Разработка основ практического применения высокомощного импульсного магнетронного распыления для осаждения пленок металлов и их соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Карзин Виталий Валерьевич

• Карзин Виталий Валерьевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Карзин Виталий Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Высокомощные распылительные системы

1.1.1 Технологическое оборудование и оснастка для Н1Р1М8

1.1.2 Особенности физики высокомощного импульсного газового разряда магнетрона

1.1.3 Распыление в режиме горячей мишени

1.2 Методы исследования газового разряда магнетрона

1.2.1 Вольт-амперная характеристика разряда

1.2.2 Спектры испускания

1.2.3 Зондовая диагностика: температура и концентрация частиц

1.2.4 Энергетические потоки на подложку

1.2.5 Физико-математическое моделирование

1.2.6 Другие методы исследования

1.3 Пленки и покрытия

1.3.1 Металлические системы

1.3.2 Оксидные и нитридные системы

1.3.3 Оксинитриды и другие соединения

1.3.4 Методы исследования пленок

Выводы по главе

2 ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

2.1 Экспериментальная технологическая установка УВН-71

2.2 Разработка аппаратно-программного комплекса для автоматизации измерений методом зонда Ленгмюра

2.3 Стенд для измерения энергетических потоков при распылении

Выводы по главе

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШРШБ

3.1 Моделирование нагрева мишени

3.2 Моделирование процесса осаждения пленки

3.3 Исследование поверхности зоны эрозии с помощью физико -математической модели

3.4 Статистическое моделирование процесса распыления и осаждения

пленок

Выводы по главе

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БОМБ и КРШБ

4.1 Исследование вольт-амперных характеристик

4.1.1 Титановая мишень в среде аргона

4.1.2 Титановая мишень в среде аргона и кислорода

4.1.3 Медная мишень в среде аргона

4.1.4 Медная мишень в среде аргона и кислорода

4.2 Исследование спектров испускания газового разряда

4.2.1 Титановая мишень в среде аргона

4.2.2 Титановая мишень в среде аргона и кислорода

4.2.3 Медная мишень в среде аргона

4.2.4 Медная мишень в среде аргона и кислорода

4.3 Влияние длительности и частоты следования импульсов на параметры разряда

4.3.1 Титановая мишень в среде аргона

4.3.2 Титановая мишень в среде аргона и кислорода

4.3.3 Медная мишень в среде аргона

4.3.4 Медная мишень в среде аргона и кислорода

4.4 Зондовая диагностика газового разряда

4.4.1 Титановая мишень в среде аргона

4.4.2 Титановая мишень в среде аргона и кислорода

4.4.3 Медная мишень в среде аргона

4.4.4 Медная мишень в среде аргона и кислорода

4.5 Исследование энергетических потоков

4.5.1 Титановая мишень в среде аргона

4.5.2 Медная мишень в среде аргона

4.6 Осаждение и исследование пленочных образцов

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка основ практического применения высокомощного импульсного магнетронного распыления для осаждения пленок металлов и их соединений»

ВВЕДЕНИЕ

Фундаментальная наука в XXI веке становится необходимым инструментом для построения сильной экономики государства. Именно эффективный перевод достижений фундаментальной науки в прикладное русло дает уникальную возможность обществу повысить уровень жизни, быть лидером в познании окружающего мира, а также иметь основу для устойчивого развития.

Удовлетворение запроса цивилизации на персональные мобильные высокопроизводительные устройства, стремительное развитие электроники, медицины, автоматизация тяжелой промышленности, а также создание передовых поколений вооружений, работа которых основана на новых физических принципах, неизбежно стимулирует модернизацию существующих и создание качественно новых производственных методов синтеза объектов микро- и наномасштабов. При этом доминантное положение в познавательной деятельности государств занимает совершенствование комплекса технологий изготовления функциональных пленок и покрытий. Традиционно особое место в гонке технологий занимают процессы конденсации тонкопленочных покрытий из паровой фазы. Несмотря на высокую интеграцию во множество разнотипных производственных процессов и кажущуюся изученность их физической составляющей, техника вакуумного напыления привлекает внимание ученых со всего мира. При этом значимая роль при исследовании отводится тем технологическим процессам, которые имеют расширенный спектр так называемых независимых физических параметров системы, кардинально влияющих на свойства осаждаемых покрытий. Поэтому одним из лидеров в привлекательности для современного исследователя является технология магнетронного распыления, позволяющая с заданной точностью получать проводящие, диэлектрические и полупроводниковые пленки, в том числе многослойные структуры.

Одним из направлений совершенствования магнетронных распылительных систем является изменение свойств газового разряда,

характеристики которого кардинальным образом влияют на конечный результат - параметры осаждаемых покрытий. С начала 2000-х годов было предложено изменение свойств источника питания магнетрона, а именно использование сверхвысокой мощности (пиковая плотность мощности составляет десятки киловатт на квадратный сантиметр), которая позволяла создавать более плотную среду газового разряда, чем при традиционном магнетронном распылении. Такие высокомощные источники имели неприемлемые габаритные и стоимостные характеристики, что делало невозможным применение этой технологии в промышленном производстве. В середине 2000-х годов была предложена концепция импульсного высокомощного магнетронного распыления (или HiPIMS - high-power pulse magnetron sputtering), которая смогла решить вышеобозначенную проблему, при этом сохранив необходимые характеристики газового разряда. На сегодняшний день метод HiPIMS смог совместить положительные стороны двух технологий - традиционного магнетронного распыления и дугового осаждения. Пленки при использовании метода HiPIMS имеют высокую плотность и адгезию к подложке, но при этом изготавливаются на установках с классическим магнетроном и специальным источником питания. В потоке вещества c мишени отсутствует капельная фаза, что положительно сказывается на однородности синтезируемых покрытий.

Высокомощный импульсный источник питания имеет большее число регулируемых параметров, чем стандартный силовой блок для магнетронного распыления на постоянном токе (например, средний ток, амплитудные ток и напряжение, частота следования импульсов, их скважность). Это, конечно, расширяет возможности для изменения свойств разряда и, следовательно, осаждаемых покрытий, но при этом вносит определенную неясность при определении технологических параметров HiPIMS процесса. Поэтому решение проблемы определения природы ключевых особенностей высокомощного импульсного разряда магнетрона (включая фундаментальные исследования) является актуальной и имеет потенциал для дальнейшего

внедрения в прикладную сферу. Также убедительно выглядит интерес мирового научно-индустриального сообщества к HiPIMS. Анализ публикационной активности ученых на платформе Scopus позволяет наблюдать общий тренд, который однозначно характеризует стремление исследователей к расширению знаний о высокомощном импульсном газовом разряде и его промышленном применении. На рисунке В.1 (а) отображено графическое представление количества публикаций в год по запросу в базе Scopus «(TITLE-ABS-KEY (hipims)) OR (TITLE-ABS-KEY (high AND power AND impulse AND magnetron AND sputtering))». Период 2021 - 2023 не анализируется из-за инерционности процесса индексирования публикаций платформой Scopus. За два десятилетия происходит существенный рост числа исследований высокомощного импульсного магнетронного разряда. Рисунок В.1 (б) иллюстрирует отраслевую принадлежность проводимых по всему миру научных изысканий. Существенно выделяются две области знаний - это «физика и астрономия» и «материаловедение».

