытия из стойких, экологически чистых материалов: нитридов, карбидов и оксидов титана, карбо - окси - нитридов титана, золота и других драгоценных металлов и сплавов, алмазоподобного углерода - наносятся на листовые и фигурные изделия из нержавеющей стали, стекла и других материалов методами вакуумных ионных технологий: реактивным магнетронным и электродуговым напылением на современных распылительных системах.

Покрытия имеют заданный цвет и светорассеивающие характеристики (от зеркального до матового), высокую стойкость к воздействию химических веществ и окружающей среды, хорошие механические и адгезионные свойства.

Композиционное покрытие содержит от двух до пяти слоев с толщиной от 0,1 до 2 мкм.

Переходный слой формируется ионным или диффузионным легированием поверхностного слоя подложки.

Подслой обеспечивает согласование термомеханических свойств основного слоя и подложки, участвует в формировании микроструктуры основного слоя, защищает подложку от некоторых видов коррозии.

Основной слой состоит из одного слоя материала с одинаковым цветом по всей толщине:

- TiN - цвет золота;

- TiNx, TiNxOy - от светло - желтых до коричневых;

- TiCx - от серого до антрацитового;

- TiNxCy - оттенки золотого цвета и от красно - желтого до фиолетового.

Переходный слой состоит из одного ТiO2 или многих Ti02 - Si02 - Ti02 - ... - Si02 - TiO: слоев, создающих интерференционную систему - любой цвет радуги.

Дополнительный декоративный слой - тонкий островковый или сплошной (Au ТiO2 или др.) - усиление отражения пли поглощения в заданных областях спектра.

Защитный слой - алмазоподобная углеродная или другая пленка для защиты дополнительного слоя.

Каждый слой имеет свою микроструктуру, кристаллическую текстуру, фазовый состав, механические сжимающие или растягивающие напряжения, которые управляются режимами напыления и оказывают заметное влияние на свойства и стабильность покрытий.

Перед нанесением покрытия поверхность изделия проходит механическую очистку, электрохимическую обработку и в установке - вакуумное обезгаживание, термообработку и ионную очистку. На стадии подготовительных операций формируется рельеф поверхности, определяющий характеристики светорассеивания, обеспечивается чистота и химическая активация поверхностного слоя, необходимые для высоких адгезионных свойств.

Для куполов культовых сооружений предлагается материал с покрытием из нитрида титана, способный заменить сусальное золото при значительном уменьшении стоимости работ и самого материала.

Технические характеристики:

- Материал подложки - сталь нержавеющая.

- Толщина подложки - 0,2 - 2 мм.

- Стандартный размер листа - 667 х 1000 мм (максимальный 500х2000 мм).

- Покрытие - нитрид титана, толщина 2 - 6 мкм.

- Цвет покрытия - различные оттенки золотого.

- Светорассеивание - от зеркального до матового.

- Содержание золота - до 0,5 % (весовых) по желанию заказчика.

- Механические свойства - допускает многократный изгиб и холодную штамповку.

- Атмосферостойкость - не менее 50 лет.

Кровельный материал с покрытием TiN, TiO2 и TiON

Материал:

В качестве основы (подложки) использована нержавеющая сталь марки 12 Х 18 Н 10 Т толщиной от 0,2 до 2 мм. В качестве покрытия использованы TiN (нитрид титана),ТiO2 (оксид титана) и TiON (оксинитрид титана). Толщина покрытия 2 - 6 мкм.

Метод получения материала:

Покрытие на нержавеющей стали TiN,Ti02 и TiON получено методом ионно - плазменного напыления в вакуумной камере. Листы нержавеющей стали, после предварительной электрополировки, которая обеспечивает высокую отражающую способность покрытия, помещаются в герметичную вакуумную камеру.

Во время процесса напыления в камере создается глубокий вакуум, который обеспечивает заданный цвет и стойкость покрытия. При ионно - плазменном напылении ионы плазмы, обладающие высокой энергией, выбивают с поверхности титанового листа атомы титана, которые в свою очередь, проходя через высокоразреженное облако азота или кислорода, окисляясь, внедряются в материал подложки. Такой процесс обеспечивает хорошие адгезионные и декоративные свойства покрытия.

Качества и свойства материала:

Высокая атмосферная и антикоррозионная стойкость декоративного покрытия подтверждена сертификатом соответствия ГОСТ N СХ02.1.3.0040 от 18.09.96. и составляет 50 лет в условиях городской атмосферы.

Отражающая способность покрытия 60 - 70 %.

Цвет может быть достигнут любой, но технологический процесс отлажен под три основных цвета:

- имитирующий цвет золота - покрытие TiN;

- синий - покрытие TiO2;

- имитирующий цвет свежей меди - покрытие TiON.

Материал поступает на рынок в двух видах:

- листы габаритами 667 - 1000 мм (3 листа = 2 м2);

- черепичные "чешуйки" (23 "чешуйки" = 1 м2).

Среди объектов фирмы, где использовались материалы, полученные методом вакуумного напыления, следует отметить:

- купола Храма Христа Спасителя (г. Москва);

- малые главы Богоявленского Кафедрального Собора в Елохове;

- непрозрачную часть Большой спортивной арены в Лужниках;

- купол мечети в г. Альметьевске (Казахстан);

- 40 - метровые "золотые" ворота Мусульманского центра в г. Душанбе.

пластиковые откосы для дверей