Г.Р. Сагателян1, С.Ю. Новиков2, М.Н. Былинкин3, А.В. Шишлов4

1,2,4 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
3АО ЦЭНКИ – филиал НИИПМ им. акад. В.И. Кузнецова (Москва, Россия)
1 h _sagatelyn@maul. ru, 2 chyjd@yandex.ru, 3 bylinkin5858@mail.ru, 4 orange_a@list.ru

Постановка проблемы. Технология магнетронного напыления, обладающего рядом преимуществ, которые связаны с большой скоростью осаждения, высоким качеством получаемых пленок, универсальностью процесса и возможностью автоматизации, имеет самое широкое распространение в прецизионном приборостроении. Поэтому необходимо обеспечивать равномерность покрытия кольцевыми магнетронами в условиях планетарного движения напыляемой поверхности.

Цель. Разработать математическую модель, описывающую распределение толщины покрытия по напыляемой поверхности при магнетронном напылении кольцевыми магнетронами на основе расчета скорости роста пленки в зависимости от сочетания геометрических и кинематических факторов процесса при планетарном движении подложки.

Результаты. Разработана методика прогнозирования распределения толщины тонкопленочного покрытия на обрабатываемой поверхности при напылении кольцевыми магнетронами на установках с планетарной системой перемещения детали, основанная на созданных математических моделях, описывающих зависимость скорости осаждения тонкопленочного покрытия в отдельных точках поверхности детали от изменяющихся геометрических и кинематических параметров процесса напыления.

Практическая значимость. Результаты данной работы могут использоваться для прогнозирования распределения толщины покрытия на конкретных деталях при напылении на имеющихся установках, а также при разработке средств технологического оснащения вновь проектируемых установок в зависимости от конфигурации деталей, подлежащих напылению.

Сагателян Г.Р., Новиков С.Ю., Былинкин М.Н., Шишлов А.В. Формирование неравномерности толщины покрытия при напылении кольцевыми магнетронами на установках планетарного типа // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2025.
Т. 17. № 3. С. 34–45. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j22250980-202503-04

1. Braun M. Magnetron Sputtering Technique. Handbook of Manufacturing Engineering and Technology. 2014. P. 2929–2957.
2. Першиков С.А., Акимов И.И., Краснобаев Н.Н., Титов А.О., Крюков Д.А., Смирницкий В.Б. Сравнение методов магнетронного и термического напыления защитного покрытия для ленточных высокотемпературных сверхпроводников второго поколения // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2012. № 10 (114). С. 69–71.
3. Alexeeva O.K., Fateev V.N. Application of the magnetron sputtering for nanostructured electrocatalysts synthesis. International Journal of Hydrogen Energy. 2016. № 41. P. 3373–3386.
4. Gibson D.R., Brinkley I., Waddell E.M. Deposition of multilayer optical coatings using closed field magnetron sputtering. Proceedings of SPIE. August 2006. DOI: 10.1117/12.679052.
5. Roquiny Ph., Bodart F., Terwagne G. Colour control of titanium nitride coatings produced by reactive magnetron sputtering at temperature less than 100 C. Surface and Coatings Technology. 1999. № 116. P. 278–283.
6. Marszałek K., Stepien J., Mania R. Computer Controlled System for the Magnetron Sputtering Deposition of the Metallic Multilayers. International Journal of Electronics and Telecommunications. 2014. V. 60. № 4. P. 291–298.
7. Greczynski G., Hultman L., Petrov I. Towards lowering energy consumption during magnetron sputtering: Benefits of high-mass metal ion irradiation. J. Appl. Phys. 2023. № 134. P. 140901. DOI: 10.1063/5.0169762. Published Online: 9 October 2023.
8. Li Zh., Miyake Sh., Mori M. Plasma Properties and Ion Energy Distribution in DC Magnetron Sputtering Assisted by Inductively Coupled RF Plasma. Jpn. J. Appl. Phys. November 2003. V. 42. Part 1. № 11. P. 7086–7090.
9. Wuhrer R., Yeung W.Y. Effect of target–substrate working distance on magnetron sputter deposition of nanostructured titanium aluminium nitride coatings. Scripta Materialia. August 2003. № 49(3). P. 199–205 DOI:10.1016/S1359-6462(03)00264-1.
10. Tadjine R., Alima M.M., Kechouane M. The erosion groove effects on RF planar magnetron sputtering. Surface & Coatings Technology 2017. № 309. P. 573–578.
11. Алиханов О.Э., Беликов А.И., Зайнуллин Р.И. Использование компьютерного моделирования для выбора компоновки системы магнетронного нанесения покрытий на детали сложной формы // Вестник РВО. 2023. № 3 (30.12.2023). URL: https://www.vestnik-rvo.ru/issues/2023- 02/5851/.
12. Zhao Jiang, Zhenlin Wang, Shuilian Luo, Zhanji M.A. Yanchun H.E. Jiang X.U. Optimizing the Thickness Uniformity of Magnetron Sputtering Deposited Films on a Large-Scale Curved Workpiece Surface ELECTRONIC AND OPTICAL MATERIALS. 2024. V. 30. № 2. https://doi.org/10.5755/j02.ms.35103.
13. Han Y., Li S., Li X., Ma J., Ping J., Sun Y. Study on Process Parameters of Magnetron Sputtering Titanium Coating in Deep Porous Structures. ACS Omega. 2024. V. 9(12). P. 14551–14557. Published 2024 Mar 13. doi:10.1021/acsomega.4c00540.
14. Мансуров Г.Н., Петрий О.А. Электрохимия тонких металлических пленок: Монография. М.: МГОУ. 2011. 351 с.
15. Беляев С.Н. Технологические особенности выбора материалов и методов напыления узлов гироприборов // Изв. вузов. Сер.: Приборостроение. 2009. Т. 52. № 3. С. 73–79.
16. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь. 1982. С. 88–89.
17. Костржицкий А.И., Карпов В.Ф., Кабанченко М.П., Соловьева О.Н. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. М.: Машиностроение. 1991. С. 98–104.
18. Никоненко В.А. Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD. Практикум / Под ред. Г.Д. Кузнецова. М.: МИСИС. 2001. 48 с.
19. Патент RU 2 606 363 C2. Установка карусельного типа для магнетронного напыления многослойных покрытий и способ магнетронного напыления равнотолщинного нанопокрытия: / C. Б. Одиноков, Г.Р. Сагателян, А.С. Кузнецов, М.С. Ковалев, Е.А. Дроздова, А.В. Шишлов, П.С. Демидов. 2017.
20. Huang C.S., Lai W.Y., Chen B.Y., Lin C.J., Kuan C.K., Tseng T.C. Improving the uniformity of magnetron sputtering titanium film for nonlinear injection kicker. 15th International Particle Accelerator Conference, Nashville, TN JACoW Publishing. DOI: 10.18429/JACoW-IPAC2024-THPS25.