Техническое творчество играет значимую роль в подготовке будущих специалистов, и многие студенты Северодвинского филиала САФУ активно занимаются этим направлением. Недавний яркий пример — работа третьекурсников Михаила Лычагина и Александра Чеченева, которые обучаются по специальности 27.03.04 «Управление в технических системах». Они разработали и собрали лабораторную магнетронную распылительную установку, способную производить тонкоплёночные покрытия методом катодного распыления в условиях тлеющего разряда.
Суть работы установки заключается в создании вакуумной среды, где давление составляет около 20 Па. В этой камере между катодом, представляющим собой медную мишень, и анодом в виде кольцевого электрода, прикладывается высокое напряжение, достигающее 1,5 кВ. Под такими условиями газ в камере ионизируется, что приводит к образованию тлеющего разряда — самоподдерживающегося разряда с плазмой.
При возникновении тлеющего разряда электроны, выбрасываемые с катода, начинают ускоряться в области катодной тёмной границы, получая достаточную энергию для ионизации атомов газа. Положительные ионы, образующиеся в процессе, ускоряются в узком катодном слое и ударяются о поверхность мишени, выбивая атомы металла. Этот процесс называется распылением.
Ключевым элементом данной магнетронной конфигурации является магнитная ловушка. За медной мишенью размещены ферритовые магниты, создающие замкнутое кольцевое магнитное поле с индукцией в пределах нескольких десятков миллитесла. Скрещенные электрическое и магнитное поля заставляют электроны двигаться по сложным циклоидным траекториям вдоль поверхности мишени, что предотвращает их уход вглубь камеры. Это значительно увеличивает длину пробега электронов и, как следствие, вероятность их столкновения с атомами газа, что приводит к повышению плотности плазмы в прикатодной области.
Таким образом, эффективность ионизации возрастает в десятки раз по сравнению с немагнетронным распылением, а сам процесс становится возможным при относительно высоких давлениях.
К сожалению, из-за отсутствия аргона в камере использовался воздух с кислородом, что привело к переходу процесса в реактивный режим. Распыленные атомы меди взаимодействовали с кислородом как в плазме, так и на поверхности подложки, образуя оксид меди (CuO). В результате полученное покрытие на акриловой подложке приобрело характерный тёмно-коричневый цвет, что подтвердило формирование оксида.
Собранная установка включает в себя несколько ключевых компонентов: лабораторный автотрансформатор для регулировки входного напряжения, цифровой измеритель напряжения и тока, МОТ-трансформатор в сочетании с высоковольтным диодным мостом, который обеспечивает источник питания, магнетронный узел из ферритовых магнитов, вакуумметр и двухступенчатый вакуумный насос.
Потенциальные области практического применения разработанной установки включают электронику и полупроводниковую промышленность (например, производство печатных плат), оптику и оптоэлектронику (в частности, создание энергосберегающих и солнцезащитных стёкол), а также медицину, где могут быть нанесены антибактериальные и коррозионно-стойкие покрытия.
Проект Михаила Лычагина и Александра Чеченева демонстрирует высокий уровень подготовки студентов, их способность к самостоятельной инженерной деятельности и творческому решению сложных технических задач. Узнать больше о достижениях студентов можно на сайте Северодвинского филиала САФУ.