а) б)

Рисунок В.1 - Оценка динамики и отраслевой активности ученых: а) международная публикационная активность за два десятилетия (количество публикаций в год); б) распределение исследований по теме высокомощного импульсного магнетронного распыления по отраслям

Платформа Scopus также дает возможность произвести оценку географии международных исследований и степени их разработанности. В пятерку лидеров в сфере изучения высокомощной импульсной магнетронной технологии входят Германия, Швеция, Китай, Великобритания и США. Всего в списке присутствует пятьдесят шесть стран, от исследовательских групп которых имеется хотя бы две публикации. Положительная динамика

международной публикационной активности и территориальное распространение эпицентров исследований говорят о создании мировой конкурентной среды в изучении потенциала новой технологии. Устойчивый рост числа научных статей и вовлеченность в исследования специалистов из разных стран дает возможности для быстрого и всестороннего изучения фундаментальных и прикладных особенностей высокомощных распылительных систем. Полное познание физики высокомощного импульсного газового разряда магнетрона является сложнейшей задачей, к решению которой сейчас движется современная наука. Малый, но важный вклад вносит и эта работа.

Исследование высокомощного импульсного газового разряда магнетрона может осуществляться с применением известных методов и практик, которые адаптируются к особенностям новой ионно-плазменной технологии. При этом в рамках данной работы необходимо указать тот целевой вектор исследований, который на базовом уровне определит оптимальную траекторию и глубину проводимых научных изысканий. Цель данной работы заключается в исследовании особенностей процесса высокомощного импульсного магнетронного распыления (ШРТМБ), физико-химических свойств осаждаемых пленок и адаптации метода к промышленному применению. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:

1. Произвести аналитический обзор литературных источников для определения состояния современного уровня исследований в области применения и изучения высокомощных распылительных систем.

2. Произвести моделирование тепловых процессов при распылении охлаждаемой металлической мишени магнетрона при высокомощном импульсном магнетронном распылении, а также рассмотреть явления массопереноса вещества в условиях повышения интенсивности распыления и испарения катода.

3. Разработать и изготовить аппаратно-программный комплекс для автоматизированной диагностики параметров газового разряда (автоматизированная установка диагностики параметров плазмы методом зонда Ленгмюра).

4. Произвести исследование оптических спектров испускания газового разряда магнетрона при ШРГМЗ при разных параметрах источника питания.

5. Исследовать ВАХ газового разряда при высокомощном импульсном магнетронном распылении.

6. Изготовить пленочные образцы (металлические и оксидные) методом высокомощного импульсного магнетронного распыления и исследовать их физические свойства (оптические, электрические и фазовый состав методом РФА).

7. Произвести анализ экспериментальных данных и определить возможности применения технологии ШРГМЗ в промышленном производстве.

Объектом исследования является высокомощный импульсный газовый разряд магнетрона с металлической мишенью в инертной и реактивной газовых средах. Предмет исследования - это совокупность параметров технологического процесса осаждения пленок с помощью высокомощной импульсной магнетронной распылительной системы (МРС), которые имеют влияние на кристалличность, морфологию, химический состав, а также другие физические свойства осаждаемых структур. К этим параметрам следует отнести парциальные давления рабочего, реактивного и остаточных газов; температуру мишени; частоту следования и длительность импульсов тока и напряжения, а также их амплитуду; температуру подложки и ее электрический потенциал; материал и кристалличность подложки.

Новизна полученных результатов проводимых исследований заключается в следующем:

1. Впервые разработана физико-математическая модель реактивного высокомощного импульсного распыления горячей мишени.

2. Впервые общим численным методом решена система дифференциальных уравнений, описывающих тепловую задачу для модели установки вакуумного напыления с магнетронным источником при низком давлении газовой атмосферы.

3. Впервые показана возможность перехода в горячий режим распыления охлаждаемой не теплоизолированной металлической мишени при ШИМБ.

4. Впервые установлено наличие пульсаций температуры поверхности мишени при ШР1М8.

5. Впервые определена динамика изменения степени покрытия зоны эрозии химическим соединением при распылении металлической мишени в реактивной среде при ШРТМБ.

6. Впервые достигнут реактивный режим работы магнетронной распылительной системы, при котором отсутствуют гистерезисные эффекты при температуре мишени, значительно меньшей температуры плавления.

7. Впервые установлено, что осаждение пленок оксидов металлов при распылении холодной мишени в режиме Б1Р1М8 позволяет обеспечить высокую адгезию к подложке и дает расширенные возможности получения покрытий требуемого химического и фазового составов, но при значительно меньшей скорости роста по сравнению с БОМБ.

Теоретическая значимость работы заключается в адаптации существующих и разработке новых подходов описания процессов, происходящих в рабочей камере при высокомощном импульсном магнетронном распылении, с помощью физико-математических моделей. Существенная часть работы посвящена теоретическим исследованиям явлений нагрева мишени и массопереноса вещества с мишени на подложку, процессов осаждения пленок и эволюции физико-химического состава поверхности зоны эрозии при реактивном распылении с учетом испарения вещества с катода. Полученные результаты позволяют определить пути дальнейшего совершенствования магнетронных распылительных систем для

повышения скорости осаждения пленок и снижения гистерезисных эффектов при И1Р1М8. Теоретические исследования динамики процессов на поверхности мишени при высокомощном импульсном распылении позволяют сделать выводы об особенностях компонентного состава потока нейтральных частиц на подложку. Проведенные исследования позволяют приблизить момент создания цифрового двойника высокомощного импульсного разряда магнетрона, применяемого для осаждения функциональных пленок и покрытий различного состава.

Практическая значимость работы отражается в областях возможного применения результатов, полученных в рамках данной научно-исследовательской деятельности. К таким областям производства следует отнести: микро- и наноэлектроника (создание функциональных слоев (диэлектрических, полупроводниковых и проводящих)), машиностроение (создание покрытий с хорошими трибологическими характеристиками (износостойкие подшипники и редукторы высокого класса точности)), космическая отрасль (всевозможные защитные и коррозиестойкие покрытия; а также пленки, улучшающие трибологические характеристики), медицина (создание покрытий с антибактериальным действием, а также специальных покрытий с биоактивным воздействием) и др. Разработанная компьютерная параметрическая модель рабочей камеры установки вакуумного напыления с высокомощным импульсным источником может использоваться для первичного определения технологических параметров системы для осаждения проводящих, диэлектрических и полупроводниковых пленок на производствах предприятий электронной промышленности. Диссертационные исследований проводились в рамках двух проектов: грант РНФ 15-19-00076 «Разработка научных основ высокомощных систем вакуумно-плазменного реактивного распыления металлических мишеней для синтеза многофункциональных покрытий» (2015 - 2017 гг., должность соискателя в проекте - исполнитель); грант РФФИ 18-32-01063 «Исследование влияния параметров газового разряда магнетрона при высокомощном импульсном

распылении (ШРГМЗ) на свойства осаждаемых покрытий» (2018 - 2020 гг., должность соискателя в проекте - руководитель); государственное задание № 075-01438-22-07 (Е8ББ-2022-0019) «Разработка металлизированных диэлектрических ламинатов (PTFE композитов) для применения в антенной технике и гибридных СВЧ устройствах» (2022 - 2024 гг., должность соискателя в проекте - исполнитель).

Методология и методы изучения включают в себя теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования включают в себя разработку физико-математической модели процессов распыления и испарения, массопереноса от мишени к подложке, химического состава поверхности зоны эрозии при высокомощном импульсном газовом разряде. Для анализа методом конечных элементов использовался пакет программного обеспечения COMSOL Multiphysics.

Для проведения результативных экспериментов по изучению особенностей высокомощного импульсного газового разряда магнетрона был подготовлен комплекс технологического и измерительного оборудования на основе УВН-71 (установка вакуумного напыления). Применяемое оборудование способно обеспечить условия для контролируемого измерения параметров газоразрядной плазмы магнетрона для разных технологических параметров. Разработанный аппаратно-программный комплекс для автоматизированного измерения температуры и концентрации электронов в условиях высоковольтного импульсного разряда магнетрона способен в течение нескольких секунд проводить эффективное измерение средних значений обозначенных параметров плазмы. Спектрометр способен производить измерения спектра испускания газового разряда в диапазоне длин волн 250 - 900 нм, а программное обеспечение позволяет производить экспресс-обработку полученных данных и делать выводы о режимах работы распылительной системы. Калориметрическая подложка с регулируемым потенциалом дает возможность оценить реальный энергетический поток на подложку при отсутствии электронного тока при DCMS и ШРГМЗ.

