DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-848-854


УДК621.315.548.55

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕЙКОСАПФИРА ПУЧКОМ ИОНОВ АРГОНА ПОД МАЛЫМ УГЛОМ ПАДЕНИЯ К ПОВЕРХНОСТИ

Девицкий О.В., Дмитриева О.Г., Никулин Д.А., Касьянов И.В., Сысоев И.А.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Девицкий О.В., Дмитриева О.Г., Никулин Д.А., Касьянов И.В., Сысоев И.А. Исследование изменения морфологии поверхности лейкосапфира пучком ионов аргона под малым углом падения к поверхности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 5. С. 848–854. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-848-854


Аннотация

Предмет исследования. Представлены результаты экспериментального исследования особенностей воздействия пучка ионов аргона на поверхность сапфира под малыми углами к поверхности. В качестве экспериментальных образцов использовались механически шлифованные и дефектные эпиполированные пластины лейкосапфира размерами 20 × 20 × 1,2 мм. Исходная шероховатость поверхности шлифованных образцов составляла 0,250–1 мкм, эпиполиро- ванных — 5–10 нм. Метод. Для проведения исследований использована установка ионно-лучевого осаждения, включа- ющая в себя ионный источник типа КЛАН-53M с нейтрализатором ионов. Ионный источник генерирует ионный поток с энергиями в диапазоне 150–1500 эВ при выходной плотности ионного тока до 4 мА/см2, с ионным током от 10 до 80 мА. Исследования проведены при разных технологических параметрах ионно-лучевой полировки: энергии ионов, угле между поверхностью сапфира и осью ионного пучка α. Основные результаты. Выявлены эффекты изменения морфологии поверхности сапфира как с сохранением, так и с изменением общего уровня шероховатости, а также эф- фект структурирования поверхности при обработке в двух проекциях с формированием пологих вершин диаметром 2 мкм. Результаты эксперимента показали, что максимальная эффективность (наибольшее значение изменения средней арифметической шероховатости поверхности) при ионно-лучевой полировке наблюдается при α равном 15° и энергии ионного пучка 400 эВ. При значении α от 25 до 30° происходит ориентированное изменение морфологии поверхности от симметрично упорядоченного микрорельефа поверхности на асимметричный. При этом пологие стороны мало стравливаются, и наблюдается эффект крутого теневого выглаживания локального микрорельефа, но с сохранением общего уровня шероховатости на прежнем уровне. После обработки поверхности данного образца ионным пучком на первом этапе эксперимента произведена повторная обработка под углом 90° по отношению к предыдущей обработке, что привело к перекрестному распылению теневых участков и оформлению пологих вершин диаметром около 2 мкм (эффект структурирования поверхности подложки). Практическая значимость. После проведения ионно-лучевой полировки образцов эпиполированной сапфировой подложки наблюдается сглаживание наиболее высоких неровностей поверхности, причем значение средней арифметической шероховатости поверхности снизилось с 5,7 до 0,9 нм для полированного образца.


Ключевые слова: ионно-лучевая обработка, шероховатость поверхности сапфира, ионно-лучевая полировка, атомно-силовая микроскопия

Благодарности. Публикация подготовлена в рамках реализации государственного задания «Разработка и создание полупроводнико- вых гетероинтерфейсов на основе многокомпонентных материалов для устройств СВЧ-электроники и фотоники» (№ АААА-А19-119040390081-2).

Список литературы
1. Распыление под действием бомбардировки частицами. Вып. 3. Характеристики распыленных частиц, применения в технике / Под ред. Р. Бериша, К. Виттмака. Москва: Мир, 1998. С. 551–561.
2. Андрианова Н.Н., Борисов А.М, Боровская В.В., Машкова Е.С. Исследование процесса ионно-лучевой полировки по- верхности оптических деталей приборов // Прикладная физика. 2012. № 2. С. 36–39.
3. Барченко В.Т., Быстров Ю.А., Колгин Е.А. Ионно- плазменные технологии в электронном. СПб.: Энергоатомиздат, 2001. 331 с.
4. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твер- дых тел: Сб. статей 1986–1987 гг. / Сост. Е.С.Машкова. М.: Мир, 1989. 346 с.
5. Ziberi B., Cornejo M., Frost F., Rauschenbach B. Highly or- dered nanopatterns on Ge and Si surfaces by ion beam sputtering // Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. V. 21. N 22. P. 224003.
doi: 10.1088/0953-8984/21/22/224003
6. Frost F., Fechner R., Ziberi B., Völlner J., Flamm D., Schindler A. Large area smoothing of surfaces by ion bombardment: Fundamentals and applications // Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. V. 21. N 22. P. 224026.
doi: 10.1088/0953-8984/21/22/224026
7. AidaH.,KimS.-W.,SuzukiT.Effectofback-surfaceroughnessofsap- phire substrate on growth of GaN thin films // Precision Engineering. 2017. V. 50. P. 142–147. doi: 10.1016/j.precisioneng.2017.05.001
8. Carter G., Nobes M., Katardjiev I. The theory of ion beam polish- ing and machining // Vacuume. 1993. V. 44. N 3-4. P. 303–309. doi: 10.1016/0042-207X(93)90174-9
9. Гончаров Л.А., Григорьян В.Г. Источники ионов для операций ионнолучевой технологии // Прикладная физика. 2007. № 5. С. 67–70.
10. Белоус В.А., Заднепровский Ю.А., Ломино Н.С., Соболь О.В. Роль аргона в газовой смеси с азотом при получении нитридных конденсатов системы Ti-Si-N в вакуумно-дуговых процессах осаждения // ЖТФ. 2013. Т. 83. № 7. С. 69–76
11. Кузнецов А.С., Острун Б.С., Путилин Э.С., Лисицын Ю.В., Дронь О.С., Коровкина Н.М. Исследование процесса по- лирования сапфира // Научно-технический вестник Санкт- Петербургского государственного университета информаци- онных технологий, механики и оптики. 2006. Т. 6. № 7(30). С. 129–135.
12. Wang Y.-Z., Wu W., Liu Z.-W., Yi Z., Ding M.-J., Zhang C.-G. Application of argon ion beam cross section polishing in material microstructure research // Key Engineering Materials. 2012. V. 492. P. 419–423. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.492.419
13. Осинский В.И., Гончаренко Т.И., Ляхова Н.Н. Влияние обработки поверхности чипов на экстракцию излучения сверхярких светодиодов на гетероструктурах InGaN/Al2O3.
// Физическая инженерия поверхности. 2003. Т. 1. № 1. C. 94–98.
14. Мошников В.А., Спивак Ю.М., Алексеев П.А., Пермяков Н.В. Атомно-силовая микроскопия для исследования на- ноструктурированных материалов и приборных структур: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. 144 с.
15. Лунин Л.С., Синельников Б.М., Сысоев И.А. Особенности ион- но-лучевой полировки поверхности сапфира // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследова- ния. 2018. № 9. С. 73–77.
doi: 10.1134/S020735281809010X
 


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика