Потенциал Кабардино-Балкарского госуниверситета в области развития различных физико-химических методов и технологий (2010 год)

Дата создания: 18.11.2016

На физическом и химическом факультетах КБГУ, при наличии высокого кадрового потенциала, имеются все современные спектроскопические методы исследований поверхности наряду с набором классических физико-химических способов.

Такого сочетания методов нет ни в одном научном центре страны, не говоря уже о классическом университете.

На физическом факультете имеется оборудование, позволяющее проводить измерения:

  • Спектров излучения, начиная от вакуумного УФ до ближнего ИК излучений.
  • Спектров поглощения в том же диапазоне длин волн.
  • Спектров низкотемпературной  люминесценции (при температурах жидкого гелия и жидкого азота).
  • Высокотемпературной люминесценции, начиная от комнатной температуры до 6000С.
  • Спектров фосфоресценции и отражения.
  • Кинетики затухания люминесценции.

Есть в наличии вакуумная крио установка для измерения температурной зависимости всех оптических параметров.

Имеются источники ультрафиолетового, инфракрасного, лазерного излучений.

Ожижитель гелия позволяет проводить цикл исследований  материалов при сверхнизких температурах.

Высокий научный потенциал в области комплексных методов исследования поверхности твердых и жидких тел создан у факультета микроэлектроники и компьютерных технологий. В лабораториях этого факультета созданы оригинальные экспериментальные установки для исследования состава и структуры поверхностей и процессов в адсобционных слоях твердых и жидких тел, для изучения состава и строения поверхностного слоя металлов и полупроводников методами дифракции электронов низких энергий и электронной Оже-спектроскопии.

На факультете  микроэлектроники и компьютерных технологий (МЭ и КТ) имеются 7 электронных спектрометров, которые позволяют проводить  исследования поверхности методами:

  • оже-электронной спектроскопии,
  • спектроскопии характеристических потерь энергии электронов,
  • спектроскопии ионизационных потерь,
  • дифракции медленных электронов,
  • вторично-ионной масс-спектрометрии,
  • спектроскопии обратно-рассеянных ионов низкой энергии.

Данные методы, основанные на использовании ионных и электронных пучков, позволяют исследовать состав и структуру поверхности, начиная с первого атомного слоя, и построить профили распределения элементов по глубине для металлов, полупроводников и диэлектриков.

Методы газовой масс-спектрометрии с омегатронными, квадрупольными и монопольными масс-фильтрами используются для анализа состава остаточных газов в вакуумных системах, а также для изучения газосодержания и газовыделения материалов, применяемых в вакуумной электронике.

Оптическая спектроскопия от ближней УФ- до ближней ИК-области спектра позволяет исследовать коэффициенты отражения, поглощения и пропускания для оптически прозрачных сред.
На факультете МЭ и КТ есть возможности использовать и термодесорбционный метод для исследования газосодержания и газовыделения с поверхности материалов (металлов, полупроводников и диэлектриков) в условиях сверхвысокого вакуума при температурах  от   комнатной   до ~ 8000C с   чувствительностью газового потока ~ 10-15л тор/с.

На кафедре материалов и компонентов твердотельной электроники могут быть реализованы:

  1. Электрометрический метод исследования электропроводности диэлектриков в атмосфере и при сверхвысоком вакууме.
  2. Метод исследования вторичной эмиссии электронов.
  3. Метод многофазных равновесий для исследования поверхностных и межфазных характеристик.
  4. Методы растровой и просвечивающей электронной микроскопии.
  5. Метод оптической металлографической микроскопии.

Для получения сверхнизких давлений (ниже 10-10Па), необходимых при исследованиях атомарно-чистых поверхностей, разработаны сверхвысоковакуумные криогенные насосы, центральная часть которых охлаждается жидким гелием при температуре 4.2 К. Подобный криогенный насос может обеспечивать сверхвысоковакуумную откачку с предельным остаточным давлением ~ 10-12 Па.

Ожижитель гелия позволяет проводить исследования различных образцов при сверхнизких давлениях. Появляется возможность исследования электропроводности, оптических, вторично-эмиссионных, магнитных и других свойств материалов при  гелиевых температурах.

С целью дополнить методы исследования поверхности твердых и жидких тел университет закупил программно-аппаратный комплекс для проведения экспериментов в области анализа поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).

В настоящее время КБГУ обладает набором действующих установок для нанесения различных покрытий на стекло и другие подложки. Имея ряд тонких физических методов контроля поверхности и структуры слоя, университет может рассмотреть вопрос передачи Заказчику технологии, необходимой для создания (воспроизводства) заданных (эталонных) пленочных образцов.

В университете

I) разрабатывается немало оригинальных технологий,

II) освоен ряд передовых физико-химических методов,

III) имеется большое количество уникальных установок.

К ним относятся:

I)

  1. Технологии эмиссионных исследований
  2. Технология понижения рабочей температуры соединения (сплавления) разнородных материалов путем использования контактно-реактивной пайки
  3. Технологии получения и диагностика диэлектрических, металлических и полупроводниковых подложек различного назначения с заданными свойствами
  4. Технология производства вакуумно-плотных металлокерамических композиций
  5. Технология целенаправленного управления адгезией тонких функциональных слоев к подложкам
  6. Технология создания особо мощных многомезовых твердотельных генераторов миллиметрового диапазона (30-300 ГГц)

II)

  1. Нанесение тонких пленок методами вакуумно-термического напыления и магнетронного распыления
  2. Получение ультратонких пленок методом поверхностной сегрегации
  3. Метод программируемой термодесорбции
  4. Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
  5. Методы измерения шероховатостей поверхности

III)

  1. Установка вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС)
  2. Установка спектроскопии обратно рассеянных ионов низкой энергии (СОРИНЭ)
  3. Электронный Оже-спектрометр c полусферическим энергоанализатором
  4. Электронный Оже-спектрометр c  цилиндрическим энергоанализатором
  5. Сверхвысоковакуумная установка для комплексного анализа поверхности и межфазных границ методами низкоэнергетической электронной спектроскопии
  6. Модифицированная установка магнетронного и термического напыления  различных слоев УВР-3
  7. Установка вакуумного напыления различных слоев УВН-2М
  8. Сверхвысоковакуумная установка УВВН-1
  9. Спектрофотометры СФ-16, СФ-26, СФ-46
  10. Установка для автоматической регистрации спектров отражения
  11. Микроскоп Latimet Automatic
  12. Микроскоп МИИ-4
  13. Микроскоп «VELOMET»
  14. Эллипсометр ЛЭФ-3М-1
  15. Мультимодовый сканирующий зондовый микроскоп Solver P47
  16. Трансмиссионный (просвечивающий) электронный микроскоп TESLA-BS-50017
  17. Сканирующий зондовый микроскоп Nanoeducator
  18. Экспериментальная установка метода рассеяния молекулярного пучка
  19. Программно-аппаратный комплекс «Вакуумная установка для высокотемпературного контактного плавления»
  20. Устройство для изучения вторичной эмиссии электронов с поверхности диэлектриков
  21. Установка для плазменной обработки поверхности материалов
  22. Установка для изучения электропроводности диэлектриков
  23. Установка для изучения газовыделения вакуумных материалов

1. Технологии эмиссионных исследований

Разработка технологий ведется на основе ряда экспериментальных установок.

