Анотація до роботи:

Петухов В.В. Структура, кінетика зростання та властивості плівок боридів та боронiтридів ванадію та танталу.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла.- Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України.- Харків.- 2008.

В дисертації викладено проведені системні експериментальні й теоретичні дослідження з встановлення змін складу, структури й фізико-механічних властивостей плівок у системах V-B, V-B-N та Ta-B, Ta-B-N.

Встановлено вплив геометрії розпилювальної системи та умов розпилення на властивості плівок, що одержано.

Показано, що за умов осадження плівок високотемпературних сполук, головним чинником, що впливає на склад та структуру плівок є умови переносу розпилених атомів мішені до поверхні конденсації. У зв’язку з цим, запропоновано механізм, що дає можливість провести моделювання впливу умов транспортування речовини крізь розрядний проміжок на зміни характеристик потоків атомів, що конденсуються на підкладці. Показано також, що за допомогою такого моделювання (за запропонованою у роботі схемою) можна здійснити підбір параметрів розпилення та осадження, які найбільш сприятимуть осадженню плівок з бажаними властивостями.

Представлено механізм розпилення мішеней в реактивному середовищі Ar+N₂, який пояснює зміну кінетики росту й розбіжності при розпиленні мішеней диборидів ванадію і танталу.

Запропоновано спосіб одержання багатошарових боридних і нітридних структур перехідних металів із заданими фізико-механічними властивостями в одному технологічному циклі, використовуючи одну мішень, варіюючи режими розпилення й співвідношення товщини в шарах. Цей спосіб також дає можливість захистити плівки боридів ванадію від окислення.

Наведено практичні рекомендації для одержання нанокристалічних плівок досліджених сполук.

В результаті проведення комплексних досліджень в дисертаційній роботі вирішено важливу задачу фізики твердого тіла, яка полягає в одержанні і дослідженні властивостей наноструктурних плівок фаз упровадження - диборидів і боронітридів V і Та; встановленні умов, при яких плівки формуються з оптимальними фізико-механічними властивостями. Одержані результати можна сформулювати у вигляді таких висновків:

1. В результаті експериментальних досліджень і комп’ютерного моделювання методом Монте-Карло, був визначений оптимальний інтервал осадження плівок диборидів ванадію і танталу, що забезпечує одержання максимальних за товщиною плівок зі складом, близьким до стехіометричного.

Встановлено вплив геометрії розпилювальної системи і режимів розпилення на зміни характеристик потоку часток, що конденсуються.

2. Показано, що при нереактивному ВЧ-магнетронному розпиленні в інтервалі 12 < pd < 40 Памм формуються нанокристалічні плівки стовпчастої структури з переважним зростанням блоків нормаллю до площини (001), близькі до стехіометричного складу фаз VB₂ і ТаB₂, з розміром зерен від 10 до 50 нм та їх фазовий склад однорідний по глибині, що у свою чергу говорить про схожість фізичних процесів, що відбуваються при утворенні наноструктурних плівок диборидів перехідних металів V групи.

3. Досліджено кінетику формування плівкових конденсатів реактивним ВЧ-магнетронним розпиленням у системах V-B-N і Та-В-N, залежно від відсоткового співвідношення азоту в суміші:

додавання азоту до складу робочого газу приводить до нітридизації мішені VB₂ і до відсутності боридних фаз в плівках. При малих добавках (2-5%) плівки в основному складаються з острівців нанокристалічної фази VN_0,35. При збільшенні змісту азоту (понад 5-10%) спостерігається утворення текстурованих нітридів VN_0,35 і VN.

при реактивному розпиленні мішені ТаВ₂ в середовищі Ar+N₂ утворюється нанокристалічна фаза ТаВ₂ і аморфна фаза ВN. Із збільшенням відсотків азоту в суміші кількість фази ТаВ₂ зменшується, а фази ВN збільшується.

4. Вперше досліджено і пояснено механізм нітридизації мішені VB₂ в середовищі «аргон + азот», що приводить до відсутності боридних фаз в одержаних плівках, і показано відмінності для реактивного розпилення мішеней VB₂ і ТаВ₂.

5. Досліджено фізико-механічні властивості синтезованих плівок. Встановлено, що твердість і пружність плівок залежать від умов їх одержання. При осадженні в інтервалі 12< pd < 40 Памм були одержані найтвердіші плівки, які можуть застосовуватися для підвищення стійкості інструменту, особливо в процесах, в яких відбувається інтенсивний знос інструменту (ТаB₂) і де представляють інтерес більш високі фрикційні властивості (VB₂).

