Введение к работе
Актуальность темы. Чувствительными элементами многих датчиков физических величин являются тензорезисторы. Современные датчики в качестве тензорезисторов используют тонкие тензорезистивные пленки. Основными методами формирования тензорезистивных слоев являются методы вакуумного термического резистивного испарения и взрывного испарения. Несмотря на применение сложных двухкамерных испарителей и программного управления технологическими режимами, позволяющими повысить воспроизводимость получаемых тонких пленок, технологические возможности этих методов практически исчерпаны.
В настоящее время интенсивно развивается метод магнетронного распыления, обеспечивающий широкие возможности для автоматизации технологических режимов. Исследования в области магнетронного распыления ведут фирмы BOC EDVARDS (Великобритания), Ulvac (Япония), Balzers (Германия), ЭСТО-Вакуум (Москва), Endevco (США), BDSensor GmbH (Германия), ОАО «Чезара» (г. Чернигов), НПО Измерительной техники (г. Королев). Использование импульсных режимов распыления, начавшееся на рубеже XX и XXI вв., дало методу магнетронного распыления новые возможности.
Теоретические предпосылки к решению этой проблемы создали отечественные и зарубежные ученые: Thornton J. A., Sigmund P., Musil J., Belkind A., Данилин Б. С., Кузьмичев А. И., Марахтанов М. К., Двинин С. А., Берлин Е. В. и др. Накопленный опыт и созданная на его основе теоретическая база позволяют эффективно проводить синтез тензорезистивных пленок. Однако остается актуальной задача создания систем управления технологическими режимами, позволяющих проводить синтез многокомпонентных тензорезистивных пленок и оперативно регулировать их состав.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка систем управления и отработка технологических режимов магнетронного нанесения многокомпонентных тензорезистивных пленок.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих
задач:
анализ методов и средств изготовления тензорезисторных пленок и выбор базового оборудования для их получения;
разработка систем управления технологическими режимами магнетронного нанесения тензорезистивных пленок и их основных узлов;
исследование энергетических характеристик процесса синтеза пленок при импульсном магнетронном распылении и выбор технологических режимов синтеза;
проведение экспериментальных исследований по получению тонкопленочных тензорезистивных элементов с различным содержанием компонентов и изучение их свойств.
Методы исследований. Использованы основные положения теории построения информационно-измерительных и управляющих систем, физики тонких пленок, теории магнетронного распыления и методы математического моделирования.
Экспериментальные исследования базировались на положениях теории измерений и планировании эксперимента.
Научная новизна работы:
-
-
Разработаны принципы построения систем программного и адаптивного управления технологическими режимами получения тензорезистивных тонких пленок.
-
Предложены пути реализации систем многомагнетронного нанесения тонких пленок из раздельных мишеней и их основных узлов, обеспечивающие возможность оперативного управления процессом распыления.
-
Уточнены механизмы роста тонкопленочных покрытий, получаемых из нескольких магнетронных распылителей при импульсном питании.
-
Выработаны рекомендации по составу двухкомпонентных тензорези- стивных пленок хром-никель и режимам их нанесения, обеспечивающие малый температурный коэффициент сопротивления (ТКС).
На защиту выносятся:
-
-
-
Результаты анализа и рекомендации по выбору базового оборудования для синтеза тензорезистивных пленок, конструкции внутрикамерных устройств вакуумных установок и магнетронного распылителя.
-
Принципы построения и структуры систем программного управления оборудованием для магнетронного нанесения пленок в вакууме, позволяющие оперативно изменять состав получаемых пленок.
-
Принципы построения и структура адаптивной системы управления оборудованием для магнетронного нанесения пленок, обеспечивающие повышение воспроизводимости результатов технологического процесса.
-
Результаты исследования свойств синтезированных двухкомпонент- ных пленок хром-никель с различным содержанием компонентов и рекомендации по режимам работы оборудования, обеспечивающие получение тензо- резисторов с заданными свойствами.
-
Рекомендации по режимам нанесения тонких тензорезистивных пленок и их составу, обеспечивающие получение минимального ТКС тензорези- сторов.
Практическая значимость. Результаты исследований использованы при выполнении работ в рамках Федеральной космической программы России 2006-2015 гг.
Применение разработанных систем управления, магнетронного распылителя и технологических режимов позволяет изучать и анализировать свойства новых, перспективных тонкопленочных материалов, минуя стадию разработки и изготовления специального сплава для изготовления мишеней.
В результате исследований выработаны практические рекомендации по составу и режимам напыления пленок с минимальным значением ТКС.
Реализация результатов работы. Системы управления технологическими режимами магнетронного нанесения магнетронным распылителем, конструкции внутрикамерного устройства установки с двумя магнетронными распылителями и программы управления током магнетронного распылителя и технологические режимы нанесения пленок хром-никель внедрены в производстве ОАО «НИИФИ». На оборудовании изготовлены тензорезистивные пленки для микроэлектронно-механических систем датчиков, разрабатываемых для ракетно-космической техники (РКТ). Внедрение подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на шести научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах: «Надежность и качество-2010» (Пенза, 2010), «Микротехнологии в космосе» VII научно- техническая конференция с международным участием (Москва, 2010), «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (Москва, 2010), V Международной научно-технической конференции «Аналитические и численные методы моделирования естественно-научных и социальных проблем» (Пенза, 2010), а также на конференциях молодых ученых и специалистов НИИФИ.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 20 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, патент на полезную модель, свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ. Без соавторов опубликованы 4 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем работы изложен на 165 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 11 таблиц. Список литературы содержит 102 наименования. В приложении приведены программа для микроконтроллера и акты внедрения результатов работы.
Похожие диссертации на Системы управления технологическими режимами магнетронного нанесения тензорезистивных пленок
-
-
-