  1. На базе установки УСУ-4 создан электронный оже-спектрометр, позволяющий проводить изучение поверхности методами:
    — электронной оже-спектроскопии (ЭОС);
    — спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ);
    — дифракции электронов низких энергий (ДЭНЭ);
    — измерения работы выхода электрона (РВЭ);
    — измерения коэффициента вторичной эмиссии электронов.
    Имеется газоанализатор МХ7303, встроенный в камеру.
  2. Комплексное спектральное вычислительное устройство (КСВУ-23) с сверхвысоковакуумной камерой небольшого объема позволяет изучать свойства поверхности методами:
    — измерения коэффициентов отражения, поглощения и пропускания в оптическом диапазоне 230-1200 нм;
    — термодесорбции (термо-программированная и импульсная десорбции);
    — электронно-стимулированной десорбции;
    — фотостимулированной десорбции;
    — ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии (УФЭС), (Е $$$ 6эВ);
    — термоэлектронной эмиссии материалов (в том числе, нанокомпозиционных).

Установки позволяют проводить очистку и обработку поверхности образца пучками ионов аргона и электронов, различными газами, отжиг поверхности мощным пучком света и др.

Параметры поверхности вещества, методы и средства, которыми их получают
  1. Элементный (химический) состав поверхностного слоя и степень заполнения поверхности адсорбированными молекулами.
  2. Элементный состав объема и поверхности, химическое и фазовое состояния (Рентгеновский микроанализ, ЭОС);
  3. Распределение элементов в зависимости от глубины, начиная с поверхности – глубинный профиль (ионное послойное травление и анализ ЭОС).
  4. Определение микрорельефа поверхности (атомносиловая микроскопия –  АСМ);
  5. Определение параметров кристаллического строения поверхности (ДЭНЭ, АСМ).
  6. Измерение работы выхода электрона (методы фотоэмиссии, термоэмиссии и измерения контактной разности потенциалов).
  7. Измерение распределения работы выхода электрона по поверхности материала (метод растрового туннельного спектроскопа).
  8. Измерение коэффициента вторичной эмиссии электронов (КВЭЭ) и его распределения на выбранном участке поверхности (электронная пушка с четырехсеточным энергоанализатором).
  9. Влияние адсорбции молекул остаточного газа исследовательской камеры и напускаемого в камеру газа на эмиссионные свойства поверхности (РВЭ, КВЭЭ);
  10. Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания света (КСВУ-23) в оптическом диапазоне;
  11. Определение энергии адсорбционной связи Q адсорбированных молекул с поверхностью (термо-, фото- и электростимулированные десорбции);
  12. Распределение электронов по энергиям (УФЭС, электронные энергоанализаторы типа четырехсеточный анализатор задерживающего поля (АЗП) или «цилиндрическое зеркало» (АЦЗ));
  13. Определение пористости материала катода (кинетика адсорбции молекул из газа).

Задачи изучения термоэмиссионных материалов

  1. Измерение плотности термоэмиссионного тока  и определение РВЭ термокатода.
  2. Изучение температурной зависимости плотности термоэмиссионного тока термокатода.
  3. Определение зависимости плотности тока термоэмиссии от концентрации  активирующих термокатод атомов (ЭОС+измерение плотности термоэмиссионного тока).
  4. Определение коэффициента диффузии из объема атомов активизирующих термокатод веществ (ЭОС, ионная бомбардировка поверхности).
  5. Определение распределения РВЭ по поверхности термокатода — атомно-силовой в режиме растрового туннельного микроскопа (РТМ).
  6. Изучение коэффициента испарения элементов  термокатода с его поверхности, в условиях эксплуатации.
  7. Изучение влияния давления и состава остаточного газа в камере на термоэмиссию и на срок службы катода.
  8. Изучение влияния давления и состава напускного газа на термоэмиссионный ток.
  9. Изучение деградации и причин деградации термокатодов.
  10. Изучение энергетического распределения термоэлектронов термокатода.
  11. Влияние электрического поля на термоэмиссию и долговечность термокатода.
  12. Изучение интенсивности токоотбора на срок службы термокатода.
  13. Установление оптимального режима активировки термокатода.
  14. Влияние режима бомбардировки поверхности работающего термокатода ионами газа на долговечность термокатода.
  15. Изучение коэффициента распыления элементов на поверхности термокатода при бомбардировке его ионами газа.
  16. Измерение РВЭ термоэмиттера при различных температурных и токовых режимах работы термокатода.
  17. Изучение электронно-эмиссионных свойств в современных композиционных материалах, в том числе углеродных, с целью использования их для создания высокоэффективных, надежных относительно низкотемпературных термокатодов.

2. Технология понижения рабочей температуры соединения (сплавления) разнородных материалов путем использования контактно-реактивной пайки

Для реализации указанной цели используется эффект контактного плавления, которое происходит при температурах (иногда на сотни градусов) более низких, чем температура плавления соединяемых материалов. При толщинах подвергавшихся плавлению слоев порядка 1-2 нм (5-10 атомных слоев), что достигается за времена менее 1 с и соединительный шов оказывается не менее прочным, чем исходный массивный материал. Если непосредственно между соединяемыми материалами контактное плавление не происходит, то всегда можно подобрать вещество, проявляющее эффект контактного плавления с каждым из этих материалов. В этом случае для прочного соединения необходимо предварительно напылить или нанести каким-либо другим способом на одну из соединяемых поверхностей пленку толщиной до 1 нм. Такой же эффект может быть достигнут использованием поверхностно-активной добавки при приготовлении материала соединяемых изделий. Заметим, что использование «третьего» материала может привести к дополнительному (на несколько десятков градусов) снижению температуры прочного соединения образцов. Такого же порядка снижения температуры сплавления материалов изделий можно достичь технологически, используя dТ-эффект контактного плавления. Целый ряд качеств соединения (улучшение коррозионной стойкости, достижение однородности или гетерогенности шва по составу, электродинамических характеристик соединительной зоны и пр.) может быть достигнут за счет использования контактного плавления под действием электромагнитных и ультразвуковых полей, давлений и т.д. При определенных давлениях удается соединить материалы, не имеющие эвтектическую точку на диаграммах состояния, либо понизить температуру эвтектики там, где она имеется.

КБГУ обладает знанием и практикой подбора соответствующих режимов контактно-реактивной пайки.

