МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ НИТРИДНЫХ СЛОЕВ НА ПЛАВЛЕНОМ КВАРЦЕ // Инновационные технологии в науке и образовании: материалы IV Международной научно-практической конференции (28.08.2015 – 30.08.2015, Улан-Удэ). Научный редактор: С. Л. Буянтуев, Ма Тун Цай, Ответственный редактор: Е. Р. Урмакшинова, - Улан-Удэ: Издательство Бурятского государственного университета, 2015. - С. 148-155.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ НИТРИДНЫХ СЛОЕВ НА ПЛАВЛЕНОМ КВАРЦЕ
MODELING OF NITRIDE LAYERS FORMATION PROCESSES ON FUSED QUARTZ
В статье предложена технология выращивания нитридных слоев методом распыления ионными пучками. Рассмотрена модель формирования слоев AlN,Si3N4 и TiN на поверхности плавленого кварца SiO2. Моделирование осуществляли в 2 этапа. На первом этапе вначале рассчитывали скорости осаждения пленок AlN, Si3N4 и TiN на поверхности плавленого кварца SiO2 путем распыления материала мишеней (Al, Si и Ti) ионным пучком из смеси газов (Ar+ и N2+). Затем проводили построение контурного изображения распределения толщины напыляемой пленки в зависимости от радиуса мишени и расстояния от мишени до подложки. Оптимизировали условия осаждения нитридных слоев, в частности положение подложкодержателя относительно мишени,энергию распыляющих ионов, состав газовой смеси азота и аргона. На втором этапе термодинамически моделировали взаимодействие нитридных пленок
TiN с материалом подложки — диоксидом кремния SiO2. Для этих целей использовали многоцелевой комплекс TERRA. Варьировали температуру в интервале от 273 до 1 573 К и давление в диапозоне от 105 до 10-3 Па. Исследованы возможные взаимодействия с участием Ti, N2 и SiO2. Особое внимание
уделено фазовым равновесиям и выявлению последовательности фазовых соотношений и полей кристаллизации сосуществующих фаз в системе Ti-N2-Si-O2. В расчетах учитывали следующие фазы: нитриды TiN и Si3N4, оксиды SiO2,TiO2, Ti2O3, Ti4O7, Ti3O5, TiO и силициды TiSi и Ti5Si3. Рассмотрены особенности фазовых равновесий в условиях высокого вакуума (102–104 Па) в тройных
системах: Ti-N2-Si, Ti-Si-O2, Ti-N2-O2 и Ti-N2-Si. Определены оптимальные условия для формирования нитридных слоев на поверхности плавленного кварца (SiO2).
The work suggests the technology of growing the nitride layers by ion beam sputtering.
The model of AlN-, Si3N4– and TiN layers formation on surface fused quartz SiO2 is discussed.
Modeling has been carried out in 2 stages. At the first stage in the beginning the
speed of sedimentation on surface fused quartz SiO2 of AlN-, Si3N4– and TiN films by
target material sputtering (Al, Si and Ti) with ion beam from gas mix (Ar+ and N2+) has
been calculated. Then the construction of planimetric plotting of thickness distribution
films depending on the radius of a target and distance of target-substrate has been carried
out. Nitride layer formation conditions, in particular, position of substrate holder concerning
a target, ion sputtering energy, composition nitrogen and argon in a gas mix has been
improved. At the second stage interaction of nitride TiN with silicon dioxide SiO2 has been
modeled thermodynamically. For these purposes multi-purpose complex TERRA has been
used. The temperature in the range from 273 to 1573 K and pressure from 105 to 10-3 Pa
has been varied. Possible interactions with participation Ti, N2 and SiO2 have been investigated.
Special attention has been given to researching the phase equibrium and to revealing
of sequence of phase parities and crystallization fields of existing phases in the system
Ti-N2-Si-O2. In calculations the following phases have been considered: nitrides TiN and
Si3N4, oxides SiO2, TiO2, Ti2O3, Ti4O7, Ti3O5, TiO and silicides TiSi and Ti5Si3. The
features of the phase equibrium in the conditions of high vacuum (10-2-10-4 Pa) in ternary
systems have been considered: Ti-N2-Si, Ti-Si-O2, Ti-N2-O2 and Ti-N2-Si. Optimum
conditions for nitride layers formation on surface quartz (SiO2) have been defined.
modeling, ion beam sputtering, layer, film, target, substrate, nitride.
1. Семенов А. П. Пучки распыляющих ионов: получение и применение. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1999. 207 с.
2. Sigmund P. Theory of sputtering // Phys. Rev. 1969. Vol. 184, No. 2. P. 383–416.
3. Трусов Б. Г. Программный комплекс TERRA для расчета плазмо-химических процессов // Материалы III Междунар. симп. по теор. и прикл. плазмохимии. Плес, 2002. С. 217–218.