Осаждаемые покрытия из меди, оксида меди, титана и оксида титана могут быть исследованы с помощью широкого спектра измерительного оборудования. Физико-химические свойства оцениваются с помощью рентгеноструктурного анализа (рентгеновский дифрактометр Thermo ARL X'TRA). Оптические свойства для пленок, осажденных на прозрачных подложках, исследуются с помощью спектрофотометра и источника света (лампа накаливания). Четырехзондовый метод измерения позволяет определять сопротивление пленок, через которое можно рассчитать геометрические параметры покрытия. Для измерения толщины диэлектрических и полупроводниковых пленок использовался прибор MProbe 20. С помощью сканирующего зондового нанотвердомера «НаноСкан-SD» производятся измерения микротвердости металлических и оксидных покрытий.

На защиту выносятся следующие положения:

1. При HIPIMS распылении металлов с низкой теплопроводностью при превышении значения пиковой мощности 10 кВт/см2 в широком диапазоне давлений плазмообразующего газа (или смеси газов) от 0,5 до 10 мТорр возможно достижение поверхностью мишени температуры, превышающей температуру плавления, при которой формируется дополнительный поток испаренного вещества.

2. Процесс реактивного высокомощного импульсного магнетронного распыления металлических мишеней в среде аргона и кислорода характеризуется изменением гистерезисных явлений, наблюдаемых на вольт-амперных характеристиках при переходе из металлического режима распыления в оксидный и обратно: ширина гистерезиса уменьшается в 2 - 4 раза по сравнению с распылением на постоянном токе, что приводит к повышению воспроизводимости технологических результатов.

3. При реактивном высокомощном импульсном магнетронном распылении неохлаждаемой горячей мишени скорость выхода в стационарный

режим работы определяется температурой поверхности катода, а степень покрытия зоны эрозии мишени химическим соединением зависит от материала мишени, мощности газового разряда, типом и расходом реактивного газа и может изменяться за период следования импульсов от 0 до 1 .

4. Применение высокомощного импульсного магнетронного распыления при значении пиковой плотности мощности меньше 10 кВт/см2 приводит к существенному снижению скорости осаждения покрытий (при распылении титана скорость осаждения может снижаться на 73 %, а меди на 54 %), повышению адгезии и степени кристалличности пленок, что позволяет при нанесении пленок меди отказаться от использования адгезионных слоев хрома.

Достоверность и обоснованность имеющихся результатов подтверждается последовательным, комплексным и систематическим характером проводимых исследований, а также использованием современных прецизионных методов измерения на поверенном оборудовании. Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными, полученными как из собственных эмпирических изысканий, так и из работ других исследователей, позволяет характеризовать их достоверными. Изготовленное в рамках диссертации измерительное оборудование было откалибровано с помощью эталонных альтернативных методик. Результаты теоретического и экспериментального исследований носят непротиворечивый характер. Они взаимодополняют друг друга и отлично согласуются с известными положениями и представлениями физики аномального тлеющего газового разряда магнетрона.

Апробация результатов исследования производилась на научных конференциях и симпозиумах различного уровня. Основные результаты проводимых исследований обсуждались на 23 региональных, всероссийских и международных конференциях: всероссийская научно-техническая конференция «Вакуумная техника и технология - 2014» с международным

участием (Санкт-Петербург, 2014 г.); 22-я всероссийская научно-техническая конференция «Вакуумная техника и технология - 2015» (Санкт-Петербург,

2015 г.); XX международная научно-техническая конференция «Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники)» (Москва, 2015 г.); XXVII международный симпозиум «Тонкие пленки в электронике» (Москва, 2015 г.); международная научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2015) (Москва, 2015 г.); 69-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург, 2016 г.); научная конференция «Неорганическая химия -фундаментальная основа в материаловедении керамических, стеклообразных и композиционных материалов» (Санкт-Петербург, 2016 г.); IV научно-техническая конференция с международным участием «Наука настоящего и будущего» для студентов, аспирантов и молодых ученых (Санкт-Петербург,

2016 г.); 23-я всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Вакуумная техника и технология - 2016» (Санкт-Петербург, 2016 г.); 7th International conference on fundamentals and industrial applications of HIPIMS 2016 UK (Великобритания, г. Шеффилд, 2016 г.); VI-ая всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО - 2016» с элементами научной школы (Москва, 2016 г.); международная научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2016) (Москва, 2016 г.); 70-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург, 2017 г.); XIII международная конференция «Пленки и покрытия - 2017» (Санкт-Петербург, 2017); 8th International conference on Fundamentals and Applications of HIPIMS (Германия, г. Брауншвейг, 2017 г.); международная научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2017) (Москва, 2017 г.); 71-я научно-техническая конференция профессорско-

преподавательского состава «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург, 2018 г.); 25-я всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Вакуумная техника и технологии - 2018» (Санкт-Петербург, 2018 г.); международная научно-техническая конференция «INTERMATIC - 2018» (Москва, 2018 г.); 4-ый междисциплинарный молодёжный научный форум с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии» (Москва, 2018 г.); 26-я всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Вакуумная техника и технологии - 2019» (Санкт-Петербург, 2019 г.); всероссийская научно-техническая конференция «Современные достижения и тенденции развития в области теплозащитных, керамических и металлических композиционных материалов» (Москва, 2019 г.); XIII международная научно-техническая конференция «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий» (г. Казань, 2021 г.). По теме диссертации опубликовано 35 работ, 10 из которых индексируются в базах данных Scopus и (или) Web of Science.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и списка использованной литературы, включающего 184 источника. Текст изложен на 249 страницах, включая 135 рисунков, 72 формулы и 34 таблицы. Работа выполнена в научно-исследовательских лабораториях кафедры электронных приборов и устройств и кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина). Все изложенные в диссертации результаты получены лично соискателем, либо при его непосредственном участии.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Высокомощные распылительные системы

Современный научный задел в области исследования магнетронных распылительных систем с высокомощными импульсными источниками питания достаточно внушителен. За два десятилетия технология с уровня лабораторных испытаний поднялась до базового метода высокотехнологичных отраслей производства. Ученые всего мира стремятся найти оптимальные параметры технологического процесса осаждения проводящих, полупроводниковых и диэлектрических пленок и покрытий различного назначения. Особое внимание уделяется возможности управления стехиометричностью структур и степенью их кристалличности. Увеличение вариативности параметров высокомощного импульсного блока питания позволяет реализовать невозможные для классических распылительных магнетронных систем режимы осаждения, при этом значительно расширяя спектр материалов используемых подложек.

Важность изучения высокомощного импульсного ионизованного газа (или смеси газов) отражена в многочисленных международных работах по данной тематике. Основной вектор исследований направлен на технологическое применение магнетронных распылительных систем с импульсным источником питания. Также в последнее время можно наблюдать увеличение количества разработок устройств для эмиссии заряженных частиц на основе физических процессов, протекающих в стационарной высокомощной импульсной газоразрядной системе.

Обзор международных публикаций позволяет определить основные тренды в исследовании ШР1М8 технологии, а также понять глубину достигнутых результатов по ключевым вопросам рассматриваемого способа синтеза высококачественных покрытий. На основании проводимого обзора можно детально установить те особенности высокомощного газового разряда, которые изучены минимально, но их исследование помогло бы повысить

конкурентные преимущества Б1Р1М8 и дать ответы на фундаментальные стороны рассматриваемого вопроса.

