Структура и оптические

Структура и оптические свойства лазерно- модифицированных тонкопленочных нитридов металлов. Студент 3 -й гр. 5 -го курса: Жуковец Александр Руководитель: Belarusian State University

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Целью настоящей дипломной работы является исследование оптических и электрофизических свойств тонкопленочных покрытий на основе нитридов металлов, полученных с помощью магнетронного метода осаждения тонких пленок и подвергнутых импульсной лазерной обработке. Belarusian State University 3

ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА Внешний вид установки а – лазерный импульса б – отражение зондирующего излучения от зоны расплава Belarusian State University

ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА НА на АИГ: Nd 3+ Внешний вид установки Установка состоит из следующих частей: ▪ Лазер LS-2136 ELS; ▪ Фокусирующая система; ▪ Двухкоординатная система (XY) горизонтального перемещения образца; ▪ компьютер управления с программным обеспечением (ПО); ▪ Стойка размещения составных частей. Belarusian State University

ОСЦИЛЛОГРАММЫ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА И ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ФОТОПРИЁМНИКА Пленка Ti. Al. N на Si Осциллограммы лазерного импульса (1) и выходного сигнала фотоприёмника, детектирующего зондирующее излучение, отражённое от образца Ti. Al. N/Si: 2 – W = 0, 64 Дж/см 2; 3 – W = 0, 82 Дж/см 2. Belarusian State University

МИКРОФОТОГРАФИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ РЭМ Без облучения W = 0, 8 Вт/см 2 W = 0, 9 Вт/см 2 W = 1, 0 Вт/см 2 Belarusian State University 9

ФОТОГРАФИИ Ti. Al. N В ОПТИЧЕСКОМ МИКРОСКОПЕ 0, 64 Дж/см 2 1, 20 Дж/см 2 0, 80 Дж/см 2 Лазерный отжиг приводят к образованию системы латеральных ячеек микронных размеров, превышающих толщину самой плёнки Ti. Al. N. Средний размер ячеек, умень- шается с увеличением W и составляет: 1, 8 мкм (0, 64 Дж/см 2); 1, 4 мкм (0, 75 Дж/см 2); 1, 1 мкм (0, 82 Дж/см 2); 1, 0 мкм (0, 9 Дж/см 2). Belarusian State University

ФОТОГРАФИИ Ti. Al. N При помощи метода реактивного магнетронного распыления была сформирована многокомпонентная тонкопленочная структура Ti-Al-N, которая затем подверглась воздействию лазерного излучения при энергиях лазерного импульса Wимп=5, 0÷ 6, 0 м. Дж на длине волны 1, 06 мкм. Belarusian State University

СИСТЕМА СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 1. -осветитель; 3 1 2. - объектив (линза); 3. -образец; 4. -конденсирующая 5 линза; 5 2 5. -светофильтры; 4 4 2 6. -световода; 1 7. -монохроматор S 100; 8. - USB кабель подключения к ПК; 6 8 3 Для определения оптических параметров тонкопленочных покрытий используется метод спектрофотометрического контроля, основанный на измерении коэффициента отражения Rλ при нормальном падении на поверхность пленки. Belarusian State University

СПЕКТРЫ ОТРАЖЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Ti-Al-N, ОБРАБОТАННЫХ Nd+ ЛАЗЕРОМ, Видно, что с ростом содержания азота в покрытии Ti-Al-N, коэффициент отра- жения уменьшается. Belarusian State University

МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ Belarusian State University

МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ Belarusian State University

Исследование оптических свойств лазерно- модифицированных тонкопленочных покрытий Ti. В качестве экспериментального образца использовалась полупроводниковая пластина, на поверхность которой методом магнетронного осаждения наносилась пленка титана. Лазерная обработка структуры пленка-подложка осуществлялась расфокусированным многоимпульсным лазерным излучением Nd: YAG лазера на длине волны λ=1064 нм при энергиях лазерного импульса Wимп=4, 0÷ 6, 0 м. Дж и частоте следования импульсов до 50 Гц Belarusian State University