Разработана и собрана оригинальная установка, позволяющая отрабатывать наиболее экономически выгодные режимы соединений электротехнических изделий, в основе работы которой используются фазовые переходы плавление-спекание при наличии внешних воздействий. Подобный подход позволил разработать в том числе припои для пайки изделий к алюминиевым основаниям.

Разработан способ металлизации неметаллических поверхностей, прежде всего керамических, методом жидкофазного натирания. Создано и изготовлено устройство, позволяющее металлизировать керамические конденсаторы, например, КСК-4. Способ позволил заменить дорогие серебросодержащие пасты на более дешевые и доступные сплавы на основе олова, индия висмута и других металлов.

В университете разработаны методы получения монокристаллов висмута из сплавов, находящихся в жидко-твердом состоянии, и очистки сплавов под действием электромагнитных полей, а также выращивания армированных сплавов эвтектического состава под действием электропереноса.

3. Технологии получения и диагностика диэлектрических, металлических и полупроводниковых подложек различного назначения с заданными свойствами

Современные пучковые технологии (лазерные, электроннолучевые, ионно-лучевые и т.п.) позволяют управлять прочностными, трибологическими, электрофизическими и другими свойствами подложек. В сочетании с поверхностно-чувствительными методами диагностики (ЭОС, ДМЭ, СХПЭЭ) это дает возможность получать диэлектрические, металлические и полупроводниковые подложки различного назначения с заданными свойствами.

Разработка технологии получения подложек с заданными свойствами содержит:

  • теоретический анализ заданного свойства поверхности и межфазных границ до и после пучкового воздействия;
  • экспериментальное определение оптимальных режимов пучкового воздействия для изменения заданного свойства;
  • диагностику подложек методами электронной спектроскопии (ЭОС и СХПЭЭ), дифракции медленных электронов (ДМЭ) и сканирующей зондовой микроскопии.

Экспериментальная база включает:

  • оборудование для ионной и электронной обработки подложек (установки на базе УВН 2М-2 и УВР-3).
  • установку лазерной импульсной имплантации ЛИМИОН-2 (Up=130 кВ).
  • сверхвысоковакуумную установку для комплексного анализа поверхности и межфазных границ;
  • сканирующий зондовой микроскоп Solver PRO.

Для контроля различных параметров подложек используются:

  • оптические микроскопы LATIMET (до X2000) и МИМ-7;
  • интерферометры МИИ-4 и эллипсометр;
  • поверхностное электросопротивление измеряется на приборах ЦИУС -1 и ИУС-2;
  • приборы для измерения адгезии пленок, вакуумной плотности и прочности соединений.

Оборудование может использоваться для разработки технологии получения и диагностики подложек с заданными свойствами.

4. Технология производства вакуумно-плотных металлокерамическихкомпозиций

Вакуумно-плотная керамика широко применяется для получения прочных, герметичных и термостойких металлокерамических узлов. В авиационно-космической и ракетной технике к таким изделиям предъявляются повышенные требования по вакуумным, механическим и диэлектрическим свойствам. При этом важна стабильность параметров изделия в широком диапазоне температур, при радиационных и механических нагрузках.

Наиболее перспективным методом вакуумно-плотного и термостойкого соединения керамики с металлами является высокотемпературная пайка с использованием наноструктурных активных припоев и нанопленок. Для управления свойствами такого соединения необходим глубокий теоретический анализ межфазной границы керамика-расплав, разработка критериев смачивания и растекания нанокапель расплавов по поверхности диэлектрических материалов, а также корректный учет соответствующих размерных эффектов.

На факультете МЭ и КТ КБГУ ряд аспектов указанной проблемы успешно решается с учетом вышеназванных требований как в теоретическом, так и в прикладном плане. На основе известной технологии контактно-реактивной пайки с использованием припоев, содержащих медь, титан и другие компоненты, разработано несколько новых методов вакуумно-плотного, механически прочного и термостойкого соединения керамики (лейкосапфир, ВК 94-1, УФ-46 и поликор) с железо-никелевыми сплавами, медью, титаном и другими металлами. Эти методы применены также для вакуумной пайки трудносоединяемых металлов.

Предложенные технологии позволили создать металлокерамические и металлические композиции с  повышенными эксплуатационными характеристиками:

  • устойчивость к тепловым ударам (6 теплосмен 20…6000С);
  • редельный вакуум — 10-10 мм рт. ст.;
  • прочность на разрыв до 60 МПа;
  • температура эксплуатации до 8000С;
  • электрическая прочность (на одну секцию линейного ускорителя) до 100 кВ.

Разработанные в КБГУ методы соединения использованы для мелкосерийного изготовления диэлектрических окон вывода СВЧ-излучения большой мощности и металлокерамических секций линейных ускорителей (ВЭИ, Москва). Представленные технологии соединения защищены 5 авторскими свидетельствами (а. с. №№ 1606502, 1611622, 1685898, 1807042 и др.).

Экспериментальная база включает вакуумные электропечи для пайки (типа СНВ-131), установки металлизации керамики (УВН 2М-2 и УВР-3), приборы для анализа зоны соединения (электронный оже-спектрометр 09ИОС-10, рентгеновский дифрактометр, атомно-силовой и оптические микроскопы), приборы для измерения вакуумной плотности и прочности соединений и другое оборудование.

Оборудование может использоваться для мелкосерийного производства металлокерамических узлов и композиций.

5. Технология целенаправленного управления адгезией тонких функциональных слоев к подложкам

Адгезия тонких функциональных слоев и покрытий к диэлектрическим и полупроводниковым подложкам является одним из основных параметров, лимитирующих стабильность и долговечность работы приборов. Для управления адгезией наиболее перспективны электронно- и ионно-лучевые методы воздействия. Кроме того, хорошие результаты дает нанесение промежуточных наноструктурных адгезионно-активных слоев и нанопленок.

Разработка технологии управления адгезией включает:

  • теоретический анализ межфазной границы тонкий функциональный слой — подложка, разработку критериев повышения (понижения) адгезии, смачивания и растекания нанокапель расплавов по поверхности подложки, а также корректный учет соответствующих размерных эффектов;
  • экспериментальное определение оптимальных режимов электронно- и ионно-лучевой обработки подложек перед нанесением покрытия и готовых композиций пленка – подложка;
  • подбор и нанесение промежуточных адгезионно-активных наноструктурных слоев и нанопленок;
  • диагностика подложек и тонких функциональных слоев методами электронной спектроскопии (ЭОС и СХПЭЭ), дифракции медленных электронов (ДМЭ) и сканирующей зондовой микроскопии.

Экспериментальная база включает:

  • оборудование для нанесения функциональных слоев методами термического испарения и магнетронного распыления (УВН 2М-2 и УВР-3),
  • установку лазерной импульсной имплантации ЛИМИОН-2 (рабочее напряжение 130 кВ),
  • сверхвысоковакуумную установку для комплексного анализа поверхности и межфазных границ;
  • сканирующий зондовой микроскоп Solver PRO.