1.1.1 Технологическое оборудование и оснастка для ШР1М8

Прикладное использование высокомощного импульсного газового разряда является одним из путей развития систем классического магнетронного распыления. Получение требуемых параметров газового разряда становится возможным в результате применения специализированного источника питания, который способен стационарно генерировать импульсный электрический ток с высокой амплитудой напряжения. Часто применяемая инверторная схема с ЮВТ-транзисторами позволяет беспрепятственно реализовать ток в сотни раз больше, чем источник питания классического технологического магнетрона. Новая система имеет импульсный режим работы, поэтому появляются новые важные факторы, влияющие на газовый разряд и, следовательно, на свойства осаждаемых покрытий. В представленной работе рассматриваются магнетроны с металлическими мишенями, распыляемыми в инертной или реактивной средах. Конструкция магнетронной распылительной системы при работе в высокомощном режиме не отличается от классической. Это связано с тем, что средняя мощность при работе в импульсном и обычном (на постоянном токе) режимах одинакова. Отличия имеются у устройств, которые работают с горячими мишенями. Это такой режим работы, который позволяет нагревать металлическую мишень до температур плавления (частично или полностью).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Карзин Виталий Валерьевич, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Semenov V. A. et al. Comparison of plasma parameters and optical emission in DC, HiPIMS and hybrid DC + HiPIMS modes of magnetron sputtering // Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2019. - Т. 1393. -№ 1. - С. 012023.

2. Zuo X. et al. The influence of superimposed DC current on electrical and spectroscopic characteristics of HiPIMS discharge // AIP Advances. - 2018. -Т. 8. - № 1.

3. Oks E., Anders A. A self-sputtering ion source: A new approach to quiescent metal ion beams // Review of Scientific Instruments. - 2010. - Т. 81. -№ 2.

4. Oskomov K. V., Vizir A. V. Investigation of plasma ion composition generated by high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) of graphite // Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2019. - Т. 1393. -№ 1. - С. 012018.

5. Poluektov N. P. et al. Energy flux to the substrate in a magnetron discharge with hollow cathode // Thin Solid Films. - 2017. - Т. 640. - С. 60-66.

6. Breilmann W. et al. High-power impulse sputtering of chromium: correlation between the energy distribution of chromium ions and spoke formation // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2015. - Т. 48. - № 29. - С. 295202.

7. Chng S. S. et al. Nitrogen-mediated aligned growth of hexagonal BN films for reliable high-performance InSe transistors // Journal of Materials Chemistry C. - 2020. - Т. 8. - № 13. - С. 4421-4431.

8. El Farsy A. et al. Characterization of transport of titanium neutral atoms sputtered in Ar and Ar/N2 HiPIMS discharges // Plasma Sources Science and Technology. - 2019. - Т. 28. - № 3. - С. 035005.

9. Zhou G. et al. Effect of bias voltage on microstructure and optical properties of Al2O3 thin films prepared by twin targets reactive high-power impulse magnetron sputtering // Vacuum. - 2019. - Т. 166. - С. 88-96.

10. Li X. et al. Diamond-like/graphite-like carbon composite films deposited by high-power impulse magnetron sputtering // Diamond and Related Materials. - 2020. - T. 106. - C. 107818.

11. Cui S. et al. Hollow cathode effect modified time-dependent global model and high-power impulse magnetron sputtering discharge and transport in cylindrical cathode // Journal of Applied Physics. - 2019. - T. 125. - № 6.

12. de Monteynard A. et al. Properties of chromium thin films deposited in a hollow cathode magnetron powered by pulsed DC or HiPIMS // Surface and Coatings Technology. - 2017. - T. 330. - C. 241-248.

13. Haye E. et al. Wide range investigation of duty cycle and frequency effects on bipolar magnetron sputtering of chromium nitride // Surface and Coatings Technology. - 2018. - T. 350. - C. 84-94.

14. Keraudy J. et al. Bipolar HiPIMS for tailoring ion energies in thin film deposition // Surface and Coatings Technology. - 2019. - T. 359. - C. 433-437.

15. Zhu M. et al. Microstructures and electrical properties of nanostructured Cr2O3 thin films deposited by dual-target reactive high-power impulse magnetron sputtering // Vacuum. - 2019. - T. 164. - C. 293-299.

16. Zhou G. et al. Investigating the plasma parameters and discharge asymmetry in dual magnetron reactive high-power impulse magnetron sputtering discharge with Al in Ar/O2 mixture // Vacuum. - 2020. - T. 175. - C. 109253.

17. Chang L. C., Chang C. Y., You Y. W. Ta-Zr-N thin films fabricated through HiPIMS/RFMS co-sputtering // Coatings. - 2017. - T. 7. - № 11. - C. 189.

18. Poplavsky A. I. et al. Properties of carbon coatings obtained by pulsed high-power methods of vacuum-arc and magnetron sputtering // Materials Today: Proceedings. - 2018. - T. 5. - № 12. - C. 25933-25938.

19. Stranak V. et al. Investigation of ionized metal flux in enhanced highpower impulse magnetron sputtering discharges // Journal of Applied Physics. -2014. - T. 115. - № 15.

20. Kubart T. et al. Investigation of ionized metal flux fraction in HiPIMS discharges with Ti and Ni targets // Surface and Coatings Technology. - 2014. -T. 238. - C. 152-157.

21. Butler A. et al. On three different ways to quantify the degree of ionization in sputtering magnetrons // Plasma Sources Science and Technology. -2018. - T. 27. - № 10. - C. 105005.

22. Kateb M. et al. Role of ionization fraction on the surface roughness, density, and interface mixing of the films deposited by thermal evaporation, dc magnetron sputtering, and HiPIMS: An atomistic simulation // Journal of Vacuum Science & Technology A. - 2019. - T. 37. - № 3.

23. Engwall A. M. et al. Enhanced properties of tungsten films by highpower impulse magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology. - 2019. -T. 363. - C. 191-197.

24. Vlcek J. et al. Ion-flux characteristics during low-temperature (300° C) deposition of thermochromic VO2 films using controlled reactive HiPIMS // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2018. - T. 52. - № 2. - C. 025205.

25. Oliveira J. C. et al. On the role of the energetic species in TiN thin film growth by reactive deep oscillation magnetron sputtering in Ar/N2 // Thin Solid Films. - 2018. - T. 645. - C. 253-264.

26. Will A. et al. Target implantation and redeposition processes during high-power impulse magnetron sputtering of aluminum // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2013. - T. 46. - № 8. - C. 084009.

27. Hippler R. et al. Pressure dependence of singly and doubly charged ion formation in a HiPIMS discharge // Journal of Applied Physics. - 2019. - T. 125. -№ 1.

28. Greczynski G., Hultman L. Peak amplitude of target current determines deposition rate loss during high-power pulsed magnetron sputtering // Vacuum. -2016. - T. 124. - C. 1-4.

29. Bradley J. W., Mishra A., Kelly P. J. The effect of changing the magnetic field strength on HiPIMS deposition rates // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2015. - T. 48. - № 21. - C. 215202.

30. Capek J. et al. Deposition rate enhancement in HiPIMS without compromising the ionized fraction of the deposition flux // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2013. - T. 46. - № 20. - C. 205205.

31. Raman P. et al. High deposition rate symmetric magnet pack for highpower pulsed magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology. - 2016. -T. 293. - C. 10-15.

32. Cada M. et al. Angle-resolved investigation of ion dynamics in highpower impulse magnetron sputtering deposition system // Thin Solid Films. - 2013.

- T.549.- C. 177-183.

33. Diyatmika W. et al. Superimposed high-power impulse and middle frequency magnetron sputtering: Role of pulse duration and average power of middle frequency // Surface and Coatings Technology. - 2018. - T. 352. -C. 680-689.

34. Ghasemi S., Farhadizadeh A. R., Ghomi H. Effect of frequency and pulse-on time of high-power impulse magnetron sputtering on deposition rate and morphology of titanium nitride using response surface methodology // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2019. - T. 29. - № 12. - C. 2577-2590.

35. Huo C. et al. On the road to self-sputtering in high-power impulse magnetron sputtering: particle balance and discharge characteristics // Plasma Sources Science and Technology. - 2014. - T. 23. - № 2. - C. 025017.

36. W. M. Posadowski Self-sustained magnetron co-sputtering of Cu and Ni // Thin Solid Films. - 2004. - T. 459. - C. 258-261.

37. Kubart T., Aijaz A. Evolution of sputtering target surface composition in reactive high-power impulse magnetron sputtering // Journal of Applied Physics.

- 2017. - T. 121. - № 17.

38. Fekete M. et al. Evolution of discharge parameters and sputtered species ionization in reactive HiPIMS with oxygen, nitrogen and acetylene // Plasma Sources Science and Technology. - 2019. - T. 28. - № 2. - C. 025011.

39. Kadlec S., Capek J. Return of target material ions leads to a reduced hysteresis in reactive high-power impulse magnetron sputtering: Model // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. - № 17.

40. Britun N. et al. Quantification of the hysteresis and related phenomena in reactive HiPIMS discharges // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. -№ 17.

41. Strijckmans K., Moens F., Depla D. Perspective: Is there a hysteresis during reactive high-power impulse magnetron sputtering (R-HiPIMS)? // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. - № 8.

42. Shimizu T. et al. Transition Mode Control in Reactive High-Power Impulse Magnetron Sputtering (R-HiPIMS) // Journal of the Vacuum Society of Japan. - 2017. - T. 60. - № 9. - C. 346-351.

43. Mercs D., Perry F., Billard A. Hot target sputtering: A new way for high-rate deposition of stoichiometric ceramic films // Surface & Coatings Technology. - 2006. - T. 201. - C. 2276-2281.

44. Doerner R. P., Krasheninnikov S. I., Schmid K. Particle-induced erosion of materials at elevated temperature // J. Appl. Phys. - 2004. - T. 95. -C. 4471-4475.

45. Roth J., Mijller W. Mechanism of enhanced sputtering of carbon at temperatures above 1200°C // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. - 1985. - T. B7/8. - C. 788-792.

46. Domaradzki J. et al. Microstructure and optical properties of TiO2 thin films prepared by low pressure hot target reactive magnetron sputtering // Thin Solid Films. - 2006. - T. 513. - C. 269-274.

47. Sigmund P., Szymonski M. Temperature-Dependent Sputtering of Metals and Insulators // Appl. Phys. - 1984. - T. A33. - C. 141-152.

48. Tesar J., Martan J., Rezek J. On surface temperatures during highpower pulsed magnetron sputtering using a hot target // Surface & Coatings Technology. - 2011. - Т. 206. - С. 1155-1159.

49. Bleykher G. A. et al. Evaporation factor in productivity increase of hot target magnetron sputtering systems // Vacuum. - 2016. - Т. 132. - С. 62-69.

50. Laurikaitis M., Cyviene J., Dudonis J. Deposition of Zr-ZrOx and Y-YxOy films by reactive magnetron sputtering // Vacuum. - 2005. - Т. 78. -С. 395-399.

51. Chau R. Y., Ho W. -S., Wolfe J.C., Licon D. L. Effect of target temperature on the reactive d.c.-sputtering of silicon and niobium oxides // Thin Solid Films. - 1996. - Т. 287. - С. 57-64.

52. Caillard A. et al. Energy Transferred From a Hot Nickel Target During Magnetron Sputtering // IEEE transactions on plasma science. - 2014. - Т. 42. -С. 1-2.

53. Cormier P. -A. et al. Titanium oxide thin film growth by magnetron sputtering: Total energy flux and its relationship with the phase constitution // Surface & Coatings Technology. - 2014. - Т. 254. - С. 291-297.

54. Cormier P. -A. et al. IR emission from the target during plasma magnetron sputter deposition // Thin Solid Films. - 2013. - Т. 545. - С. 44-49.

55. Musil J., Satava V., Baroch P. High-rate reactive deposition of transparent SiO2 films containing low amount of Zr from molten magnetron target // Thin Solid Films. - 2010. - Т. 519. - С. 775-777.

56. Guseva M. I. et al. Temperature dependence of H+ and Ar+ sputtering coefficients of composite carbon-graphite materials // Atomnaya Energiya. - 1991. - Т. 71. - С. 229-233.

57. Billard A. et al. Influence of the target temperature on a reactive sputtering process // Surface and Coatings Technology. - 1999. - Т. 119. -С.721-726.

58. Тумаркин А. В. и др. Магнетронный разряд с расплавленным катодом // Успехи прикладной физики. - 2013. - Т. 3. - С. 276-282.

59. Zuo X. et al. Gas breakdown and discharge formation in high-power impulse magnetron sputtering // IEEE transactions on plasma science. - 2019. -T. 47. - № 2. - C. 1215-1222.

60. Klein P. et al. Cathode voltage and discharge current oscillations in HiPIMS // Plasma Sources Science and Technology. - 2017. - T. 26. - № 5. -C.055015.

61. Magnus F. et al. Current-voltage-time characteristics of the reactive Ar/N2 high-power impulse magnetron sputtering discharge // Journal of Applied Physics. - 2011. - T. 110. - № 8.

62. Magnus F. et al. Current-voltage-time characteristics of the reactive Ar/N2 high-power impulse magnetron sputtering discharge // Journal of Applied Physics. - 2011. - T. 110. - № 8.

63. Hála M. et al. Hysteresis-free deposition of niobium oxide films by HiPIMS using different pulse management strategies // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2012. - T. 45. - № 5. - C. 055204.

64. Kubart T. et al. Studies of hysteresis effect in reactive HiPIMS deposition of oxides // Surface and Coatings Technology. - 2011. - T. 205. -C. S303-S306.

65. Held J. et al. Electron density, temperature and the potential structure of spokes in HiPIMS // Plasma Sources Science and Technology. - 2020. - T. 29. -№ 2. - C. 025006.

66. Iglesias E. J. et al. Ultraviolet/vacuum-ultraviolet emission from a highpower magnetron sputtering plasma with an aluminum target // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2019. - T. 53. - № 5. - C. 055202.

67. Ryan P. J., Bradley J. W., Bowden M. D. Comparison of Langmuir probe and laser Thomson scattering for electron property measurements in magnetron discharges // Physics of Plasmas. - 2019. - T. 26. - № 7.

68. Pajdarová A. D., Vlcek J., Rezek J. Optical emission spectroscopy during the deposition of zirconium dioxide films by controlled reactive high-power

impulse magnetron sputtering // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. -№ 17.

69. Britun N. et al. Particle visualization in high-power impulse magnetron sputtering. II. Absolute density dynamics // Journal of Applied Physics. - 2015. -T. 117. - № 16.

70. Loquai S. et al. Flash post-discharge emission in a reactive HiPIMS process // Applied Physics Letters. - 2016. - T. 109. - № 11.

71. Greczynski G. et al. Paradigm shift in thin-film growth by magnetron sputtering: From gas-ion to metal-ion irradiation of the growing film // Journal of Vacuum Science & Technology A. - 2019. - T. 37. - № 6.

72. Hippler R. et al. Time-resolved optical emission spectroscopy of a unipolar and a bipolar pulsed magnetron sputtering discharge in an argon/oxygen gas mixture with a cobalt target // Plasma Sources Science and Technology. - 2019. - T. 28. - № 11. - C. 115020.