Исследование оптических свойств лазерно- модифицированных тонкопленочных покрытий Ti. Belarusian State University

Исследование оптических свойств лазерно- модифицированных тонкопленочных покрытий Ti. 65 60 55 50 К, % 45 40 после обработки 35 до обработки 30 25 335 435 535 635 735 835 935 λ, нм Belarusian State University

Исследование электрического сопротивления тонкой пленки Ti четырехзондовым методом. Методом магнетронного осаждения были сформированы две тонкопленочные структуры Ti/Si с размерами порядка 0, 2 и 0, 3 мкм, которые в дальнейшем подвергались воздействию расфокусированному лазерному излучению с энергией в импульсе 4, 0 -6, 0 м. Дж. Затем был проведен эксперимент по измерению удельного электрического сопротивления до и после обработки лазерным излучением тонкопленочных структур четырехзондовым методом. Было снято 10 значений с каждого образца до и после воздействия лазерного излучения на структуру. Belarusian State University

Исследование электрического сопротивления тонкой пленки Ti четырехзондовым методом. Образец Образец № 1 № 2 До воздействия После воздействия До воздействия лазерного излучения. Сопротивление Сопротивление пленки, Ом/□ 2, 65 3, 65 2, 02 2, 32 2, 66 3, 64 2, 00 2, 30 2, 66 3, 66 2, 01 2, 29 2, 66 3, 64 2, 01 2, 27 2, 67 3, 64 2, 01 2, 31 2, 66 3, 66 2, 03 2, 29 2, 65 3, 65 2, 01 2, 30 2, 66 3, 66 2, 05 2, 31 2, 65 3, 63 2, 00 2, 29 2, 65 3, 65 2, 03 2, 30 Belarusian State University

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Были получены экспериментальные образцы Ti/Si и Ti-Al-N/Si методом магнетронного осаждения и реактивного магнетронного осаждения тонкопленочных покрытий. Изучен метод прецизионной лазерной обработки поверхности тонкопленочных структур. Проведено исследование зависимости оптических и электрофизических свойств тонкопленочных структур Ti/Si и Ti-Al -N/Si в зависимости от режимов осаждения и лазерной обработки. Belarusian State University

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведённое исследование позволяет заключить, что в определённом интервале плотностей энергии наносекундного лазерного облучения НА РУБИНОВОМ ЛАЗЕРЕ тонкоплёночной системы Ti. Al. N/Si ниже установленного порога разрушения/абляции субмикронной плёнки Ti. Al. N лазерно- индуцированные теплофизические процессы приводят к изменению её морфологии. В результате лазерной обработки (λ = 1, 06 мкм) поверхности Ti-Al -N/Si, проведено исследование зависимости коэффициента отражения тонкопленочного покрытия Ti-Al-N/Si в видимой области спектра от длины волны при различной степени реактивности. Сравнительный анализ говорит о том, что существенную роль в уменьшении коэффициента отражения мог сыграть фактор окисления. При воздействии лазерного излучения (λ = 1, 06 мкм) на структуру Ti/Si частичное испарение пленки начинается при W=0, 9 Дж/см 2, что приводит к изменению оптических свойств, в частности коэффициент отражения уменьшился. Это может быть связано с уменьшением толщины пленки так и с процессом окисления Belarusian State University поверхности структуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (продолжение) Предлагается использовать спектральные зависимости коэффициентов отражения наноструктурированных слоёв бинарных нитридов для контроля стехиометрического состава пленок. Предлагается использование покрытий бинарных нитридов, нитридов как упрочняющих, защитных, коррозионностойких и антифрикционных покрытий. Также бинарные нитриды могут найти свое применение в солнечной энергетики в качестве покрытий с максимально поглощающей и минимально излучающей способностью. Belarusian State University

Спасибо за внимание! Belarusian State University