6. На підставі висловленого показано, як шляхом варіювання умов осадження можна одержувати матеріали з однаковою твердістю, але різним значенням модуля Юнга, тобто поєднувати твердість з пружними і пластичними характеристиками. Запропонований підхід дає можливість легко підбирати покриття для конкретних задач науки і техніки.

Публікації автора:

1. Гончаров А.А., Зиновьев Н.И., Мироненко Е.В., Петухов В.В., Терпий Д.Н. Высокочастотная магнетронная распылительная система на базе установки УВН-75Р-3 // Вопросы атомной науки и техники.- 1998.- №5(6)-6(7).- С.57-58.

2. Petukhov V.V., Terpij D.N. Reactive sputtering by unbalanced magnetron // Вопросы атомной науки и техники.- 1999.- В.2(10).- С.3-5.

3. Ігнатенко П.И., Терпий Д.Н., Петухов В.В., Гончаров А.А. Влияние режима ВЧ-магнетронного распыления мишени VB₂ на состав и структуру напыляемых пленок // Неорган. материалы.- 2001.- Т.37, №9.- С.1201-1204.

4. Игнатенко П.И., Гончаров А.А., Петухов В.В., Терпий Д.Н. Исследование морфологии и физико-механических свойств пленок боридов ванадия, полученных методом нереактивного ВЧ-магнетронного распыления // Фізика і хімія твердого тіла.- 2003.- Т.4, №2.- С.378-381.

5. Терпий Д.Н., Игнатенко П.И., Петухов В.В. Прогнозирование состава и свойств пленок, полученных ионно-плазменным распылением // МФиНТ.- 2004.- Т.26, №8.- С.1063-1068.

6. Гончаров А.А., Петухов В.В., Терпий Д.Н., Игнатенко П.И., Ступак В.А. Наноструктурные пленки боридов ванадия // Неорган. Материалы.- 2005.- Т.41, №7.- С.799-802.

7. Гончаров А.А., Петухов В.В., Чайка Д.С. Особенности электрических и физико-механических свойств наноструктурных пленок борида ванадия // ФММ.- 2005.- Т.100, №3, С.26-31.

8. Игнатенко П.И., Гончаров А.А., Ступак В.А., Петухов В.В., Терпий Д.Н. Влияние азота на структуру и состав конденсируемых пленок в системе V-B-N // Известия РАН. Поверхность. Сер. Рентг., синхр. и нейтр. иссл-я.- 2006.- №1.- С.79-84.

9. Bazhin A.I., Goncharov A.A., Petukhov V.V., Radjabov T.D., Stupak V.A., Konovalov V.A. Magnetron sputtering of a vanadium-diboride target in an Ar+N₂ gaseous mixtures // Vacuum.- 2006.- V.80.- P.918-922.

10. Гончаров О.А., Игнатенко П.І., Петухов В.В., Коновалов В.А., Терпій Д.М. Фазоутворення і структура плівок боридів перехідних металів // Фізика і хімія твердого тіла.- 2006.- Т.7, №1.- С.72-75.

11. Гончаров А.А., Игнатенко П.И., Петухов В.В., Коновалов В.А., Волкова Г.К., Ступак В.А., Глазунова В.А. Состав, структура и свойства наноструктурных пленок боридов тантала // ЖТФ.- 2006.- Т.76, В.10.- С.87-90.

12. Гончаров А.А., Волкова Г.К., Коновалов В.А., Петухов В.В. Влияние подложки на ориентацию и структуру тонких пленок, полученных высокочастотным магнетронным распылением мишени диборида тантала // МФиНТ.- 2006, Т.28, №12.- С.1621-1628.

13. Гончаров А.А., Игнатенко П.И., Коновалов В.А., Ступак В.А., Волкова Г.К., Глазунова В.А., Петухов В.В. Фазообразование, структура и напряженное состояние наноструктурных пленок боридов тантала // ФММ.- 2007.- Т.103, №1.- С.1-6.

14. Гончаров О.А., Петухов В.В., Ігнатенко П.І., Ступак В.А. Багатошарова плівка VB₂-VN // Авт. св., заявка № U 2005 04756, 2005р.

15. Игнатенко П.И., Петухов В.В., Терпий Д.Н. Исследование структуры и свойств пленочных диборидов титана, ванадия и циркония // UzPEC-2. 2^nd Uzbekistan Physical Electronics Conf. Book of abstracts. Tashkent. November 3-5,- 1999.- С.86.

16. Игнатенко П.И., Петухов В.В., Гончаров А.А., Терпий Д.Н. Исследование стабильности структуры и свойств пленок силицидов никеля, титана и тантала // UzPEC-2. 2^nd Uzbekistan Physical Electronics Conf. Book of abstracts. Tashkent. November 3-5.- 1999.- С.87.

17. Игнатенко П.И., Петухов В.В., Гончаров А.А., Терпий Д.Н. Состав и структура пленок, полученных магнетронным распылением мишени VB₂ // Тезисы докладов IX научной конф. по росту кристаллов Москва. ИК РАН.- 2000.- С.343.

18. Игнатенко П.И., Петухов В.В., Гончаров А.А., Василенко Н.А., Терпий Д.Н. Факторы, влияющие на фазовый состав и структуру напыляемых пленок // VIII Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок ISPTTF- VIII Матер.конф. Iвано-Франківськ.- 2001.- С.28-29.

19. Зиновьев Н.И., Гончаров А.А., Петухов В.В., Терпий Д.Н., Ткачев А.И. Влияние параметров нанесения на фазовый состав и структуру износостойких пленок борида ванадия // Proceeding of 4^th International Conference «Vacuum Technologies and Equipment».- 2001, Kharkov, Ukraine.- P.322-323.

20. Petukhov V.V., Terpij D.N., Tkachov A.I. The Іnfluence of Depositing Parameters on the Phase Composition and Structure of Vanadium Diboride Films // The International Conference Future of Technological Plasmas. London.UK. 20.03.2001 Poster Session, Tech.2.5.

21. Игнатенко П.И., Терпий Д.Н., Гончаров А.А., Петухов В.В. Получение многослойных пленок с помощью ВЧ магнетронного распыления мишеней VB₂ и ZrB₂ // Proceeding of 5^th International Conference «Vacuum Technologies and Equipment».- 2002, Kharkov, Ukraine.- P.114-117.

22. Гончаров А.А., Игнатенко П.И., Петухов В.В., Коновалов В.А., Терпий Д.Н., Лобанов А.И., Ступак В.А. Структура, состав и свойства пленок боридов и нитридов ванадия, полученных ВЧ-магнетронным распылением // Сб. докладов межд. конф. ОТТОМ-6 Харьков.- 2005.- С.202-208.

23. Гончаров А.А., Петухов В.В., Игнатенко П.И., Коновалов В.А. Фазообразование и структура пленок боридов переходных металлов // Сб. докладов межд. конф. МКФТТП.- Х, Ив.-Франковск.- 2005.- С.33.

24. Гончаров А.А., Игнатенко П.И., Константинова Т.Е., Петухов В.В., Волкова Г.К., Коновалов В.А. Особенности фазообразования наноструктурных пленок боридов переходных металлов // Тезисы докладов межд. конф. «Современное материаловедение: достижения и проблемы» МMS-2005, Киев, 2005.- С.524-525.

25. Бажин А.И., Гончаров А.А., Петухов В.В., Раджабов Т.Д., Ступак В.А., Коновалов В.А. Особенности магнетронного распыления мишени VB₂ в среде Ar +N₂ // Сб. докладов Международной конференции «ВИП-2005» Звенигород - 2005.- С.42.

26. Бажин А.И., Гончаров А.А., Петухов В.В., Ступак В.А., Коновалов В.А. Влияние параметров распылительной системы на синтез тонких пленок в системе Ta-B // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» Звенигород.- 2006.- С.82-86.

27. Петухов В.В., Гончаров А.А. Волкова Г.К. Влияние процентного соотношения азота на формирование структуры и физико-механических свойств пленок в системе Ta-B-N // Сб. докладов Харьковской нанотехнологической Ассамблеи.- Харьков.- 2006.- С.359-363.

28. Петухов В.В. Влияние режимов ВЧ-магнетронного распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок в системе Та-В // Сб. докладов межд. конф. ОТТОМ-7 Харьков.- 2006.- С.102-105.

29. Гончаров А.А., Коновалов В.А., Дуб С.Н., Ступак В.А., Петухов В.В. Структура, состав и физико-механические свойства боридов тантала // Сб. докладов Харьковской нанотехнологической Ассамблеи - 2006 Харьков.- 2006.- С.365-367.

30. Петухов В.В. Структура, фазообразование и физико-механические свойства наноструктурных пленок систем Ta-B и Ta-B-N // Сб. докладов Харьковской нанотехнологической Ассамблеи-2007, Харьков.- 2007.- С.48-51.