73. Meier S. M. et al. First measurements of the temporal evolution of the plasma density in HiPIMS discharges using THz time domain spectroscopy // Plasma Sources Science and Technology. - 2018. - T. 27. - № 3. - C. 035006.

74. Hippler R., Cada M., Hubicka Z. Time-resolved Langmuir probe diagnostics of a bipolar high-power impulse magnetron sputtering discharge // Applied Physics Letters. - 2020. - T. 116. - № 6.

75. Tumarkin A. V. et al. Langmuir probe diagnostics of an impulse magnetron discharge with hot Cr target // Journal of Instrumentation. - 2019. -T. 14. - № 09. - C. C09026.

76. Estrin F. L., Karkari S. K., Bradley J. W. Triple probe interrogation of spokes in a HiPIMS discharge // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2017. -T. 50. - № 29. - C. 295201.

77. Hippler R. et al. Angular dependence of plasma parameters and film properties during high-power impulse magnetron sputtering for deposition of Ti and TiO2 layers // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. - № 17.

78. Drache S. et al. Time-resolved Langmuir probe investigation of hybrid high-power impulse magnetron sputtering discharges // Vacuum. - 2013. - T. 90. -C. 176-181.

79. Sanders J. M. et al. A synchronized emissive probe for time-resolved plasma potential measurements of pulsed discharges // Review of Scientific Instruments. - 2011. - T. 82. - № 9.

80. Cormier P. A. et al. IR emission from the target during plasma magnetron sputter deposition // Thin Solid Films. - 2013. - T. 545. - C. 44-49.

81. Cormier P. A. et al. Measuring the energy flux at the substrate position during magnetron sputter deposition processes // Journal of Applied Physics. - 2013.

- T. 113. - № 1.

82. Thomann A. L. et al. Energy flux measurements during magnetron sputter deposition processes // Surface and Coatings Technology. - 2019. - T. 377.

- C. 124887.

83. Gauter S., Fröhlich M., Kersten H. Direct calorimetric measurements in a PBII and deposition (PBII&D) experiment with a HiPIMS plasma source // Surface and Coatings Technology. - 2018. - T. 352. - C. 663-670.

84. Gauter S. et al. Calorimetric probe measurements for a high voltage pulsed substrate (PBII) in a HiPIMS process // Plasma Sources Science and Technology. - 2017. - T. 26. - № 6. - C. 065013.

85. Tillmann W. et al. Influence of the bias-voltage, the argon pressure and the heating power on the structure and the tribological properties of HiPIMS sputtered MoSx films // Surface and Coatings Technology. - 2020. - T. 385. -C. 125358.

86. Ding J. et al. Effects of negative bias voltage and ratio of nitrogen and argon on the structure and properties of NbN coatings deposited by HiPIMS deposition system // Coatings. - 2017. - T. 8. - № 1. - C. 10.

87. Bobzin K. et al. Plastic deformation behavior of nanostructured CrN/AlN multilayer coatings deposited by hybrid dcMS/HPPMS // Surface and Coatings Technology. - 2017. - T. 332. - C. 253-261.

88. Chen L. et al. Modeling and plasma characteristics of high-power direct current discharge // Plasma Sources Science and Technology. - 2020. - T. 29. -№ 2. - C. 025016.

89. Revel A., Minea T., Costin C. 2D PIC-MCC simulations of magnetron plasma in HiPIMS regime with external circuit // Plasma Sources Science and Technology. - 2018. - T. 27. - № 10. - C. 105009.

90. Wu Z. et al. Discharge current modes of high-power impulse magnetron sputtering // AIP Advances. - 2015. - T. 5. - № 9.

91. Kozak T., Dagmar Pajdarova A. A non-stationary model for highpower impulse magnetron sputtering discharges // Journal of applied physics. -2011. -T. 110. - № 10.

92. Lundin D. et al. A study of the oxygen dynamics in a reactive Ar/O2 high-power impulse magnetron sputtering discharge using an ionization region model // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. - № 17.

93. Gudmundsson J. T. et al. An ionization region model of the reactive Ar/O2 high-power impulse magnetron sputtering discharge // Plasma Sources Science and Technology. - 2016. - T. 25. - № 6. - C. 065004.

94. Ross A. E. et al. A feedback model of magnetron sputtering plasmas in HiPIMS // Plasma Sources Science and Technology. - 2015. - T. 24. - № 2. -C.025018.

95. Zheng B. C. et al. A global plasma model for reactive deposition of compound films by modulated pulsed power magnetron sputtering discharges // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. - № 17.

96. Capek J., Kadlec S. Return of target material ions leads to a reduced hysteresis in reactive high-power impulse magnetron sputtering: Experiment // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. - № 17.

97. Costin C., Minea T. M., Popa G. Electron transport in magnetrons by a posteriori Monte Carlo simulations // Plasma Sources Science and Technology. -2014. - T. 23. - № 1. - C. 015012.

98. Lin J. et al. Ion energy and mass distributions of the plasma during modulated pulse power magnetron sputtering // Surface & Coatings Technology. -2009. - T. 203. - C. 3676-3685.

99. Roychowdhury T. et al. Multi-instrument characterization of HiPIMS and DC magnetron sputtered tungsten and copper films // Surface and interface analysis. - 2020. - T. 52. - № 7. - C. 433-441.

100. Jablonka L. et al. Metal filling by high-power impulse magnetron sputtering // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2019. - T. 52. - № 36. -C. 365202.

101. Velicu I. L. et al. Energy-enhanced deposition of copper thin films by bipolar high-power impulse magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology. - 2019. - T. 359. - C. 97-107.

102. Wu B. et al. Cu films prepared by bipolar pulsed high-power impulse magnetron sputtering // Vacuum. - 2018. - T. 150. - C. 216-221.

103. Cemin F. et al. Epitaxial growth of Cu (001) thin films onto Si (001) using a single-step HiPIMS process // Scientific reports. - 2017. - T. 7. - № 1. -C. 1655.

104. Velicu I. L. et al. Copper thin films deposited under different power delivery modes and magnetron configurations: A comparative study // Surface and Coatings Technology. - 2017. - T. 327. - C. 192-199.

105. Rtimi S. et al. New evidence for Ag-sputtered materials inactivating bacteria by surface contact without the release of Ag ions: end of a long controversy? // ACS applied materials & interfaces. - 2020. - T. 12. - № 4. - C. 4998-5007.

106. Lakhonchai A. et al. Comparing the performance of transparent, conductive ZnO/Ag/ZnO thin films that have an interlayer coating formed by either DC magnetron sputtering or HiPIMS // Materials Research Express. - 2019. -T. 6. - № 12. - C. 126410.

107. Gledhill S. et al. HiPIMS and DC magnetron sputter-coated silver films for high-temperature durable reflectors // Coatings. - 2019. - T. 9. - № 10. - C. 593.

108. Li Y., Luo K. Performance improvement of a p-Cu2O nanocrystal photocathode with an ultra-thin silver protective layer // Chemical Communications. - 2019. - T. 55. - № 67. - C. 9963-9966.

109. Sharp J. et al. Characterisation of a High-Power Impulse Magnetron Sputtered C/Mo/W wear resistant coating by transmission electron microscopy // Surface and Coatings Technology. - 2019. - T. 377. - C. 124853.

110. Velicu I. L. et al. Enhanced properties of tungsten thin films deposited with a novel HiPIMS approach // Applied Surface Science. - 2017. - T. 424. -C.397-406.

111. Zakharov A. N. et al. Properties of molybdenum films produced by high-power impulse magnetron sputtering // Russian Physics Journal. - 2017. -T. 60. - C. 1336-1340.

112. Hajihoseini H. et al. Oblique angle deposition of nickel thin films by high-power impulse magnetron sputtering // Beilstein Journal of Nanotechnology. -2019. - T. 10. - № 1. - C. 1914-1921.