Для контроля различных параметров и качества слоев и покрытий используются следующие приборы и оборудование:

  • оптические микроскопы LATIMET (до X2000) и МИМ-7;
  • интерферометры МИИ-4 и эллипсометр;
  • поверхностное электросопротивление измеряется на приборах ЦИУС -1 и ИУС-2;
  • приборы для измерения адгезии пленок, вакуумной плотности и прочности соединений.

Оборудование может использоваться для разработки и реализации технологии управления адгезией слоев и покрытий.

6. Технология создания особо мощных многомезовых твердотельных генераторов миллиметрового диапазона (30-300 ГГц)

Расширение сфер применения генераторов миллиметрового диапазона в различных радарных и коммуникационных системах связано с возможностью увеличения их выходной мощности. На сегодняшний день максимальные уровни выходной СВЧ-мощности для твердотельных генераторов миллиметрового диапазона реализуются с помощью лавинно-пролетных диодов (ЛПД) на алмазном теплоотводе. Однако достигаемые при этом уровни выходной мощности при рабочей температуре перегрева p-n-перехода значительно ниже уровня, достигаемого при предельных уровнях питания.

Предлагаемая технология направлена на решение фундаментальной проблемы существенного снижения уровня тепловых ограничений для твердотельных генераторных и усилительных приборов СВЧ-миллиметрового диапазона. Известно, что для приборов этого класса, таких как лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна и другие, уровень выходной СВЧ-мощности в миллиметровом диапазоне ограничен не только электронными свойствами материала, структуры, но и уровнем температуры перегрева активной области. Приборы данного класса имеют относительно низкий КПД, не превышающий в лучших образцах 10-15 %. Поэтому основная входная мощность преобразуется в тепловую энергию, вызывающую перегрев и тепловой пробой структуры. Данная проблема усугубляется именно в миллиметровом диапазоне, что связано с уменьшением размеров активной структуры, а именно, площади активных переходов и, соответственно, увеличением плотности входной электрической мощности.

Отсюда следует фундаментальная конструкторско-технологическая проблема исполнения известного класса приборов, таких как ЛПД, диоды Ганна в том виде, который позволит при тех же рабочих электрических нагрузках получить меньшую температуру перегрева активной структуры, либо при допустимом уровне температуры перегрева, обеспечить больший уровень входной электрической мощности.

Это позволит полностью, вплоть до электронных ограничений материала, реализовать заложенный в активной структуре полезный энергетический ресурс.

В настоящее время единственным предприятием в России, выпускающим генераторные СВЧ диоды мм диапазона является НИИ полупроводниковых приборов г.Томск (диоды СВЧ генераторные на эффекте Ганна мм диапазона), но эти приборы, в отличие от предлагаемых нами, уступают по уровню выходной мощности примерно в 10 раз.

Аналогичная продукция выпускается на Украине в НИИ «Орион» г. Киев (диоды Ганна, ЛПД). НИИ «ОРИОН» поставляет свою продукцию в Россию, Беларусь, Армению, Литву, США, Южную Корею, Китай. Предлагаемая нами технология позволила бы поднять уровень выходной мощности ЛПД, выпускаемых этим предприятием не менее чем в 2-3 раза.

Генераторные ЛПД используются в системах радиолокации, навигации, в измерительной технике, в системах связи, охранных устройствах, датчиках различного применения, а также в медицинском оборудовании.

Разработана и запатентована в КБГУ конструкция мезакристалла, позволяющая задавать на исходной пластине многомезовую рабочую геометрию активной структуры для работы в миллиметровом диапазоне и соответствующая технология, позволяющая манипулировать и монтировать этот мезакристалл на теплоотвод. Реализация 6-мезового Si p+pnn+ лавинно-пролетного диода (ЛПД) позволила выйти на уровень выходной непрерывной СВЧ мощности 1 Вт, при требуемом для обеспечения надежной работы прибора уровне величины перегрева p-n перехода Tp-n не более 200°C. Снижение теплового сопротивления прибора за счет использования 6-мезовой конструкции в 2,4 раза совпало с расчетным. Это позволяет в дальнейшем при конструировании многомезовых ЛПД использовать соотношение расстояния между соседними мезаструктурами L с их диаметром d, как экспериментально проверенное условие минимального теплового взаимовлияния. Впервые на примере кремниевых шестимезовых ЛПД 5 мм диапазона удалось реализовать технологию изготовления многомезовых ЛПД в мм диапазоне и экспериментально показать преимущества и перспективность их использования. Экспериментально показано, что можно получать многомезовые СВЧ-диоды мм диапазона, обладающие, без использования алмазного теплоотвода, более низким тепловым сопротивлением, чем лучшие серийные образцы мировых производителей, использующих одноструктурные приборы на алмазном теплоотводе. В то же время ничто не мешает объединить обе технологии и в особых случаях изготавливать многоструктурные СВЧ-диоды мм диапазона на алмазном теплоотводе, получив еще больший ресурс по мощности и надежности. При изготовлении многомезовых ЛПД получена связь между величиной деформации и ее градиентом в кремниевых структурах и процентом выхода годных приборов. На операции сборка образцы с большими значениями деформации в р+ слое дают меньший процент выхода. На операции электротермотренировка образцы с большим значением градиента деформации дают меньший процент выхода годных. В итоге, результаты использованного РД метода анализа позволили с одной стороны, скорректировать конструктивные размеры монтируемых при сборке прибора кристаллов, с другой стороны привели к определенным технологическим требованиям к классу поверхностности теплоотвода. В результате удалось осуществить характеристики многомезовых ЛПД миллиметрового диапазона, при большей надежности работы приборов и большем их проценте выхода.

Минимальная оценка российским рынком продукции военной сферы, составляет 120 млн. руб. в год. В гражданской сфере рынок находится в стадии становления.

1. Нанесение тонких пленок методами вакуумно-термического напыления и магнетронного распыления

Нанесение тонких пленок в вакууме – один из важнейших технологических процессов в микро- и наноэлектронике. На факультете МЭ и КТ  КБГУ наибольшее развитие получили два метода нанесения пленок:

  • вакуумно-термическое испарение с резистивным и ВЧ нагревом;
  • магнетронное распыление на постоянном токе.

Осаждение тонких пленок термическим испарением имеет следующие достоинства:

  • высокая чистота осаждаемого материала;
  • высокая скорость напыления;
  • универсальность и простота реализации.

