The Influence of Diffusion Processes on the Surface Self-Organization in the Multilayer Film Coating

Abstract

ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА САМООРГАНИЗАЦИЮ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОСЛОЙНОГО ПЛЕНОЧНОГО ПОКРЫТИЯ © 2017С.А. Костырко, кандидат физико-математических наук, доцент Г.М. Шувалов, аспирант Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург (Россия) Ключевые слова: тонкопленочное покрытие; морфологическая устойчивость; диффузия; концентрация напря-жений.Аннотация: Многослойные пленочные покрытия получили широкое применение в электронной и оптоэлек-тронной промышленности. Однако технология производства устройств требует, чтобы наличие дефектов в них было сведено к минимуму, в противном случае их рабочие свойства будут неудовлетворительными. В последние годы принято считать, что основной причиной образования дефектов в пленочных покрытиях является формиро-вание рельефа поверхности пленки. Шероховатость поверхности пленки может образовываться как при ее осаж-дении, так и при последующей термической обработке. Моделирование процесса самоорганизации поверхности тонкопленочного покрытия позволит улучшить понимание данного явления.В статье рассмотрена двумерная модель твердого тела с многослойным пленочным покрытием. Малое возму-щение формы поверхности пленки описывается произвольной периодической функцией. На основе термодинами-ческого подхода Гиббса получено эволюционное уравнение поверхности пленки при комбинированном действии поверхностной диффузии, определяемой производной химического потенциала вдоль поверхности, и объемной диффузии, связанной с изменением напряжений вдоль криволинейной поверхности и капиллярным эффектом.На основе первого приближения метода возмущений проведен численный анализ морфологической устойчиво-сти плоской формы поверхности двухслойного пленочного покрытия при действии диффузионных процессов. В качестве основных параметров задачи рассматривались длина волны начального возмущения, относительные модули упругости материалов пленочной системы, доля поверхностной и объемной диффузии в процессе массо-переноса, остаточные напряжения. Важной особенностью представленного исследования является то, что посред-ством учета объемной диффузии был проведен анализ влияния знака напряжений. Было показано, что при увели-чении доли объемной диффузии происходит сглаживание рельефа в случае растягивающих усилий. Для сжимающих усилий объемная диффузия, как и поверхностная, является дестабилизирующим процессом. ВВЕДЕНИЕ С развитием технического прогресса возрастает интен-сивность режимов работы приборов, увеличиваются экс-плуатационные температуры и давления. Чтобы удовле-творить необходимым требованиям, нужно использовать новые материалы с улучшенными функциональными свойствами. Один из вариантов получения подобных ма-териалов -использование тонкопленочных покрытий.Несмотря на значительный успех применения тон-копленочных покрытий, существует возможность раз-рушения материалов, используемых при создании уст-ройств микроэлектронной промышленности, что явля-ется существенным барьером при совершенствовании их функциональных свойств. Наличие остаточных на-пряжений в пленках, нанесенных на подложки, и вли...