113. Keraudy J. et al. Comparison Between DC and HiPIMS Discharges. Application to Nickel Thin Films // Advances in Engineering Research and Application: Proceedings of the International Conference, ICERA 2018. - Springer International Publishing, 2019. - C. 196-203.

114. Kumar D. et al. Deposition of Fe/Nb multilayers and Fe/Nb/Fe trilayers using HiPIMS: XRR measurements for interface diffusion study // AIP Conference Proceedings. - AIP Publishing, 2019. - T. 2142. - № 1.

115. Huang B. et al. Multifunctional Ti-xCu coatings for cardiovascular interfaces: Control of microstructure and surface chemistry // Materials Science and Engineering: C. - 2019. - T. 104. - C. 109969.

116. Panepinto A. et al. Synthesis of anatase (core)/rutile (shell) nanostructured TiO2 thin films by magnetron sputtering methods for dye-sensitized solar cell applications // ACS Applied Energy Materials. - 2019. - T. 3. - № 1. -C. 759-767.

117. Marcelino R. B. P. et al. Novel and versatile TiO2 thin films on PET for photocatalytic removal of contaminants of emerging concern from water // Chemical Engineering Journal. - 2019. - T. 370. - C. 1251-1261.

118. Zeghioud H. et al. Photocatalytic performance of CuxO/TiO2 deposited by HiPIMS on polyester under visible light LEDs: Oxidants, ions effect, and reactive oxygen species investigation // Materials. - 2019. - T. 12. - № 3. - C. 412.

119. Peng W. C. et al. Tunability of p-and n-channel TiOx thin film transistors // Scientific reports. - 2018. - T. 8. - № 1. - C. 9255.

120. Cemin F. et al. Low-energy ion irradiation in HiPIMS to enable anatase TiO2 selective growth // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2018. - T. 51. -№ 23. - C. 235301.

121. Demeter A., Tiron V., Sirghi L. TiO2 2D nanopatterns obtained by highpower impulse magnetron sputtering depositions with colloidal masks // Romanian Reports in Physics. - 2018. - T. 70. - C. 515.

122. Wasielewski R. et al. Surface characterization of TiO2 thin films obtained by high-energy reactive magnetron sputtering // Applied Surface Science.

- 2008. - T. 254. - C. 4396-4400.

123. Kment S. et al. Very thin thermally stable TiO2 blocking layers with enhanced electron transfer for solar cells // Applied Materials Today. - 2017. - T. 9.

- C. 122-129.

124. Stranak V. et al. Enhanced oxidation of TiO2 films prepared by highpower impulse magnetron sputtering running in metallic mode // Journal of Applied Physics. - 2017. - T. 121. - № 17.

125. Peng W. C. et al. High-power impulse magnetron sputtered p-type Y-titanium monoxide films: Effects of substrate bias and post-annealing on microstructure characteristics and optoelectrical properties // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2017. - T. 61. - C. 85-92.

126. Vu T. D. et al. High-power impulse magnetron sputtering deposition of high crystallinity vanadium dioxide for thermochromic smart windows applications // Ceramics International. - 2020. - T. 46. - № 6. - C. 8145-8153.

127. Juan P. C. et al. Low thermal budget annealing for thermochromic VO2 thin films prepared by high-power impulse magnetron sputtering // Thin solid films. - 2019. - T. 687. - C. 137443.

128. Vlcek J. et al. Controlled reactive HiPIMS—Effective technique for low-temperature (300° C) synthesis of VO2 films with semiconductor-to-metal transition // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2017. - T. 50. - № 38. -C. 38LT01.

129. Lin T. et al. Influence of discharge current on phase transition properties of high quality polycrystalline VO2 thin film fabricated by HiPIMS // Materials. -2017. - T. 10. - № 6. - C. 633.

130. Wang Z. et al. N doped ZnO (N: ZnO) film prepared by reactive HiPIMS deposition technique // AIP Advances. - 2020. - T. 10. - № 3.

131. Wang Z. et al. The semi-conductor of ZnO deposited in reactive HiPIMS // Applied Surface Science. - 2019. - T. 494. - C. 384-390.

132. Sun H. et al. p-type cuprous oxide thin films with high conductivity deposited by high-power impulse magnetron sputtering // Ceramics International. -2017. - T. 43. - № 8. - C. 6214-6220.

133. Semenov V. A. et al. CuO films deposited by superimposed high-power impulse and DC magnetron sputtering // Journal of Physics: Conference Series. -IOP Publishing, 2019. - T. 1393. - № 1. - C. 012127.

134. Chen S. C. et al. Optoelectronic properties of p-type NiO films deposited by direct current magnetron sputtering versus high-power impulse magnetron sputtering // Applied Surface Science. - 2020. - T. 508. - C. 145106.

135. Guo S. et al. Modulation of optical and electrical properties of In2O3 films deposited by high-power impulse magnetron sputtering by controlling the flow rate of oxygen // Ceramics International. - 2019. - T. 45. - № 17. - C. 21590-21595.

136. Ganesan R. et al. The role of pulse length in target poisoning during reactive HiPIMS: application to amorphous HfO2 // Plasma Sources Science and Technology. - 2015. - T. 24. - № 3. - C. 035015.

137. Viloan R. P. B. et al. Tuning the stress in TiN films by regulating the doubly charged ion fraction in a reactive HiPIMS discharge // Journal of Applied Physics. - 2020. - T. 127. - № 10.

138. Viloan R. P. B. et al. Bipolar high-power impulse magnetron sputtering for energetic ion bombardment during TiN thin film growth without the use of a substrate bias // Thin Solid Films. - 2019. - T. 688. - C. 137350.

139. Kuo C. C. et al. High temperature wear behavior of titanium nitride coating deposited using high-power impulse magnetron sputtering // Coatings. -2019. - T. 9. - № 9. - C. 555.

140. Chang C. L. et al. Synergetic effect for improved deposition of titanium nitride films // Surface and Coatings Technology. - 2018. - T. 350. - C. 1098-1104.

141. Liu L. et al. Comparative study of TiAlN coatings deposited by different high-ionization physical vapor deposition techniques // Ceramics International. - 2020. - T. 46. - № 8. - C. 10814-10819.

142. Yang F. C. et al. Effect of mid-frequency pulse insertion on the microstructural and mechanical properties of AlTiN coatings prepared using superimposed HiPIMS process // Surface and Coatings Technology. - 2020. -T. 388. - C. 125597.

143. Singh A., Ghosh S., Aravindan S. Investigation of oxidation behaviour of AlCrN and AlTiN coatings deposited by arc enhanced HiPIMS technique // Applied Surface Science. - 2020. - T. 508. - C. 144812.

144. Zhang T. F. et al. Microstructures and properties of amorphous, polycrystalline, and Mnn+1AXn-phase Ti-Al-N films synthesized from an Mnn+1AXn-phase Ti2AlN compound target // Ceramics International. - 2019. - T. 45. - № 3. - C. 3940-3947.

145. Keles A., Efeoglu I. Effect of Target Voltage on Tribological and Adhesive Properties of c-BN Films Coated with HiPIMS // 2019 IEEE Regional Symposium on Micro and Nanoelectronics (RSM). - IEEE, 2019. - C. 112-115.

146. Fan Q. et al. Microstructure and properties of CrAlSiN coatings deposited by HiPIMS and direct-current magnetron sputtering // Coatings. - 2019.

- T. 9. - № 8. - C. 512.

147. Pandey N., Gupta M., Phase D. M. Preparation and characterization of Fe4N thin film deposited by high-power impulse magnetron sputtering // AIP Conference Proceedings. - AIP Publishing, 2019. - T. 2115. - № 1.