Магнетронный метод позволяет:

  • получать покрытия практически из любых металлов, сплавов и полупроводников без нарушения исходного соотношения компонентов распыляемой мишени;
  • используя смеси рабочего и реакционных газов и распыляемые мишени из металлов или сплавов получать покрытия из окислов, нитридов, карбидов и др. соединений;
  • производить обработку покрываемых поверхностей в плазме тлеющего разряда с целью их ионной очистки и активации перед нанесением покрытий.

Нанесение пленок методом термического испарения реализовано на установке УВН-2М, а методом магнетронного распыления  — на модернизированной вакуумной установке УВР-3.

Для контроля различных параметров и качества пленок используются ряд приборов.

  • Морфология поверхности изучается на сканирующем зондовом микроскопе Solver PRO производства ЗАО «НТ-МДТ», визуальные исследования проводятся с помощью оптических микроскопов LATIMET (до X2000) и МИМ-7.
  • Анализ поверхности и межфазных границ проводится методом электронной оже-спектроскопии на оже-спектрометре 09ИОС- 10.
  • Измерение зависимости коэффициента пропускания от длины волны проводится на фотометрах СФ-26 и СФ-46.
  • Для измерения толщины применяются интерферометры МИИ-4 и эллипсометр, поверхностное электросопротивление измеряется на приборах ЦИУС -1 и ИУС-2.
  • Для управления свойствами пленок используется установка лазерной импульсной имплантации ЛИМИОН-2 (с рабочим напряжением 130 кВ).

Имеется опыт нанесения пленок алюминия, серебра, меди, титана и других металлов на подложки из плавленого кварца, молибденового стекла, поликора и лейкосапфира.

2. Получение ультратонких пленок методом поверхностной сегрегации

Метод поверхностной сегрегации — это один из перспективных методов получения твердофазных ультратонких пленок на металлических или полупроводниковых подложках. На факультете МЭ и КТ КБГУ разрабатываются научные основы и способы практической реализации этого метода.

В частности, использование метода поверхностной сегрегации позволило получить на поверхности металлов двумерные сульфиды и фосфиды, а с последующим окислением металлического слоя — ультратонкие оксидные пленки. На поверхности медных сплавов формируются интерметаллиды с полупроводниковыми свойствами.

Изучению ультратонких оксидных пленок на металлических подложках уделяется значительное внимание из-за их важных приложений в гетерогенном катализе и наноэлектронике. Тонкие металлооксидные пленки (оксиды олова, индия, цинка) широко применяются в системах «электронного носа». С помощью поверхностной сегрегации возможно формирование в поверхностных слоях металла кластерных нано- и микроструктур оксидов металлов.

Экспериментальная база включает:

  • электронный оже-спектрометр 09И0С–10–005 (с цилиндрическим энергоанализатором);
  • электронный оже-спектрометр с полусферическим энергоанализатором;
  • сверхвысоковакуумную установку для комплексного анализа поверхности и межфазных границ;
  • сканирующий зондовой микроскоп Solver PRO.

Для контроля различных параметров и качества ультратонких слоев используются приборы:

  • оптические микроскопы LATIMET (до X2000) и МИМ-7;
  • интерферометры МИИ-4 и эллипсометр;
  • поверхностное электросопротивление измеряется на приборах ЦИУС -1 и ИУС-2;
  • приборы для измерения адгезии пленок, вакуумной плотности и прочности соединений.

Оборудование может использоваться для разработки и реализации технологии получения методом поверхностной сегрегации ультратонких слоев с заданными свойствами.

1. Установка вторичной ионной масс-спектроскопии (ВИМС)

Установка вторично-ионной масс-спектрометрии предназначена для изучения пространственного распределения элементов и их изотопов по глубине металлических, полупроводниковых и диэлектрических материалов. В зависимости от задачи исследования могут изучаться как наноразмерные поверхностные слои, так и распределение компонентов по глубине образца до ~1 мкм с разрешением по глубине ~1 нм для предельно тонких слоев и ~20 нм для толстых слоев. Установка снабжена монопольным масс-спектрометром. Предел обнаружения и разрешение масс-спектрометра составляют 10–5% и 0,5 а.е.м., соответственно. Диапазон измеряемых масс составляет от 1 до 250 а.е.м.

Исследования проводится в вакууме ~10–8Па. Вакуумная откачка трехступенчатая (предварительная, высокая и сверхвысокая – криогенная). Для перезагрузки образцов предусмотрена шлюзовая камера с турелью на 6 позиций. Время перезагрузки, включая откачку ~10 мин.

Для распыления поверхности, в зависимости от образцов и задач исследования, могут использоваться водород, гелий, кислород, неон, аргон и др. газы. Два источника ионов представляют собой ячейки Пеннинга с холодным катодом. Они формируют монокинетический пучок положительных ионов с энергией от 0,5 до 5 кэВ при токе пучка от 0,1 до 100 мкА. При соответствующем подборе энергии ионов и плотности тока на образец можно достичь скорость распыления поверхности исследуемого образца от 0,5 до 10 нм/мин.

2. Установка спектроскопии обратно рассеянных ионов низкой энергии (СОРИНЭ)

Установка спектроскопии обратно рассеянных ионов низкой энергии (СОРИНЭ) предназначена для изучения азимутального и радиального энергетического распределений ионов, рассеянных поверхностью монокристалла в процессе контролируемой бомбардировки ее ионами с энергией от 50 эВ до ~4 кэВ.

Источник ионов с ионизацией электронным ударом работает на остаточном газе. В качестве рабочего газа, в зависимости от образца и задач исследования, используются водород, гелий, неон, аргон и др. угол расхождения колимированного пучка ионов 0,50 . Немонокинетичность первичных ионов составляет 0,5%. Регистрация рассеянных ионов проводится 127-градучным энергоанализатором Юза-Рожанского с апертурным углом  0,50. Угол падения первичных ионов (от нормали к поверхности образца) и угол анализатора изменяются от 0 до 800. Вращение предметного столика с образцом по азимуту на 3600. В предметный столик вмонтированы нагреватель и термопара. Предусмотрено нанесение на образец субмонослойных покрытий из эффузионного источника Кнудсена.

Объектами исследования могут быть монокристаллы металлов, диэлектриков и полупроводников. Результаты исследования позволяют рассчитать элементный состав, структуру расположения атомов, атомную шероховатость, дефектность структуры первого атомного слоя исследуемого кристалла. Исследования проводятся в сверхвысоком вакууме ~10–11Па, Откачка трехступенчатая (предварительная безмаслянная, высокая и сверхвысокая).

3. Электронный Оже-спектрометр с полусферическим энергоанализатором

Экспериментальная установка с полусферическим энергоанализатором собрана на базе сверхвысоковакуумной камеры УСУ-4.  Установка состоит из следующих узлов: рабочей камеры с манипулятором образца, электронно-оптической системы, вакуумной системы, системы напуска различных газов, блока контроля вакуума, блока электрической и радиотехнической схем питания и регистрации, шлюзовой камеры для осуществления смены образца без разгерметизации основной камеры.

Вакуумная система спектрометра обеспечивает предельное остаточное давление в обезгаженной основной камере не более 1,33 10-7 Па. Манипулятор образца имеет три степени свободы, снабжен платиново-платинородиевой термопарой и нагревателем, который позволяет получить температуру до 1273 К.

Электронная пушка имеет такие характеристики: энергия электронного пучка 2200 эВ, ток пучка 500 нA. В качестве катода используется вольфрамовая V-образная проволока. Диаметр электронного пучка 50 мкм. Ионная пушка, которая используется для очистки образцов, позволяет получать пучок ионов аргона диаметром 1 см, с плотностью 7 мкА/см2 и энергией 500 эВ.На установке применен анализатор типа «полусферический дефлектор». Спектры записывались в режиме  постоянной разности потенциалов. Электронный оже-спектрометр управляется с помощью персонального компьютера.

Отличительной особенностью данного спектрометра является высокое энергетическое разрешение (0,8 эВ), что позволяет использовать его для химического анализа поверхности.

Электронный спектрометр может использоваться для исследования поверхности и межфазных границ твердых металлов,  сплавов и полупроводниковых материалов.

4. Электронный Оже-спектрометр с цилиндрическим энергоанализатором.

Спектрометр предназначен для изучения элементного состава поверхности, определения распределения химического элемента по поверхности и глубине твердого тела методом электронной Оже-спектроскопии (ЭОС) с растровой разверткой электронного пучка, а также   для ионного травления поверхности исследуемого объекта. Вакуумная система спектрометра обеспечивает предельное остаточное давление в обезгаженной основной камере не более 1.33 10-7 Па.

Спектрометр обеспечивает передачу объекта из предварительной камеры в основную камеру и обратно, а также работу с шестью сменными позициями объектодержателя манипулятора в основной камере (пять позиций для установки исследуемых объектов, одна позиция – цилиндр Фарадея).

Ионная пушка в основной камере обеспечивает плотность ионного тока не менее 250 мкА/см2, минимальный диаметр пучка 0,63 мм  при ускоряющем напряжении ионов 5 кВ и давлении по аргону в камере 1.33 10-3 Па.

Спектрометр обеспечивает получение изображений объектов в поглощенных электронах. Минимальный диаметр электронного пучка не более 10 мкм.

Преимуществом данного спектрометра является работа в режиме растровой электронной оже-спектскопии (РЭОС).

Спектрометр позволяет:

  • визуализировать вторично-эмиссионные свойства поверхности на экране персонального компьютера;
  • получать информацию о распределении химического элемента по поверхности с отображением информации на экране компьютера;
  • получать информацию о количественном распределении химических элементов по глубине исследуемого объекта при ионной бомбардировке поверхности с отображением информации на экране компьютера.

Спектрометр в основном применяется для послойного элементного анализа по поверхности образца. В качестве образцов используются различные пленки на массивных подложках, слоистые тонкопленочные многофазные структуры и границы раздела толщиной 1-1000 нм.

Электронный спектрометр может использоваться для исследования распределения элементов по поверхности твердых металлов,  сплавов и полупроводниковых материалов.

5. Сверхвысоковакуумная установка для комплексного анализа поверхности и межфазных границ методами низкоэнергетической электронной спектроскопии

Установка представляет собой дифрактометр медленных электронов, совмещенный с электронным оже-спектрометром. Она предназначена для изучения в сверхвысоком вакууме атомной структуры, химического (элементного) состава и электронных свойств поверхности, а также (в сочетании с ионным распылением) для построения профилей распределения измеряемого параметра по глубине твердого тела. В данной установке реализован комплексный подход при анализе поверхности материала, основанный на одновременном применении методов:

  • дифракции медленных электронов (ДМЭ);
  • электронной оже-спектроскопии (ЭОС);
  • спектроскопии характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ).

Основное преимущество метода ЭОС перед другими методами элементного анализа – чрезвычайно высокое разрешение по глубине (в пределе – 1 атомный слой вещества).

Метод ДМЭ также имеет высокое разрешение по глубине, но дает информацию о расположении атомов во внешнем слое монокристаллических образцов.

Метод СХПЭЭ в режиме «на отражение» путем измерения плазмонных потерь энергии позволяет изучать электронную структуру внешних слоев вещества.

Сверхвысоковакуумная установка имеет рабочую камеру объемом ~50 л. Базовый вакуум ~10-8 Па. Она оборудована четырехсеточным энергоанализатором тормозящего типа, электронной и ионной пушками, манипулятором образца и шлюзовой системой для перезагрузки образцов. При регистрации электронных спектров относительное разрешение по энергии составляет 0,3 % (в области низких энергий) и 1..3 % (в области высоких энергий).  Для анализа доступны любые твердые материалы с давлением насыщенных паров менее 10-6 Па. Предельная элементная чувствительность при работе методом ЭОС составляет 0,1 ат. %. Глубина зондирования – 0,5…5 нм. Температура образца внутри камеры спектрометра может поддерживаться в интервале 20…10000С.

На данной сверхвысоковакуумной установке изучаются:

  • профили ионного легирования и профили диффузии для кремниевых подложек, применяемых в технологии полупроводниковых приборов;
  • кинетика формирования наноразмерных слоев на поверхности многокомпонентных сплавов при термостимулированной сегрегации компонентов;
  • электронно-стимулированные процессы на поверхности оксидных керамик;
  • формирование упорядоченных поверхностных фаз на монокристаллах кремния, германия, меди, вольфрама и т.д.
  • влияние магнитных и структурных фазовых переходов в объеме образца на элементный состав и динамику его поверхности и др.

Сверхвысоковакуумная установка для комплексного анализа поверхности может использоваться для диагностики физико-химических процессов на поверхности и межфазных границах твердых металлов, сплавов, стёкол и керамических материалов

6. Модифицированная установка магнетронного и термического
напыления  различных слоев УВР-3

Установка ориентированна на проведение технологических процессов в вакууме порядка 10-6 мм рт. ст., а также в контролируемой среде по составу и давлению с применением спектрально-чистых технологических газов Ar, N2, O2. Вакуумная камера установки, включает систему термического распыления резистивного типа и магнетронную распылительную систему на постоянном токе, системой подогрева подложек некогерентным светом, системой ионной очистки подложек.

Характеристики магнетрона: напряжение Umax=1000B, ионный ток Imax=5A, мощность Р= 1,5 кВт, рабочее давление 0,06 – 0,66 Па, конфигурация магнетрона –кольцевой тип.
Характеристика силового блока резистивного испарителя: ток Imax=675 A, напряжение Umax=32B, мощность Р=2 кВт.
Характеристика источника подогрева подложек: галогенная лампа (напряжение 220В, мощность Р=1 кВт) – обеспечивает разогрев подложек до 3500С.

Установка позволяет контролируемо получать одно – и многокомпонентные  проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические пленки толщиной от 50 нм до десятков микрон. Многокомпонентные пленки получают при магнетронном распылении с применением составных мишеней, прессованных порошковых мишеней сложного состава  и реакционной плазмы, а при термическом методом дискретного испарения.
Проведение процессов на данной установке обеспечивает выполнение качественных показателей отвечающих современным требованиям предъявляемым к пленочным технологиям ориентированным на создание изделий микро- и наноэлектроники.

7. Установка вакуумного напыления различных слоев УВН-2М

Установка предназначена для получения тонких диэлектрических и проводящих пленок методом термического испарения при  10-2-10-5 Па при контролируемом составе газовых сред.
Установка обеспечивает проведения процесса контролируемого осаждения металлических пленок (НЕ тугоплавких) с использованием резистивного нагрева. Установка снабжена карусельной системой загрузки подложек, которые могут быть нагреты до 4000С.

8. Сверхвысоковакуумная установка УВВН-1

Установка предназначена для получения сверхчистых пленок  методами электронно-лучевого и термического испарения  при  давлениях  10-2-10-7Па (10-9 мм рт. ст.) и контролируемом составе газовых сред.

9. Спектрофотометры СФ-16, СФ-26, СФ-46

Спектрофотометры предназначены для измерения коэффициента пропускания (оптической плотности) жидких и твердых веществ в области спектра 180…1200 нм.

10. Установка для автоматической регистрации спектров отражения

Установка позволяет проводить измерения абсолютных и относительных коэффициентов отражения металлов и сплавов в твердом и жидком состояниях в широком интервале температур, концентраций и частот.

11. Микроскоп Latimet Automatic

Световой микроскоп на отраженном и проходящем свете для исследования в светлом и темном поле. Микроскоп оснащен телевизионной приставкой с блоком автоматического контроля линейных размеров на поверхности в диапазоне увеличений 50Х — 1000Х. Используется для измерения характеристических размеров микроструктур и исследования морфологии пленок.

Погрешность измерения:

  • в диапазоне от 1 до 20 мкм — ±0,05 мкм,
  • в диапазоне свыше 20 мкм — ±0,1 мкм.

12. Микроскоп МИИ-4

Бесконтактный оптический прибор, предназначен для измерения параметров шероховатости полированных и доведенных поверхностей, а также для измерения толщин пленок (высоты уступов, образованных краем пленки и подложки).

Технические характеристики:

  • Диапазон измерения параметров шероховатости Rmax и Rz и толщины пленок: 0,1…0,8 мкм
  • Увеличение при визуальном наблюдении, 500 крат.
  • Линейное поле зрения в пространстве предмета 0.3 мм.

МИИ-4 традиционно используется в микроэлектронных технологиях толщин и морфологических особенностей металлических, полупроводниковых и диэлектрических пленок

13. Микроскоп «VELOMET»

Позволяет проводить исследования жидких и твердых тел в поляризованном свете. Дает увеличение до 2000 раз, позволяет определять толщину прозрачных и не прозрачных пленок

14. Эллипсометр ЛЭФ-3М-1

Элипсометр предназначен для измерения состояния поляризации светового пучка, которое определяется по результатам сравнения углов поворота поляризатора, компенсатора и анализатора.
Решаемые задачи

  • определения показателя преломления и поглощения (оптически постоянных) материалов (в твердом и жидком состояниях);
  • определения оптических постоянных и толщины прозрачных диэлектрических пленок на поверхности полупроводников и слабо поглощающих свет пленок на различных подложках;
  • исследование шероховатости поверхностей.

15. Мультимодовый сканирующий зондовый микроскоп Solver P47


СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНДОВЫЙ МИКРОСКОП «SOLVER PRO» компании «НТ-МДТ» (г. Зеленоград), позволяющий исследовать морфологию и локальные свойства поверхностей твердых тел, полимеров, биологических объектов на воздухе, в контролируемой газовой и жидкой среде. Возможны исследования  «сухих» и «мокрых» поверхностей, вязкоупругих свойств поверхности твердых тел и механизмов коррозии,  ферроэлектрических и ферромагнитных материалов и покрытий, по электрохимии и нанолитографии, и т.д.

На микроскопе можно проводить следующие физико-химические исследования:

  • исследование поверхностных и адгезионных сил на «сухих» и «мокрых» поверхностях;
  • исследование вязкоупругих свойств твердых тел;
  • коррозия и механизмы коррозии;
  • поиск материалов с супернизким трением;
  • исследование механизма трибоэлектризации и природы трибологической последовательности;
  • трибохимия и электрохимия материалов и покрытий;
  • исследование тепловых свойств материалов;
  • исследование ферроэлектрических и ферромагнитных материалов и покрытий;
  • исследования Ван-дер-Ваальсовых и электростатических  сил;
  • механизмы диссипации энергии в наноконтактах.

Области практического применения:

  • структура и качество промышленных материалов : древесина, полимеры и полимерные материалы, кабельная изоляция, металлические покрытия, резина;
  • поверхность активных областей металлорежущих инструментов и деталей, подшипников и т.д.;
  • последствия ионного, электронного и Х-облучения материалов;
  • деградация изделий микроэлектроники;
  • метрология;
  • сертификация товаров, штрих –кодирование;
  • криминалистика.

16. Трансмиссионный (просвечивающий) электронный микроскоп
TESLA-BS-500


Электронный микроскоп позволяет визуализировать объекты с увеличением не менее 50 тысяч раз.

17. Сканирующий зондовый микроскоп Nanoeducator

СЗМ Nanoeducator предназначен для наблюдения морфологии поверхности и локальных свойств чистых и композиционных образцов с субнанометровым пространственным разрешением на воздухе. Позволяет исследовать образцы в режимах атомной и тунельной микроскопии.

Разрешающая способность СЗМ Nanoeducator – до 10 нм.

18. Экспериментальная установка метода рассеяния молекулярного пучка

Установка оснащена:
  • системой дифференциальной откачки до 10-8 Па и возможностью охлаждения образца до гелиевых  температур;
  • рабочей камерой большого объема (V = 1840 л);
  • квадрупольным времяпролетным масс-спектрометром;
  • системой дозируемого напуска газа;
  • модулируемым газодинамическим источником молекулярного пучка;

электронным Оже–спектрометром с 4-х сеточным анализатором типа цилиндрическое зеркало.

19. Программно-аппаратный комплекс «Вакуумная установка для высокотемпературного контактного плавления» (ВУВКП)

Данный комплекс предназначен для решения задач по осуществлению процесса высокотемпературного контактного плавления, отслеживания и фиксации основных параметров контактного плавления, а также учебно-научных целей. Он позволяет:
  • проводить высокотемпературное контактное плавление в вакууме и в атмосфере аргона в интервале рабочих температур от 2000С до 20000С;
  • проводить контактное плавление при пропускании постоянного электрического тока через контакт;
  • визуализировать начальный момент контактного плавления – появление жидкости.