148. Hajihoseini H. et al. Effect of substrate bias on properties of HiPIMS deposited vanadium nitride films // Thin Solid Films. - 2018. - T. 663. -C. 126-130.

149. Guimaräes M. C. R. et al. On the effect of aluminum on the microstructure and mechanical properties of CrN coatings deposited by HiPIMS // Materials Research. - 2018. - T. 21.

150. Tiron V. et al. Tungsten nitride coatings obtained by HiPIMS as plasma facing materials for fusion applications // Applied Surface Science. - 2017. - T. 416.

- C. 878-884.

151. Gupta R. et al. Study of cobalt mononitride thin films prepared using DC and high-power impulse magnetron sputtering // AIP Conference Proceedings.

- AIP Publishing, 2016. - T. 1731. - № 1.

152. Capek J. et al. Effect of annealing on structure and properties of Ta-O-N films prepared by high-power impulse magnetron sputtering // Ceramics International. - 2019. - T. 45. - № 7. - C. 9454-9461.

153. Rezek J. et al. High-rate reactive high-power impulse magnetron sputtering of Ta-O-N films with tunable composition and properties // Thin Solid Films. - 2014. - T. 566. - C. 70-77.

154. Kiryukhantsev-Korneev P. V. et al. Wear-resistant Ti-Al-Ni-C-N coatings produced by magnetron sputtering of SHS-targets in the DC and HiPIMS modes // Ceramics International. - 2020. - T. 46. - № 2. - C. 1775-1783.

155. Liu H. et al. Effects of nitrogen-argon flow ratio on the microstructural and mechanical properties of TiAlSiN/CrN multilayer coatings prepared using high-

power impulse magnetron sputtering // Journal of Vacuum Science & Technology A. - 2019. - T. 37. - № 5.

156. Lofaj F. et al. The effects of deposition conditions on hydrogenation, hardness and elastic modulus of WC: H coatings // Journal of the European Ceramic Society. - 2020. - T. 40. - № 7. - C. 2721-2730.

157. Li B. S. et al. Influence of N2/Ar flow ratio on microstructure and properties of the AlCrSiN coatings deposited by high-power impulse magnetron sputtering // Coatings. - 2017. - T. 8. - № 1. - C. 3.

158. Mei H. et al. Influence of nitrogen partial pressure on microstructure and tribological properties of Mo-Cu-VN composite coatings with high Cu content // Coatings. - 2018. - T. 8. - № 1. - C. 24.

159. Demeter A. et al. Visible-light photocatalytic activity of TiOxNy thin films obtained by reactive multi-pulse High-Power Impulse Magnetron Sputtering // Surface and Coatings Technology. - 2017. - T. 324. - C. 614-619.

160. Hanninen T. et al. Stoichiometric silicon oxynitride thin films reactively sputtered in Ar/N2O plasmas by HiPIMS // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2016. - T. 49. - № 13. - C. 135309.

161. Hellgren N. et al. High-power impulse magnetron sputter deposition of TiBx thin films: Effects of pressure and growth temperature // Vacuum. - 2019. -T. 169. - C. 108884.

162. Audronis M., Bellido-Gonzalez V. Hysteresis behaviour of reactive high-power impulse magnetron sputtering // Thin Solid Films. - 2010. - T. 518. -№ 8. - C. 1962-1965.

163. Cyvien J. et al. Synthesis of ZrO2/Y2O3 by combined arc and magnetron sputtering technique // Surface and Coatings Technology. - 2004. - T. 180. -C. 53-58.

164. Ananthakumar R. et al. Effect of substrate temperature on structural, morphological and optical properties of crystalline titanium dioxide films prepared by DC reactive magnetron sputtering // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2012. - T. 23. - C. 1898-1904.

165. Meng L., Andritschky M., Dos Santos M. P. The effect of substrate temperature on the properties of sputtered titanium oxide films // Applied surface science. - 1993. - Т. 65. - С. 235-239.

166. Блейхер Г. А., Кривобоков В. П., Юрьева А. В. Магнетронное осаждение покрытий с испарением мишени // Журнал технической физики. -2015. - Т. 85. - № 12. - С. 56-62.

167. Блейхер Г. А., Кривобоков В. П. Эрозия поверхности твердого тела под действием мощных пучков заряженных частиц. - 2014. - 248 с.

168. Майссел Л. Технология тонких пленок: справочник / Л. Майссел, Р. Глэнг. - Нью-Йорк. - 1970 // Пер. с англ. под ред. М. И. Елинсона, Г. Г. Смолко. - Т 1. - М., «Сов. радио». - 1977. - 664 с.

169. Ершов А. В. Напыление тонких пленок испарением в вакууме: практикум. / А. В. Ершов, А. В. Нежданов - Нижний Новгород: Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 2020. -30 с.

170. Белоус В. А. и др. Роль аргона в газовой смеси с азотом при получении нитридных конденсатов системы Ti-Si-N в вакуумно-дуговых процессах осаждения // Журнал технической физики. - 2013. - Т. 83. - № 7. -С. 69-76.

171. Берлин Е. В. Ионноплазменные процессы в тонкопленочной технологии / Е. В. Берлин, Л. А. Сейдман - Москва: Техносфера, 2010. - 528 c.

172. Behrisch R., Eckstein W. (ed.). Sputtering by particle bombardment: experiments and computer calculations from threshold to MeV energies. - Springer Science & Business Media, 2007. - Т. 110.

173. Григорьев Ф. И. Моделирование распределения осаждаемых частиц по поверхности подложки при ионно-плазменном нанесении тонких пленок: Метод. указания к лаб. работе / Ф. И. Григорьев, А. А. Чернов -Москва: Московский государственный ин-т электроники и математики, 2011. - 32 с.

174. Данилин Б. С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок / Б. С. Данилин - М.: Энергоатомиздат, 1989. -328 с.

175. Данилин Б. С. Магнетронные распылительные системы / Б. С. Данилин, В. К. Сырчин - М.: Радио и связь, 1982. - 72 с.

176. Быстров Ю. А. и др. Особенности переноса распыленных атомов при нанесении пленок Ta2O5 на подложки сложной пространственной конфигурации // Письма в ЖТФ. - 2002. - Т. 28. - № 5.

177. Sarakinos K., Alami J., Konstantinidis S. High-power pulsed magnetron sputtering: A review on scientific and engineering state of the art // Surface and coatings technology. - 2010. - Т. 204. - № 11. - С. 1661-1684.

178. Depla D., Haemers J., De Gryse R. Discharge voltage measurements during reactive sputtering of oxides // Thin Solid Films. - 2006. - Т. 515. - № 2. -С. 468-471.

179. Чибисов А. Н., Бизюк А. О. Квантово-механический расчет структуры, электронных свойств и стабильности наночастиц оксида титана // Химическая физика и мезоскопия. - 2009. - Т. 11. - № 3. - С. 403-407.

180. Hajihoseini H. et al. The effect of magnetic field strength and geometry on the deposition rate and ionized flux fraction in the HiPIMS discharge // Plasma.

- 2019. - Т. 2. - № 2. - С. 201-221.

181. Laegreid N., Wehner G. K. Sputtering yields of metals for Ar+ and Ne+ ions with energies from 50 to 600 eV // Journal of Applied Physics. - 1961. - Т. 32.

- № 3. - С. 365-369.

182. Depla D. et al. Understanding the discharge voltage behavior during reactive sputtering of oxides // Journal of applied physics. - 2007. - Т. 101. - № 1.

183. Mack E., Osterhof G. G., Kraner H. M. Vapor pressure of copper oxide and of copper // Journal of the American Chemical Society. - 1923. - Т. 45. - № 3.

- С. 617-623.

184. Dushman S., Pierce J. R. Scientific foundations of vacuum technique // Physics Today. - 1949. - Т. 2. - № 7. - С. 27-27.