Основные технические характеристики:

  • Интервал рабочих температур от 2000С до 20000С;
  • остаточное давление в рабочей камере комплекса – 10-5 Па;
  • точность выставления температуры 0,50С на базе одноканального шестипрограммного терморегулятора ТРП08-ТП-07;
  • аналого-цифровой преобразователь с выходом на персональный компьютер;
  • Максимальная потребляемая мощность — 3 кВт
  • Масса 200 кг
  • Комплекс работает от трехфазной сети переменного тока с номинальным напряжением 380 В ± 10% и частотой 50 Гц. Имеется стабилизатор входного напряжения.

Спецификация персонального компьютера:

  • ПК на базе процессора Pentium 4;
  • 20-ти дюймовый монитор;
  • ОЗУ – 3 Гб;
  • HDD – 500 Гб;
  • DVD-RW
  • Лазерный принтер с разрешением не менее 1200 точек на дюйм;
  • Операционная система WINDOWS XP.

Состав комплекса:
В состав программно-аппаратного комплекса ВУВКП входит:

  • Высоковакуумная установка на базе насосов 2НВР-5ДМ и НВД-0,15;
  • источник питания вакуумного электронагревателя;
  • одноканальный шестипрограммный терморегулятор ТРП08-ТП-07;
  • аналого-цифровой преобразователь;
  • вакуумметр ВИТ-3.

Техническое обслуживание:
Техническое обслуживание включает в себя:

  • обслуживание вакуумных насосов (контроль уровня рабочих жидкостей);
  • контроль над давлением в рабочем объеме;
  • обслуживание ПК (антивирусная безопасность).

Гарантийный срок службы:
При условии строгого соблюдения пунктов инструкции и паспорта, срок службы программно-аппаратного комплекса ВУВКП не ограничен.

Срок хранения
Срок хранения не ограничен.

Комплект поставки

  • вакуумная камера                                         1 шт.
  • форвакуумный насос 2НВР-5ДМ                 1 шт.
  • паромасленый насос НВД-0,15                    1 шт.
  • персональный компьютер                                     1 шт.
  • одноканальный шестипрограммный терморегулятор ТРП08-ТП-07                     1 шт.
  • аналого-цифровой преобразователь          1 шт.
  • вакуумметр ВИТ-3                                      1 шт.
  • источник питания вакуумного электронагревателя                                     1 шт.
  • стабилизатор напряжения сети                1 шт.

20. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВТОРИЧНОЙ ЭМИССИИ
ЭЛЕКТРОНОВ С ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Устройство для изучения характеристик вторичной эмиссии электронов позволяет исследовать вторично-эмиссионные свойства поверхности диэлектрических материалов при облучении электронами низких и средних энергий. Объектами исследований могут быть оксидные, нитридные, карбидные и др. материалы в моно- и поликристаллическом, стеклообразном состоянии с диэлектрическими, полупроводниковыми или проводящими свойствами.

Исследование характеристик вторичной эмиссии проводятся по импульсной методике одиночными или периодическими импульсами длительностью от 10-7 до 10-2 с при скважности от 102 до 106. Пучок первичных электронов имеет диаметр 18 мм и амплитуду импульсов тока от 10-6 до 10-2 А.

Измерения проводятся в сверхвысоком вакууме (10–8мм рт.ст.). Восстановление или иные химические превращения поверхностного слоя проводятся непосредственно в измерительной вакуумной камере путем контролируемого напуска водорода или иных газов и изотермического отжига образцов в этой среде при температурах от комнатной до 6000С. Установка оснащена измерителем парциальных давлений для измерения скорости газовыделения и количества выделившихся газов.

Сверхвысоковакуумная установка для исследования вторичной электронной эмиссии электронов с поверхности материалов и одновременного контроля парциального и интегрального газовыделения

21. УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ
ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Установка для обработки поверхности диэлектрических, полупроводниковых и металлических материалов вакуумной электроники предназначена для облучения поверхности материалов протонами и ионами других газов с целью очистки и специальных обработок поверхности, таких как восстановление оксидных материалов и др., в постоянном либо высокочастотном электрическом поле.

Реактор установки изготовлен из кварцевой трубы диаметром 45 мм, в которой размещаются обрабатываемые образцы (диски, цилиндры параллелепипеды и др.). После откачки до давления 10-5 мм рт. ст. в реактор производится контролируемый напуск водорода от генератора водорода высокой чистоты (ГВВЧ-1) или инертного газа (аргона или др.). Режимы и параметры ионно-плазменной обработки поверхности подбираются в зависимости от материала и целей обработки (чистота полировки, химическая модификация и др.).

Установка для плазменной обработки поверхности. 1 X кварцевая труба; 2- индуктор; 3 — образцы; 4 — генератор водорода высокой чистоты; 5, 6 — электроды; 7 — фланцы; 8, 9 – токовводы; 10 — система вакуумной откачки; 11, 12 — клапаны

22. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Установка для изучения электропроводности диэлектриков предназначена для измерения электропроводности и ее температурной зависимости диэлектрических материалов с разделением объемного и поверхностного каналов протекания электрического тока. Измерения производятся в высоком вакууме при температурах от комнатной до 6000C.

Размеры измеряемых образцов 25X25X1 мм. Для разделения объемной и поверхностной электропроводности используется трехконтактная схема подключения измеряемого образца, включающая цепь охранного электрода. Для подсоединения образца к измерительной схеме на образец должны быть нанесены (методом напыления или подобным) металлические контактные электроды


Электроды для электрометрических измерений

23. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Установка для изучения газовыделения вакуумных материалов предназначена для измерения парциальных и интегральных газовых потоков выделяющихся из материалов и изделий вакуумной электроники при термическом отжиге либо при электронном облучении их поверхности. Установка ориентирована на изучение газоэмиссионных свойств стекол для вакуумной электроники, но может быть применена для исследования любых вакуумных материалов.

Измерения производятся в сверхвысоковакуумной камере с безмаслянной откачкой. Предельный вакуум в измерительной камере соответствует давлению 10-9 мм рт.ст. максимальная температура образца 6000C.

Измерение газовых потоков производится омегатронным и квадрупольным измерителями парциальных давлений. Токовая чувствительность (минимально регистрируемый ионный ток 10-13А. Диапазон регистрируемых газовых потоков от 10-9до 10-4 лxторр./с.

Установка позволяет изучать следующие характеристики газовыделения: интегральное и парциальные давления в системе; масс-спектры газовыделения в диапазоне массовых чисел от 1 до 100 а.е.м.; интегральные и парциальные газовые потоки; интегральные и парциальные количества газа, выделившиеся за время эксперимента.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: