автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Повышение качества технологической среды сверхвысоковакуумного оборудования с алмазоподобными покрытиями трибологического назначения

На правах рукописи УДК 539.232; 621.521

РУСАНОВ АНТОН ВИКТОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С АЛМАЗОПОДОБНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ТРИБОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук .

5 [-'(>п

Москва, 2009

003482208

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана.

Научный руководитель: кандидат технических наук

Невшупа Роман Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Нестеров Сергей Борисович кандидат технических наук Пересадько Андрей Григорьевич

Ведущая организация: ООО «МЭЛЗ-ЭВП»

Защита состоится "26" НQftSpft 2009 г. в ¡H ~~часов на заседании диссертационного совета Д.212.141.18 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

Телефон для справок: (499) 267-0963

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан « » октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Цветков Ю.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие электронной техники и нанотех-нологии ставят более жесткие требования к технологическому оборудованию для производства изделий и материалов электронной техники. Современное сверхвысоковакуумное (СВВ) технологическое оборудование электронной техники должно обеспечивать более высокую точность, быть более надежным и, что особенно важно, иметь более низкий уровень загрязнения. Согласно международной карте полупроводников, требования по содержанию на поверхности различных загрязняющих элементов на операциях эпитаксиального роста покрытий и нанолитографии составляют: для кислорода 1,0х1012 ат./см2, для мобильных ионов 2,ОхЮ10 ат./см2, углерода- 1,0х1013 ат./см2.

Увеличение сложности приборов электронной техники, сопровождающееся увеличением количества операций, осуществляемых внутри СВВ камеры, а также внедрение нанотехнологий, предполагающих применение принципиально новых нанолокальных методов, основанных на зон-довых методах и фокусированных ионных пучках, приводят к увеличению насыщенности технологических систем различными механизмами, расположенными внутри вакуумированного объема и служащими для транспортирования, манипулирования, прецизионного позиционирования изделий, привода технологических устройств (заслонок, прессов, каруселей и т.п.). Одним из перспективных путей развития технологического оборудования производства изделий электронной техники является создание автоматизированных технологических комплексов производства электронной техники, в которых различные технологические процессы объединены в единую линию, построенную по магистрально-модульному принципу, т.е. имеющую единую вакуумную транспортную магистраль, к которой через шлюзы подсоединены технологические системы, контрольно-измерительные системы, камеры межоперационного хранения и шлюзо-загрузочные камеры. Однако, в настоящее время практическая реализация таких линий экономически необоснованна из-за пониженной надежности и значительной генерации загрязняющих газов парами трения механических элементов. Увеличение числа механических элементов СВВ систем приводит к возникновению противоречия между конструктивной необходимостью их использования и требованиями по чистоте среды и надежности, предъявляемыми к технологическому оборудованию производства современных приборов и материалов электронной техники. В основе этого противоречия лежит отставание развития технологического оборудования, в первую очередь узлов трения механических элементов этого оборудования, которое не претерпело значительных изменений с 70-х годов ХХ-го века, от эволюции выпускаемых этим оборудованием приборов электронной техники.

Исследования, проведенные в нашей стране научными школами академика Крагельского, академика Болдырева, профессора Деулина, а также

в США, Чехии, Испании, Германии, Японии и других странах показали, что при работе в вакууме материалы и покрытия, применяемые в узлах трения, выделяют химически активные газы (метан, моно- и диоксид углерода, углеводороды, сернистый ангидрид и др.) и мелкодисперсные частицы, являющиеся продуктами износа материалов и покрытий, причем потоки газовыделения пропорциональны площади поверхности зоны контакта и зависят от удельной нагрузки и скорости скольжения. С целью уменьшения потоков газовыделения из механизмов был разработан ряд устройств со сложными высшими кинематическими парами (планетарные и волновые зубчатые зацепления, несоосная винт-гайка и др. — научная школа проф. Е.А. Деулина), а также магнито- и электрореологические приводы (проф. В.П. Михайлов), устройства магнитной левитации, устройства с управляемой упругой деформацией (проф. А.Т. Александрова), в которых площадь поверхности зоны внешнего трения значительно уменьшена или вовсе отсутствует. Однако платой за это стало значительное усложнение конструкции, пониженная жесткость (устройства левитации и управляемой упругой деформации), присутствие сильных магнитных полей, которые не допустимы во многих технологических процессах (контрольно-измерительные операции с использованием электронных и ионных пучков, нанесение покрытий из плазмы или ионных пучков).

В настоящее время в мире наблюдается новая тенденция, характеризующаяся возвращением к простым конструкциям вакуумных механизмов и направляющих скольжения и качения, однако с использованием принципиально новых материалов, покрытий и методов обработки поверхности. В качестве трибологических покрытий для СВВ систем в настоящее время используются мягкие металлы, дихалькогениды переходных металлов, в ряде случаев жидкие и консистентные смазки. Эти материалы имеют сравнительно высокий коэффициент трения и скорость износа, за исключением покрытий дисульфида молибдена, полученных ионноплазменным напылением, которые имеют коэффициент трения 0,002-0,005. Кроме того, при трении или обезгаживающем прогреве этих материалов выделяются химически активные газы, в том числе метан, сероводород, оксиды серы и другие газы, допустимые концентрации которых в технологических системах жестко лимитированы. На основе анализа требований были сформулированы обобщенные требования к покрытиям: коэффициент трения // < 0,05; коэффициент износа к» < 8x10"7 мм3 Н'1 м"1; поток газовыделения при работе покрытий Q < Ю"10 м3 Па с"1.

Одними из новых покрытий, еще не использующихся на практике в СВВ, но продемонстрировавших весьма высокие трибологические характеристики в лабораторных условиях, являются покрытия аморфного алма-зоподобного углерода (АПУ). Эти покрытия широко применяются как антиадгезионные, противоабразивные, антифрикционные, коррозионностой-кие покрытия во многих устройствах в атмосферных условиях. Одна из

разновидностей этих покрытий, а именно покрытия с высоким (свыше 38 ат. %) содержанием водорода, имеют сверхнизкий коэффициент трения в вакууме (0,001 и ниже). Однако, до сих пор совершенно не изучены их трибодесорбционные свойства, что не позволяет оценить уровень генерации газов из этих покрытий, а также остается не решенной проблема нестабильности сверхнизкого трения. В работах Доннета, Эрдемира и др. показано, что нестабильность трения может быть связана с обеднением содержания водорода в покрытии в процессе трения вследствие процессов десорбции. Таким образом решение обоих этих вопросов связано с проблемой трибодесорбции. С другой стороны, содержание водорода в покрытиях, а также фазовый состав, контролирующий механические и три-бологические характеристики покрытий, зависят от методов и режимов нанесения покрытий, а также использованных прекурсоров. Таким образом, для широкого внедрения углеродных покрытий в оборудование производства электронной техники актуальными задачами являются определение рациональных методов и режимов нанесения, определение масс-спектрометрического состава выделяющихся газов и кинетики газовыделения, определение источников и движущих сил десорбции газов, определение взаимосвязи между процессами нанесения покрытий и характером трибодесорбции, создание практических методов расчета показателей трибодесорбции и рекомендаций по методам и режимам нанесения, а также эксплуатации полученных покрытий.

Целью работы является повышение качества технологической среды сверхвысоковакуумного оборудования производства материалов и изделий электронной техники при использовании покрытий аморфного алмазопо-добного углерода в узлах трения внутрикамерных механических элементов данного оборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Теоретически исследовать источники и движущие силы трибоде-сорбционных явлений в покрытиях из АПУ.

2) Экспериментально исследовать состав продуктов трибодесорбции, кинетику и динамику процесса, их взаимосвязь с условиями трения и износа.

3) Выбрать методы и режимы нанесения покрытий, удовлетворяющие обобщенным требованиям по коэффициенту трения, скорости износа и удельному потоку газовыделения.

4) Создать методику расчета характеристик трибодесорбции из пар трения действующего оборудования и выработать рекомендации по методам и режимам нанесения покрытий.

Методы исследований. Теоретические исследования основаны на теории трения, теории адсорбции Ленгмюра, теории теплопроводности твердых изотропных тел, теории машин и механизмов, теории вероятности

и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились на сверхвысоковакуумном трибометре в Лаборатории трибологии и динамики систем (ЛТДС) Высшей центральной школы Лиона (ВЦШЛ, г. Лион, Франция). Образцы для экспериментальных исследований были созданы в лаборатории Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского «МАТИ», а также в исследовательском центре фирмы ШМ (США). Обработка результатов экспериментов выполнялась на ЭВМ с применением теории вероятности и математической статистики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Установлено, что десорбция газов из покрытий аморфного алмазо-подобного углерода происходит вследствие действия нетермических механизмов, связанных с пластической деформацией, повреждением, изнашиванием и разрушением покрытий при трении, в результате чего имеет место выход содержащихся в покрытии растворенных и окклюдированных газов (водорода и аргона), а также генерация метана в трибохимических реакциях, в то же время влияние фрикционного нагрева на десорбцию газов в слабонагруженных и миниатюрных узлах трения незначительно.

2. Определено, что в состав газов, выделяющихся при трении покрытий аморфного алмазоподобного углерода, входят водород и метан, а также атомы инертных газов, используемых при нанесении покрытий. При этом предполагавшееся ранее наличие в десорбирующихся газах метального радикала не подтверждено.

3. Использование плазмохимического метода нанесения покрытия позволяет получить покрытия с наименьшим, по сравнению с ионно-стимулированным методом, удельным потоком трибодесорбции по метану (< 1,9х 10"6 Памс"1), низким коэффициентом износа (2><10~7 мм3 1Г1 м"1) и весьма низким коэффициентом трения (0,001-0,034), который оставался стабильным в течение более 10 тыс. циклов трения.

4. Установлена взаимосвязь потока трибодесорбции с характером повреждения и износа материала. Экспоненциальное снижение потока трибодесорбции во времени свидетельствует о деформации материала в зоне трения без его износа и удаления из зоны трения (отсутствие или очень малая скорость износа), постоянное значение потока свидетельствует о постоянной скорости износа, возрастающее значение потока трибодесорбции свидетельствует об увеличении скорости износа во времени или вовлечении большего количества материала в активную зону трения.

Практическая ценность

Полученные результаты могут быть использованы для разработки трибологических покрытий узлов трения, работающих в вакууме в составе

технологического оборудования электронной техники и обладающих заданными характеристиками газовыделения как по составу газов, так и по потоку и количеству выделившихся газов. Полученные методы расчета позволяют определить кинетику газовыделения при работе покрытий из АПУ на стадии проектирования путем правильного выбора методов и режимов нанесения покрытий. Установленная взаимосвязь между характером газовыделения и процессами повреждения покрытия позволяют распространить систему вакуумной диагностики на покрытия АПУ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры МТ-11 «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э. Баумана и лаборатории ЛТДС при ВЦШЛ, 7-й и 9-й международных конференциях «Трибология и надежность» (г. Санкт-Петербург, 2007, 2009), 17-м международном вакуумном конгрессе (г. Стокгольм, Швеция, 2007), французско-русском семинаре по передаче технологий (г. Марсель, Франция, 2006), международной конференции «Образование через науку» (г. Москва, 2005), 2-й российской студенческой научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (г. Казань, 2005), Федеральной итоговой научно-технической конференции Всероссийского конкурса на лучшие научные работы студентов по естественным, техническим наукам (в области высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам (г. Звенигород, 2004), 10-й и 11-й международных научно-технических конференциях «Вакуумная наука и техника» (г. Судак, Украина, 2003, 2004), международной технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (г. Самара, 2003), 10-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (МЭИ, г. Москва, 2004).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 12 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, библиографического списка использованной литературы. Работа содержит 159 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 35 таблиц и библиографический список из 158 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, ее научная новизна и практическая ценность. Приводятся основные положения, выносимые на защиту, изложена структура диссертации.

В первой главе проведен анализ тенденций развития СВВ оборудования для производства изделий электронной техники и приведены современные требования к чистоте технологической среды для вакуумного на-пылительного оборудования, систем молекулярно-лучевой эпитаксии, ли-

тографического оборудования, оборудования финишной сборки электронно-оптических преобразователей. На основе анализа патентов и работ, опубликованных в открытой печати, в том числе работ научных школ проф. Е.А. Деулина (МГТУ им. Н.Э. Баумана) и проф. А.Т. Александровой (МИЭМ-ТУ), НПО ПМ г. Красноярск, НИИ «Полюс», а также научных групп Японии, России и других стран, показана диалектика развития конструкции внутрикамерных механизмов, в основе которой лежит необходимость преодоления противоречий между требованиями, предъявляемыми к этим механизмам. В настоящее время наиболее рациональное решение указанных противоречий может быть достигнуто за счет применения простых по конструкции механизмов и направляющих, но с использованием принципиально новых материалов, трибологических покрытий и методов обработки поверхности. Приведен обзор основных трибологических покрытий, на основе анализа которых составлены обобщенные требования, предъявляемые к трибологическим покрытиям внутрикамерных механизмов СВВ технологического оборудования: коэффициент трения ц < 0,05; коэффициент износа < 8х 10~7 мм3 Н"1 м'1; поток газовыделения при работе покрытий <2 < 10'10 м3 Па с'1.

Новым перспективным классом трибологических покрытий для работы в вакууме являются покрытия на основе аморфного алмазоподобного углерода (АПУ) с уникальными физическими, механическими, оптическими свойствами, в том числе трибологическими: низкий коэффициент трения (около 0,001) и высокой износостойкости в вакууме, а также по причине отсутствия серы, селена и других элементов этой группы, способных негативно повлиять на качество получаемых полупроводниковых структур изделий электронной техники. Проведен обзор видов углеродных покрытий трибологического назначения для работы в СВВ и рассмотрены их основные физические, механические и трибологические свойства. Также проведен анализ методов нанесения и их влияния на свойства покрытий. Показано, что покрытия с высоким (свыше 38 ат. %) содержанием водорода имеют сверхнизкий коэффициент трения в вакууме (0,001 и ниже).

Проведен обзор современного уровня исследования явлений трибоде-сорбции, в частности моделей трибодесорбции Крагельского, Деулина, Кужмана, Невшупы и др. Показано, что большинство теорий опираются на модель термически-стимулированной трибодесорбции, т.е. в качестве основной движущей силы десорбции газов при трении рассматривается практически только фрикционный нагрев поверхности в зоне трения. Данный подход был использован автором для расчета количества десорбиро-ванного газа из покрытий АПУ для условий трения, использованных в экспериментальной части данной работы (максимальная скорость скольжения 2 мм/с, наибольшее контактное давление 470 МПа). Расчет состоит из двух частей:, вначале, на основе уравнения теплопроводности в приближении Тьяна и Кеннеди определена функция изменения температуры во времени

на поверхности зоны контакта, а затем на основании полученных результатов и с использованием дифференциального уравнения баланса адсорбированных молекул на поверхности в приближении Ленгмюра и для адсорбции первого порядка определено количество молекул газа, которые десорбируют с поверхности зоны трения за один цикл трения. Результаты расчета следующие: максимальное повышение температуры в зоне контакта составляет от 0,03"С до 0,32°С, количество десорбированных молекул -менее 35 мол. Расчетные значения на 9-11 порядков меньше экспериментально измеренных величин и столь малы, что не могут быть измерены. Причиной этого является то, что в слабонагруженных и миниатюрных узлах трения, как в данной работе, вследствие малых размеров зоны контакта и сравнительно легких условий трения, время нагрева и охлаждения поверхности составляет лишь несколько миллисекунд, что значительно меньше постоянной времени десорбционных процессов. Таким образом, установлено, что термические механизмы не могут объяснить трибоде-сорбцию слабонагруженных пар трения. На основе приведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке теоретической феноменологической модели десорбции газов из покрытий трибологического назначения на основе аморфного аламазоподобного углерода.

Проведен анализ источников и возможных атермических механизмов газовыделения, являющихся следствием результата структурных, фазовых, механических, электромагнитных, поверхностных и других изменений, происходящих в зоне фрикционного контакта. В большинстве имеющихся моделей выбор компонентов трибодесорбции производится по структурному принципу, т.е. путем суммирования потоков из отдельных структурных элементов трибологического контакта. Поскольку, как показано в главе 1, для миниатюрных и слабонагруженных узлов трения современных и перспективных механических систем СВВ технологического оборудования термический подход не может в полной мере объяснить явление трибодесорбции, в данной работе предлагается использовать процессный подход, состоящий в том, что при моделировании трибодесорбции рассматриваются различные процессы, происходящие на поверхности зоны трения и в объеме материала под поверхностью.

Предложена модель трибодесорбции на основе модифицированного уравнения баланса потоков газов на поверхности зоны трения:

с1В

(!)

где 0 - коэффициент покрытия, пт - поверхностная плотность адсорбированных молекул в монослое, £?таа - удельный поток внутренней адсорбции, т.е. перехода атомов из растворенного в адсорбированное состояние, Qi -удельный поток адсорбции, - удельный поток растворения, -удельный поток десорбции. В СВВ потоком растворения можно пренеб-

речь. С учетом уравнений, описывающих входящие в уравнение (1) компоненты потока, получена система уравнений:

а/

е- =^Л1-£)ехр(-^]сЦ(/)

о л.О-^У • (2)

• рлтктв

сЫ>)=/Л>)

где Сшал - константа скорости внутренней адсорбции, ^ - энергия активации внутренней адсорбции, Л - универсальная газовая постоянная, Т5 температура поверхности, С| ,_<,(/) - концентрация растворенных атомов непосредственно под поверхностью (при г = 0), р - давление газа, 50 - коэффициент прилипания при нулевом заполнении, ш - масса молекулы, к -постоянная Больцмана, Т& - температура газа, Кй - константа десорбции, £1 - константа скорости десорбции, г - порядок десорбции, Е^ - энергия активации десорбции. Общее решение системы уравнений (2) для случая десорбции первого порядка и постоянной функции концентрации атомов непосредственно под поверхностью (/ё(0=Усс) имеет вид:

в(() = Сг ехр(-(*,/„ + К<+К,, (3)

где

К,

_ руг/ ^иМЯ!

П.. Ч лг

4 5 пш Я

(4)

»/

На основе анализа решения (3) показано, что основной эффект трения для случая малонагруженных и миниатюрных трибоконтактов заключается не в сокращении времени пребывания молекулы в адсорбированном состоянии в результате фрикционного нагрева, а в создании неравновесного пересыщенного состояния на поверхности в адсорбированном слое, что может быть причиной возникновения десорбционного потока, Предложенная схема этапов трибодесорбции показана на рис. 1. До начала трения поверхность покрытия находится в адсорбционно-десорбционном равновесии (рис. 1а). Относительная атомная концентрация газа внутри материала - в0, а равновесный коэффициент заполнения адсорбированного слоя - вщ. Допустим, что образование двух новых поверхностей происходит по плоскости П. На этих поверхностях в начальный момент времени после их образования коэффициент покрытия определяется значением в0. (рис. 16). На новой поверхности сразу после её образования вследствие реакций с окружающим разреженным газом начинаются адсорбционные и десорбцион-

Рис. 1. Схема этапов трибодесорбции

ные процессы, которые ведут к установлению равновесной концентрации вщ: избыток газа (0О > вса) десорбируется с новой поверхности, либо недостаток газа (в0 < 0еч) адсорбируется из газовой фазы . В результате этого в целом в вакуумной системе наблюдается повышение или понижение давления, соответствующие явлениям трибодесорбции или трибоадсорбции. Значение ва определено экспериментально методами анализа упругого рассеяния ионов и вторично-ионной масс-спектрометрии для разных покрытий, а равновесный коэффициент покрытия вщ определен из изотермы Ленгмюра. Полученные значения ¿?0 в 5-7 раз превышают наибольшее возможное значение вщ, что свидетельствует о преимущественной кинетически обусловленной десорбции газов в результате трения (рис. 1в), что подтверждает применимость модели нетермической десорбции.

Рассмотрены две частные нетермические модели десорбции, в которых, благодаря принятым допущениям, решение задачи может быть упрощено: (¡) модель для случая, когда трение происходит без удаления материала из зоны трения и без вовлечения нового материала в активную зону трения и (и) модель для случая, когда происходит равномерный износ материала в зоне трения с постоянной скоростью изнашивания.

В частной модели (1) предполагается, что при проходе индентора поверхностный слой толщиной /г подвергается пластической деформации, при этом молекулы газа, находящиеся в этом слое, частично выходят на поверхность. Вероятность десорбции молекулы газа при трении определяется феноменологическим коэффициентом а3. В результате выхода молекул на поверхность происходит смещение адсорбционно-десорбционного равновесия в сторону десорбции, и наблюдается суммарный поток десорбции газа басз с поверхности. На следующем цикле трения процесс повторяется, однако поток постепенно снижается, поскольку в активной зоне трения снижается концентрация газов. Получена зависимость для потока десорбции газа (?„ от номера цикла трения п:

180. =1«

р| 3

1-а,

(5)

где Д/1 - период между циклами трения, Сз° - исходная объемная концентрация молекул газа в покрытии, Ур\ — объем пластически деформируемой зоны трения.

График потока трибодесорбции (5) в полулогарифмических координатах является прямой линией, что позволяет определить значение коэффициента аз из выражения:

«3=1-10% (6) где Ъ определяется путем аппроксимации экспериментальных данных уравнением типа. у=а+Ьх.

В частной модели (11) предполагается, что износ происходит с постоянной скоростью, и в каждом цикле трения удаляется постоянное количество материала из зоны трения, а также вовлекается такое же количество нового материала в активную зону трения. Вероятность десорбции молекулы задается феноменологическим коэффициентом а4, значение которого может быть определено по экспериментальным данным по следующей формуле:

где Л^ - количество десорбированного газа за г циклов, Сз - исходная объемная концентрация молекул газа в покрытии, А - площадь поверхности трения. В этом случае поток трибодесорбции остается постоянной величиной во время трения, за исключением начальных циклов трения, когда он возрастает до установления стабильного режима газовыделения.

Кроме указанных двух частных моделей разработана модель, связывающая процессы износа и повреждения материала в зоне трения с потоком трибодесорбции. В этой модели полный трибодесорбционный поток рассматривается как свертка ядра трибодесорбционной функции и функции, описывающей вовлечение новых зон материала в активную зону трения:

ео=, (в)

где ()<1у\0 - ядро трибодесорбционной функции объема, А(Г) - функция вовлечения площади в активную зону трения, к(1) - функция изменения толщины поверхностного слоя во времени.

Аналитическая форма для функции ядра в настоящее время не известна, однако, она может быть определена эмпирически из простых экспериментов, например, используя раскалывание материалов или ударную ин-дентацию. Разработана модель для описания трибодесорбции при ударной индентации или раскалывании и методика определения феноменологического коэффициента, определяющего общую эффективность десорбции.

Для описания генерации газов в результате трибохимических реакций предложена модель, основанная на положениях теории механохимии. Среднее значение энергетического выхода, являющегося характеристикой

удельной интенсивности потока трибодесорбции трибохимической реакции, за время трения может быть определено как:

О О) = (9)

_'е<) ВДГ/ ™

где <2„ ^с - среднее значение потока газов, образующихся в трибохимической реакции, - коэффициент трения, - скорость трения.

Третья глава посвящена разработке методики количественного измерения трибодесорбции и экспериментальному исследованию десорбции газов при трении и прогреве в вакууме углеродных покрытий трибологи-ческого назначения, полученных различными методами с разными режимами нанесения.

Количественное измерение потока трибодесорбции основано на измерении сигнала давления во время трения и последующем решении уравнения баланса газовых потоков в вакуумной системе:

(ю)

ш

где V - объем вакуумной системы, ¿"-быстрота откачки.

На основе решения уравнения (10) получены уравнения для определения общих и удельных показателей трибодесорбции газов: полного и парциальных потоков, удельных полных и парциальных потоков с единицы поверхности зоны трения и из единицы объема активной зоны трения, полное количество десорбированного газа и других показателей.

Для экспериментального исследования десорбции газов была использована аналитическая СВВ установка, снабженная трибометрическим устройством, позволяющим выполнять возвратно-поступательное движение по схеме «шар - плоскость» в вакууме до 10'8 Па и квадрупольным масс-спектрометром, позволяющим регистрировать сигналы массовых чисел газов, находящихся в вакуумной камере. Быстрота откачки системы определена экспериментально при помощи метода постоянного объема для трех газов, присутствующих в масс-спектре трибодесорбции: водорода, метана и аргона.

В экспериментальных исследованиях были использованы покрытия, полученные двумя методами: плазмохимическим осаждением (ПХ) из газовой фазы и ионно-стимулированным (ИС) осаждением из газовой фазы с различными режимами нанесения.

Исследование спектра трибодесорбции покрытий, полученных без аргона показало, что в спектре наблюдаются пики с массовыми числами (т/е): 1, 2, 12-16, соответствующие ионам: НГ, Н2\ С+, СН1", СН2\ СНз+, СН)+. Изменение остальных сигналов находилось в пределах уровня шума и/или было статистически не значимо. Для покрытий, при нанесении которых был использован аргон, также наблюдались пики с массовыми числами 20 и 40, которые соответствуют ионам Аг2+ и Аг . Перечисленные выше ионы могут соответствовать десорбции водорода, метана, аргона и ме-

тильного радикала -СНз, образование которого в результате трения АПУ предполагается некоторыми авторами. При помощи матричного метода расшифровки масс-спектров и статистических методов было установлено, что ионы с массовыми числами 12-16 являются продуктами ионизации метана в ионизационной камере масс-спектрометра, а присутствие статистически значимого количества метальных радикалов в десорбирующихся газах не подтверждается. Для исследуемых образцов состав десорбируемых газов был следующим: водород - 42-84%, метан - 16-58%. При использовании аргона при нанесении покрытия состав газов был следующим: водород - 2-14%, метан - 2-10%, аргон - 82-96%.

Максимальные удельные с единицы поверхности потоки трибоде-сорбции имеют следующие значения:

У'\ ; ¡1 ¡т/е=12

Рис. 2. Изменение во времени коэффициента трения (а) и сигналов масс-спектрометра (б-е)

метан - 2,5x10""

V?

Па м с"

водород -

1,9x10° Памс"1; аргон - 7,2 хЮ"3 Па м с"1 - для покрытий, полученных методом ионно-стимулированного осаждения из газовой фазы, и метан -1,1 хЮ"3Памс1; водород - 5,7* 10"4 Памс'1 для покрытий, полученных методом плазмохимического осаждения из газовой фазы.

Анализ динамики коэффициента трения и сигналов масс-спектрометра позволяет выделить четыре основных этапа: I - приработка; II - установившееся трение с низким коэффициентом трения (НТ) порядка 0,01...0,1, для ряда покрытий на этом этапе достигалось сверхнизкое трение порядка 0,001...0,004 (СНТ); III - переход от НТ(СНТ) к повышенному трению и IV — установившееся повышенное трение (рис. 2). Установлено, что поведение потока десорбции водорода и метана для большинства образцов связано с изменением коэффициента трения: при возрастании коэффициента трения интенсивность десорбции тоже возрастает. Поведение потока десорбции аргона является более сложным, а его связь с изменением коэффициента трения не является

очевидной.

Установлено, что поведение трибодесорбции аргона имеет более тесную взаимосвязь с износом и повреждением покрытия в зоне трения: при постепенном износе покрытия поток трибодесорбции аргона постоянен во времени, а при наступлении катастрофического повреждения поток резко возрастает, а затем экспоненциально снижается. Такое поведение в точности соответствует второй и первой частным моделям десорбции.

На основе разработанных мо-|{, k t2 делей определены кинетические

характеристики трибодесорбции

11 кВ _ ___ для различных режимов нанесения

/ / X покрытий. Зависимость количест-

/ У ^if д

i г оло ✓ ва десорбированного метана от ' / у/ 2кВ времени при трении образцов, по' у' лученных методом ИС с исполь-S зованием одного ионного источ-

0,0 ' ' 50 ' ' ' loo" ' ' 150-200 НИКа ДЛЯ значений ускоряющего

t, с напряжения (Ц,ск) 1, 2 и 3 кВ пред-

Рис. 3. Зависимость количества десорби- ставлены на рис. 3. Времена окон-

рованного метана от времени трения для чания ^десорбции /„ г2, /3 со-

трех значении ускоряющего напряжения ,, ,

г ответствуют значениям иуск — 1

кВ; 2кВ; ЗкВ. Средний поток десорбции за время трения был наибольшим при ускоряющем напряжении UycK = 1 кВ, однако полное количество десорбированного метана не зависело от UycK и находилось в пределах (1,2-1,6)хЮ"10 Па м . Это свидетельствует о единстве механизмов десорбции во всех рассмотренных случаях, а различие потоков десорбции связано с различием скоростей износа покрытий: покрытия, полученные при С/уск = 1 кВ, имели наибольшую в исследованном диапазоне параметров скорость износа.

Для образцов, полученных методом ПХ постоянного тока с использованием циклогексана при UyCK = -650 В или ацетилена при UyCK = -500 В, третий и четвертый этапы трения не наступали и трибодесорбция газов была ниже уровня фона на протяжении всего эксперимента (2x103 циклов). При UyCK = -800 В происходила дестабилизация CHT и происходило заметное выделение газов (рис. 2). При использовании ВЧ плазмы и циклогексана трибодесорбция также не наблюдалась в течение всего эксперимента (ЮхЮ3 циклов).

Четвертая глава посвящена разработке практических инженерных методик расчета показателей трибодесорбции из покрытий АПУ, методов и режимов нанесения покрытий, удовлетворяющих обобщенным требованиям, предъявляемым к покрытиям СВВ оборудования, а также применению системы вакуумной диагностики для оценки состояния покрытий без разборки оборудования.

На основе проведенных исследований установлено, что для получения покрытий, удовлетворяющих обобщенным требованиям по коэффициенту трения (< 0,05), коэффициенту износа (< 8*10"7 мм3Н"1м'1), потоку трибо-десорбции (< Ю"10 м Па с"1), необходимо использовать метод плазмохими-ческого нанесения из газовой фазы при следующих режимах: ВЧ плазма с током на аноде /а = 0,2 А, током сетки /с = 2 мА, мощностью Р\ — 100 Вт, давление циклогексана в камере 8 Па; либо плазма постоянного тока, давление циклогексана 26,6 Па с потенциалом катодной поляризации подложки -650 В; либо плазма постоянного тока, давление ацетилена 26,6 Па с потенциалом катодной поляризации подложки -500 В. Полученные покрытия имели коэффициент трения 0,003-0,03, стабильность более 10 тыс. циклов, удельный поток трибодесорбции (при расчете из одного шарикоподшипника 200) водорода < 1,9хЮ'12 Пам с , метана - < 1,2хЮ"12Пам3 с"1, коэффициент износа 2x10"7 мм3ГГ'м4.

Разработана инженерная методика расчета показателей трибодесорбции из пар трения внутрикамерных механизмов, в которых применены твердосмазочные покрытия на основе АПУ.

Предложены способы использования разработанной ранее в МГТУ им. Н.Э. Баумана системы вакуумной диагностики для оценки состояния покрытий АПУ без вскрытия установки на атмосферу и разборки механизма. Предложено использовать инертные газы, выделяющиеся при трения покрытий АПУ, в частности аргон, для системы диагностики, поскольку поведение трибодесорбции этих газов является наиболее информативным в отношении характера и интенсивности процессов повреждения и износа покрытия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что вклад термических процессов в поток газовыделения при трении в слабонагруженных и миниатюрных узлах трения незначителен и составляет менее 5хЮ'5% от полного потока газовыделения, поэтому разработана новая атермическая модель трибодесорбции из покрытий аморфного алмазоподобного углерода, в которой основной движущей силой трибодесорбции рассматривается образование неравновесной пересыщенной концентрации атомов и молекул газа на новых поверхностях, образующихся при пластической деформации и разрушении покрытий при трении.

2. Установлен следующий состав десорбирующих газов в зависимости от используемого метода и режима нанесения покрытия. (1) покрытия без использования аргона при нанесении: водород - 42-84%, метан - 1658%. (2) покрытия, при нанесении которыхиспользован аргон: водород - 214%, метан - 2-10%, аргон - 82-96%. Подтверждено отсутствие метального радикала в составе десорбирующихся газов, наличие аргона подтверждает десорбцию газов именно из покрытий.

3. Показано, что для уменьшения удельных потоков трибодесорбции водорода с 5,7Х104 Памс"1 до < ЗДхЮ"6 Памс"1 и метана с 1,1x10"3 Па м с"1 до < 1,9x10_б Па м с"1 для покрытий, нанесенных методом плазмохимического осаждения из газовой фазы с использованием плазмы постоянного тока, необходимо уменьшить потенциал поляризации подложки с -800 В до -500 В.

4. Для получения покрытий, удовлетворяющих обобщенным требованиям по коэффициенту трения (< 0,05), коэффициенту износа (< 8x10'7 mm3H-V), потоку трибодесорбции (< Ю"10 м3Па с"1), необходимо использовать метод плазмохимического нанесения из газовой фазы при следующих режимах: ВЧ плазма с током на аноде 1Л = 0,2 А, током сетки /с = 2 мА, мощностью Pi = 100 Вт, давление циклогексана в камере 8 Па; либо плазма постоянного тока, давление циклогексана 26,6 Па с потенциалом катодной поляризации подложки -650 В; либо плазма постоянного тока, давление ацетилена 26,6 Па с потенциалом катодной поляризации подложки -500 В. Полученные покрытия имели коэффициент трения 0,0030,03, стабильность более 10 тыс. циклов, удельный поток трибодесорбции (при расчете из одного шарикоподшипника серии 200) водорода < 1,9Х10"12 Пам с'1, метана - < 1,2х10"12Пам3 с"1, коэффициент износа 2*10"7 мм'КГ'м"1.

5. Определение кинетики износа должно производится на основе разработаных моделей по характеру поведения потока трибодесорбции во времени. При этом экспоненциальное снижение потока трибодесорбции во времени свидетельствует о трении без удаления материала из зоны трения и без вовлечения нового материала в активную зону трения; постоянный поток трибодесорбции свидетельствует о постоянной скорости износа; увеличение потока трибодесорбции свидетельствует о возрастании скорости износа или количества материала в активной зоне трения во времени.

6. Для вакуумной диагностики состояния аморфных алмазоподоб-ных покрытий необходимо производить контроль изменения парциального давления инертного газа, используемого при нанесении покрытий, например аргона.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Трибостимулированная десорбция газов из тонкопленочных покрытий аморфного углерода в сверхвысоком вакууме / A.B. Русанов [и др.] //Вестн. Моск. гос. ун-та им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2008. № 3. С. 52-66.

2. Gas desorption during friction of amorphous carbon films / A. Rusanov

[et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2008. V. 100. P. 082050.

3. Газовыделение при трении пленок из алмазоподобного углерода в сверхвысоком вакууме / A.B. Русанов [и др.] // Трибология и надежность: Труды VII междун. конф. СПб. 2007. С.117-119.

4. Русанов A.B. Модель трибостимулированной абсорбции водорода (дейтерия) в нержавеющей стали // Образование через науку: Тез. докл. междунар. конф. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005. С. 649.

5. Русанов A.B. Построение модели абсорбции водорода в конструкционных материалах под влиянием трения // Всероссийский конкурс на лучшие научные работы студентов по техническим наукам (проекты в области высоких технологий): Тезисы проектов. М.: МИЭМ. 2004. Т.1. С. 75-79.

6. Русанов A.B., Невшупа P.A. Создание модели трибостимулированной абсорбции водорода в конструкционных материалах //Вакуумная техника и технология: материалы второй российской студенческой

' научно-технической конференции. Казань. 2005. С. 36-37.

7. Русанов A.B. Построение модели абсорбции водорода в конструкционных материалах под влиянием трения // Федеральная итоговая научно-техническая конференция «Всероссийского конкурса на лучшие научные работы студентов по естественным, техническим наукам (в области высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам»: Материалы итоговой конференции. М.: МИЭМ, 2004. С. 34-37.

8. Русанов A.B., Невшупа P.A., Деулин Е.А.. Компьютерное моделирование трибостимулированной абсорбции водорода (дейтерия) в нержавеющей стали // Вакуумная наука и техника: материалы XI международной научно-технической конференции. Судак. 2004. С. 142146.

9. Русанов A.B. Физическая наномодель сухого трения идеализированной пары трения // Всероссийский конкурс отбора на лучшие научно-технические и инновационные работы студентов по техническим наукам: Тезисы конкурса. М. 2003. С. 29.

10. Деулин Е.А., Русанов A.B., Рябов Н.В. Наномодель сухого трения идеализированной пары трения // Вакуумная наука и техника: материалы X международной научно-технической конференции в 2-х томах. Судак. 2003. Т.1. С. 304-309.

11. Деулин Е.А., Русанов A.B., Рябов Н.В. Физическая модель сухого трения идеализированной пары // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин: Международная техническая конференция. Самара. 2003. T.l. С.230-235.

12. Русанов A.B., Рябов Н.В., Деулин Е.А. Физическая модель сухого трения идеализированной пары // Десятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тез. докл. в 3-х т. М.: МЭИ. 2004. Т. 3. С.25-26.

Подписано к печати 20.10.09. Заказ №615 Объем 1,0 печл. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

Оглавление.

Список сокращений.

Введение.

1. Анализ проблем газовыделения в парах трения технологического сверхвысоковакуумного оборудования для производства изделий электронной техники.

1.1. Проблема обеспечения качества вакуумной среды в современном и перспективном сверхвысоковакуумном технологическом оборудовании для производства изделий электронной техники.

1.1.1. Анализ тенденций развития сверхвысоковакуумного технологического оборудования для производства изделий электронной техники. Проблемы обеспечения качества вакуумной среды.

1.1.2. Анализ тенденций развития механических элементов СВВ технологического оборудования электронной техники.

1.1.3. Обзор трибологических порытий для работы в СВВ.

1.2. Обзор углеродных покрытий трибологического назначения.

1.2.1. Виды углеродных покрытий трибологического назначения для работы в СВВ и их основные свойства.

1.2.3. Методы нанесения трибологических покрытий на основе углерода и их влияние на свойства покрытий.

1.3. Обзор современного уровня исследований явлений трибодесорбции.

1.4. Анализ применимости и ограничений термической модели для описания трибодесорбции в современном и перспективном оборудовании электронной техники.

1.4.1. Модель термических процессов в зоне трения.

1.4.2. Термическая модель десорбции молекул из зоны трения.

1.5. Постановка проблемы, цели и задачи исследования.

2. Теоретические основы десорбции газов из углеродных покрытий трибологического назначения.;.

2.1. Анализ источников и механизмов газовыделения.

2.2. Частные модели трибодесорбции.

2.2.1. Модель десорбции газов при растрескивании и разломе.

2.2.2. Модель десорбции газа из поверхностного слоя трения без удаления материала.

2.2.3. Модель трибодесорбции газа из поверхностного слоя трения с удалением материала.

2.3. Зависимости потока десорбции от условий износа и пластической деформации.

2.4. Трибохимические реакции.

Выводы к главе 2.

3. Экспериментальное исследование десорбции газов при трении и прогреве в вакууме углеродных покрытий трибологического назначения.

3.1. Разработка методики экспериментальных исследований.

3.1.1. Методика измерения потока и состава трибодесорбции.

3.1.2. Количественные показатели трибодесорбции.

3.2. Экспериментальное оборудование.

3.2.1. Описание экспериментального стенда.

3.2.2. Определение быстроты откачки вакуумной системы.

3.3. Методы нанесения и анализа покрытий.

3.3.1. Ионно-стимулированное осаждение из газовой фазы.

3.3.2. Плазмохимическое осаждение из газовой фазы.

3.3.3. Механические, химические и поверхностные характеристики исследуемых покрытий.

3.4. Исследование влияния условий трения, свойств покрытия и материала основы на газовыделение при трении в СВВ углеродных покрытий трибологического назначения.

3.4.1. Спектральный состав десорбируемых газов.

3.4.2. Динамика трибодесорбции и ее связь с трением и износом.

3.4.3. Зависимость кинетических характеристик трибодесорбции от режимов нанесения покрытий.

3.4.4. Анализ исследования зависимости трибодесорбции от износа и определение коэффициентов эффективности десорбции.

3.4.5. Газовыделение из исследуемых покрытий АПУ при нагреве.

Выводы по главе 3.

4. Практические методы и рекомендации по созданию трибологических покрытий на основе углерода с заданными трибодесорбционными свойствами и их применению в механических устройствах технологического оборудования производства электронной техники.

4.1. Методика расчета трибодесорбции из покрытий АПУ.

4.2. Рекомендации по методам и режимам нанесения углеродных трибологических покрытий с заданными трибодесорбционными свойствами.

4.3. Рекомендации по вакуумной in situ диагностике степени повреждения покрытий АПУ.

Выводы по главе 4.

Последние два десятилетия наблюдается последовательный и ускоренный рост производства изделий электронной техники. Даже в условиях глобального финансового кризиса 2008-2009 гг. электронная промышленность испытала значительно меньшие потрясения, чем в других секторах мировой экономики. Этот рост обеспечен достижениями в фундаментальных и прикладных исследованиях физической электроники, физики твердого тела, оптики и других дисциплинах, приведших к созданию новых элементов и интегральных схем для микро-, иано- и оптоэлектроники, включая модуляционно-легированные полевые транзисторы, транзисторы с высокой электронной подвижностью, гетероструктурные биполярные транзисторы, туннельно-резонансные диоды, запоминающие устройства высокой емкости, высокопроизводительные микропроцессоры и пр. В основе многих современных приборов электронной техники лежат полупроводниковые структуры, благодаря использованию которых были созданы [2]: низкопороговые полупроводниковые лазеры, работающие в непрерывном режиме при комнатной температуре, лазеры с распределенной обратной связью (РОС) и с распределенными брэговскими зеркалами (РБЗ), поверхностно-излучающие лазеры, инфракрасные лазеры на гетероструктурах П-го рода; высокоэффективные светоизлучагощие диоды; солнечные элементы и фотодетекторы, основанные на эффекте широкозонного окна; полупроводниковая интегральная оптика, основанная на полупроводниковых РОС и РБЗ лазерах; гетеробиполярные транзисторы с широкозонным эмиттером; транзисторы, тиристоры, динисторы с передачей светового сигнала; мощные диоды и тиристоры; преобразователи света из инфракрасного в видимый диапазон; эффективные холодные катоды.

В развитии современной электронной техники, материалов и технологий их изготовления можно выделить следующие основные тенденции:

Миниатюризация, повышение степени интеграции. Миниатюризация характеризуется уменьшением размера наименьшего элемента интегральной схемы. По данным Международной технологической карты полупроводников [96] в 2007 г. этот размер составлял 45 нм, в 2009 г. - 32 нм, к 2011-2012 гг. ожидается его уменьшение до 22 нм, к 2018 г. — до 16 нм. В настоящее время технология 16 нм рассматривается как физический предел для существующих технологий.

Переход к наноэлектронике и нанотехнологиям. Для дальнейшего развития микроэлектроники и уменьшения минимального размера отдельного элемента структуры необходим переход от микроэлектроники к наноэлектронике, что предусматривает коренное изменение конструкции, принципов работы электронных приборов, а также технологий их изготовления. Нанотехнология представляет собой междисциплинарную область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющую дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Появление нанотехнологий в конце XX века связано с преодолением многих физических ограничений. В настоящее время нанотехнологии развиваются высокими темпами, среди перспективных наноструктур можно выделить упорядоченные углеродные нанотрубки, трехмерные упорядоченные структуры, органические молекулы с полупроводниковыми свойствами [115].

Использование новых материалов для полупроводников, проводников, диэлектриков. Во многих случаях дальнейшее развитие микроэлектроники и переход к нанотехнологиям лимитированы используемыми материалами. В основе большинства современных электронных и оптоэлектронных приборов лежат полупроводники типа SiGe/Si, AmBv, AHIBV на A1V, AUBV1, A1VBV1, а также гибридные структуры полупроводник-металл, полупроводник-диэлектрик, благодаря чему они имеют уникальные характеристики по быстродействию, компактности, более низкому потреблению электроэнергии и уровню шумов по сравнению с кремниевыми полупроводниковыми структурами [105]. Современные гетероструктурные переходы основаны на структурах типа GaAlAs/InAlAs/GaAs, InGaAs/InAlAs/InP, GaN/AlN/Al203, InP/GaAsSb, InAs/GaAsSb, InGaP/GaAs, HgCdTe и др., в которых отдельные слои имеют толщину от 10 до 400 нм. Для создания проводимости определенного типа отдельные слои гетероструюурных переходов легируются на стадии эпитаксиального роста донорными и акцепторными элементами, такими как фосфор, сурьма, углерод, кремний, германий, бериллий и др., концентрация которых,

16 20 3 как правило, лежит в интервале от З^Ю до 10 см" . Поскольку функционирование этих устройств основано на квантовых эффектах, необходимо обеспечивать весьма жесткие технические требования при их изготовлении. Технологические требования включают атомную гладкость и атомарную чистоту границ, прецизионно заданные толщины слоев (допустимое отклонение толщины по подложке 1%), профили легирования (допустимое отклонение по подложке 1%), чистоту используемых материалов, в которых концентрация посторонних примесей не должна превышать 10 частей на миллиард, а также заданный средний размер квантовых точек и плотность их распределения в плоскости базового слоя и в объеме между его гетерограницами [21,24, 65, 105, 139, 153].

Развитие электронной промышленности и переход к нанотехнологиям ставят более жесткие требования к технологиям производства изделий электронной промышленности. Изменения требований приводят к тому, что современное сверхвысоковакуумное (СВВ) технологическое оборудование электронной техники должно обеспечивать более высокую точность, обладать меньшим уровнем загрязнения и быть более надежным. Внедрение нанотехнологий предполагает применение принципиально новых нанолокальных методов, использующих зондовые (туннельные, силовые, электростатические, магнитные, термические и др.) методы, фокусированные ионные пучки и другие методы локальной модификации поверхности. Диапазон позиционирования образца в СВВ установках с применением фокусированных ионных пучков составляет порядка 100x100x15 мм с погрешностью позиционирования 0,3 мкм [34]. При этом манипуляторы и транспортные системы должны обеспечивать весьма высокие требования по чистоте среды как по отдельным газам, так и по потоку микрочастиц. Так, согласно [95], требования по содержанию на поверхности различных элементов составляют: кислорода - 1,0х1012 ат./см2,

10 2 13 2 мобильных ионов - 2,0x10 ат./см , углерода - 1,0x10 ат./см . Критическое количество частиц на 300 мм подложке составляет 75,4, а их критический диаметр в 2008 году - 28,3 нм. К 2010 г. планируется ужесточение требования к критическому диаметру частиц на 20% (22,5 нм).

Достижению этих целей препятствует несовершенство механизмов и в первую очередь их узлов трения, темпы развития которых заметно отстают от развития электронных приборов и технологий их изготовления и уже начинают тормозить дальнейшее их развитие. При работе в вакууме узлы трения внутрикамерных механических систем выделяют химически активные газы (метан, моно- и диоксид углерода, углеводороды, сернистый ангидрид и т.п.) и мелкодисперсные частицы, являющиеся продуктами износа материалов и покрытий, содержание которых в современных СВВ технологических системах жестко лимитировано (см. раздел 1.1.1).

Для выполнения заданных требований, предъявляемых к механизмам, приводам и манипуляторам СВВ технологического оборудования электронной техники необходимо создание новых материалов и покрытий для пар трения, которые должны обеспечивать стабильность трения, высокую точность, надежность и чистоту. Для обеспечения более высоких требований по точности, предъявляемым к механизмам современного перспективного технологического оборудования, необходимо использование покрытий с более низким коэффициентом трения и более высокой износостойкостью, что позволит снизить погрешность позиционирования. Надежность механизмов обеспечивается за счет стабильности сил трения и износа, постоянства геометрии контактирующих поверхностей прецизионных узлов трения, а чистота среды определяется интенсивностью выделения газов из зоны трения.

С развитием электронных технологий наблюдается переход от отдельных вакуумных технологических установок к созданию линий и кластеров. Также развитие технологий производства изделий электронной промышленности влечет за собой увеличение числа операций, что ведет к увеличению числа механизмов, вводов движения, манипуляторов, транспортеров и др. (см., например, установку Нанофаб-100 [34] в разделе 1.1.1. Таким образом, увеличение числа механизмов ведет к усложнению проблемы обеспечения чистоты технологической среды и представляет собой техническое противоречие, препятствующее дальнейшему развитию электронных приборов.

Проблемам влияния механизмов и пар трения на чистоту вакуумной среды посвящены работы Грошковского [84], Крагельского [27, 42], Любарского [42], Гуслякова [42], Дроздова [18], Регеля, Слуцкера, Томашевского [39], Дикинсона [55, 63, 69, 70, 79, 104, 148], Мори [116], Фуджи [81], Ишикавы [97, 98, 153], де Сеговии [74, 120, 122-124], Деулина [73, 74, 122, 129], Невшупы [73, 74, 120, 121-124, 129] и многих других. В них показано, что при сухом трении материалов в вакууме особенно ярко проявляется нестабильность сил трения, высокая скорость износа и генерации микрочастиц, а также эмиссия химически активных газов. Решение этой проблемы, по мнению большинства авторов, в настоящее время основывается на применении более совершенных трибологических покрытий для работы в СВВ.

Наиболее перспективными и удобными в использовании в условиях вакуума являются твердые покрытия на основе дихалькогенидов переходных металлов, поскольку для их удержания не требуются дополнительные приспособления; они имеют низкое давление насыщенных паров; не летучи; не конденсируются на окружающих поверхностях. В настоящее время в качестве твердосмазочного покрытия широко используются покрытия на основе дисульфида молибдена (MoS2). Однако, эти хорошо зарекомендовавшие себя применением в вакууме покрытия не решают проблему предотвращения загрязнения технологической среды за счет газовыделения при трении. Эти покрытия при своей работе генерируют химически активные газы (SO, S02, H2S и др.), а также имеют сравнительно высокий и нестабильный износ [36, 41, 125, 145]. Поэтому создание новых трибологических покрытий для работы в СВВ оборудовании электронной техники, которые бы помимо хороших трибологических характеристик, сопоставимых с существующими покрытиями (MoS2), обладали бы низкой эмиссией химически активных газов и нанодисперсных частиц, регламентируемых современными требованиями технологического оборудования, является весьма актуальной задачей.

Одним из наиболее перспективных классов трибологических покрытий для работы в вакууме являются покрытия на основе аморфного углерода, благодаря своим уникальным физическим, механическим, оптическим свойствам, в т.ч. трибологическим: низкому коэффициенту трения (0,001-0,005) и высокой износостойкости в вакууме [150]. Однако, их трибодесорбционные свойства, т.е. свойства эмиссии газов при трении, до сих пор не изучены. Это, а также проблема нестабильности трения препятствуют широкому внедрению этих покрытий в современное СВВ технологическое оборудование. Как было показано в недавних исследованиях группы из Высшей центральной школы Лиона, в работах Доннета и Эрдемира [53, 72, 150], нестабильность трения углеродных покрытий может быть связана с обеднением содержания в них водорода в результате трения. Таким образом, детальное исследование трибодесорбции из углеродных покрытий позволит решить обе проблемы: загрязнение вакуумной среды и нестабильность трения.

Другой важной проблемой, стоящей на пути широкого внедрения углеродных покрытий в качестве антифрикционных и износостойких покрытий поверхностей трения вакуумных механизмов в оборудование производства приборов и материалов электронной техники, является определение наиболее рационального метода и режимов нанесения этих покрытий, поскольку методы и режимы нанесения определяют фазовый состав углеродного покрытия и содержание водорода, которые являются критическими как для трибологических характеристик покрытий, так, возможно, и для их трибодесорбционных характеристик. Поэтому целью данной работы является повышение качества технологической среды сверхвысоковакуумного оборудования производства материалов и изделий электронной техники при использовании покрытий аморфного алмазоподобного углерода в узлах трения внутрикамерных механических элементов данного оборудования.

Работа состоит из 4 частей: в первой части производится анализ тенденций развития технологического оборудования для производства изделий электронной техники, определяются проблемы и противоречия развития, связанные с несовершенством механических элементов и их пар трения, исследуются возможные способы преодоления этих проблем и противоречий; проводится исследование проблемы газовыделения из пар трения вакуумного технологического оборудования для производства изделий электронной техники на основе имеющихся моделей и подходов. На основе проведенного анализа формулируется цель и определяются задачи данного исследования. Во второй части рассматриваются теоретические основы трибодесорбции газов из углеродных покрытий на основе нового процессного подхода, анализируются новые, нетермические и структурные механизмы активации физико-химических реакций, происходящих в активной области трения и ведущих к выделению газов. На основе новых подходов разрабатывается общая и несколько частных феноменологических моделей трибодесорбции газов из углеродных покрытий. В третьей части разрабатывается методика экспериментальных исследований трибодесорбции газов из углеродных покрытий, приводится описание использованного экспериментального оборудования, приводятся и анализируются результаты экспериментальных исследований по кинетике и спектральному составу трибодесорбции, взаимосвязи показателей трибодесорбции с условиями трения, методами и режимами нанесения покрытий, а также производится сопоставление экспериментальных результатов с разработанными моделями. В заключительной, четвертой части работы разрабатываются методы практического использования полученных теоретических и экспериментальных результатов, создаются методики расчетов трибодесорбции, даются рекомендации по методам нанесения углеродных покрытий, позволяющие регулировать трибодесорбционные характеристики покрытий на стадии их нанесения, предлагаются практические методы по использованию полученных результатов для вакуумной диагностики покрытий.

Результаты работы отражены в 12 публикациях и докладах на 11 национальных и международных конференциях.

Работа проводилась в двух лабораториях в рамках совместного проекта: в лаборатории кафедры МТ-11 («Электронные технологии в машиностроении») МГТУ им. Н.Э. Баумана и в Лаборатории трибологии и динамики систем (ЛТДС) при Высшей центральной школе Лиона (ВЦШЛ, г. Лион, Франция) при поддержке ' грантов посольства Франции в Москве, региона Рон-Альп (Rhones-Alpes) Франции и шестой рамочной программы «Мария Кюри» Европейского Союза (контракт 980042).

Автор искренне благодарит:

- МГТУ им. Н.Э. Баумана, Французское посольство в Москве, руководство региона Рон-Альп Франции и Европейскую Комиссиию за финансовую поддержку.

- проректора МГТУ им. Н.Э. Баумана Г.П. Павлихина, Н.А. Лобач, А. Зюкко, Т. Хоменко благодаря чьим усилиям стала возможна моя совместная аспирантура в МГТУ и ВЦШЛ;

-заведующего кафедрой МТ-11, профессора Ю.В. Панфилова и профессора Е.А. Деулина за помощь и поддержку при выполнении работы;

- научного руководителя с российской стороны, к.т.н., доцента каф. МТ-11 Невшупу Р.А. за помощь в организации и планировании экспериментальных исследований, разработке моделей и постоянную поддержку при выполнении и написании работы;

- научного руководителя с французской стороны, профессора ЛТДС Жана-Мишеля Мартана за помощь в организации работы, финансовую помощь в изучении французского языка и за усилия, сделавшие мое пребывание в ЛТДС комфортным и продуктивным;

- научного консультанта с французской стороны, научного сотрудника ЛТДС Жульена Фонтэна за ценные дискуссии по теме работы и помощь в проведении экспериментальных исследований;

- сотрудников Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского «МАТИ» В.М. Елинсон и А.Н. Лямина за помощь в нанесении покрытий;

- инженеров ЛТДС Лё Моня Т., Гибера М. за помощь в решении технических проблем при проведении исследований в ЛТДС;

- исследовательский центр фирмы IBM за любезно предоставленные образцы; -аспиранта кафедры МТ-11 при МГТУ им. Н.Э. Баумана Базиненкова A.M., аспирантов ЛТДС при ВЦШЛ Филиппона Д., Руэ М., Матту К., Мерье Ж. за всестороннюю помощь и ценные дискуссии.

Общие выводы

1. Установлено, что вклад термических процессов в поток газовыделения при трении в слабонагруженных и миниатюрных узлах трения незначителен и составляет менее 5><10"5% от полного потока газовыделения, поэтому разработана новая атермическая модель трибодесорбции из покрытий аморфного алмазоподобного углерода, в которой основной движущей силой трибодесорбции рассматривается образование неравновесной пересыщенной концентрации атомов и молекул газа на новых поверхностях, образующихся при пластической деформации и разрушении покрытий при трении.

2. Установлен следующий состав десорбирующих газов в зависимости от используемого метода и режима нанесения покрытия. (1) покрытия без использования аргона при нанесении: водород - 42-84%, метан - 16-58%. (2) покрытия, при нанесении которыхиспользован аргон: водород — 2-14%, метан — 2-10%, аргон - 82-96%. Подтверждено отсутствие метального радикала в составе десорбирующихся газов, наличие аргона подтверждает десорбцию газов именно из покрытий.

3. Показано, что для уменьшения удельных потоков трибодесорбции водорода с 5,7х 10"4 Памс"1 до < 3,1хЮ"6 Пам с"1 и метана с 1,1 х10"3 Пам с"1 до < 1,9x10"6 Па м с"1 для покрытий, нанесенных методом плазмохимического осаждения из газовой фазы с использованием плазмы постоянного тока, необходимо уменьшить потенциал поляризации подложки с -800 В до -500 В.

4. Для получения покрытий, удовлетворяющих обобщенным требованиям по коэффициенту трения (< 0,05), коэффициенту износа (< 8х10"7 мм3Н"'м"1), потоку трибодесорбции (< 10"'° м3Пас-1), необходимо использовать метод плазмохимического нанесения из газовой фазы при следующих режимах: ВЧ плазма с током на аноде /а = 0,2 А, током сетки /с = 2 мА, мощностью Pi = 100 Вт, давление циклогексана в камере 8 Па; либо плазма постоянного тока, давление циклогексана 26,6 Па с потенциалом катодной поляризации подложки -650 В; либо плазма постоянного тока, давление ацетилена 26,6 Па с потенциалом катодной поляризации подложки -500 В. Полученные покрытия имели коэффициент трения 0,003-0,03, стабильность более 10 тыс. циклов, удельный поток трибодесорбции (при расчете из одного шарикоподшипника серии 200) водорода < 1,9><10"12 Пам3с~', метана - < 1,2x10"12 Па м3 с"1,

7 3 11 коэффициент износа 2x10" мм Н" м" .

5. Определение кинетики износа должно производится на основе разработаных моделей по характеру поведения потока трибодесорбции во времени. При этом экспоненциальное снижение потока трибодесорбции во времени свидетельствует о трении без удаления материала из зоны трения и без вовлечения нового материала в активную зону трения; постоянный поток трибодесорбции свидетельствует о постоянной скорости износа; увеличение потока трибодесорбции свидетельствует о возрастании скорости износа или количества материала в активной зоне трения во времени.

6. Для вакуумной диагностики состояния аморфных алмазоподобных покрытий необходимо производить контроль изменения парциального давления инертного газа, используемого при нанесении покрытий, например аргона.

1. Александрова А.Т. Новые способы передачи и формирования движения в вакууме. М.: Высшая школа, 1979. 69 с.

2. Алферов Ж. И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32, № 1. С. 3-18.

3. Беликов А.И. Повышение вакуумных и фрикционных характеристик механизмов с твердосмазочным покрытием на основе дисульфида молибдена для вакуумного технологического оборудования: Дис. . к.т.н. М., 1998. 203 с.

4. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. М. : Компьютер Пресс, 1998. 267с.

5. Булгаревич С. Б. Термодинамические характеристики несамопроизвольных химических реакций, инициируемых трением // Контактное взаимодействие и сухое трение. М. : Моск. гос. техн. ун-т. им. Н. Э. Баумана. 2005. С. 60-67.

6. Бутягин П. Ю. Проблемы и перспективы механохимии // Успехи химии, 1994. Т. 63. С. 1031-1043.

7. Бутягин П. Ю., Стрелецкий А. Н. Кинетика и энергетический баланс в механохимических превращениях // ФТТ. 2005. В. 5, Т. 47. С. 830-836.

8. Варенцов Е. А., Хрусталев Ю. А. Механоэмиссия и механохимия молекулярных органических кристаллов // Успехи химии, 1995. Т. 64. С. 834— 839.

9. Василенко Н. В. Построение исполнительных схем оборудования электронной техники на основе волнового движения: дис. . д.т.н. Красноярск: Сибирская аэрокосмическая академия им. М.Ф. Решетнева, 1999. 430 с.

10. Влияние конструктивных особенностей оборудования для молекулярно-лучевой эпитаксии на свойства эпитаксиальных слоев / А. Г. Денисов и др. // Электронная промышленность, 1984. № 2. С. 93-97.

11. Влияние природной механоакгивации на выбросоопасность углей /Фролков Г.Д. и др. // Вестник шахтинского центра научного центра по безопасности работ в угольной промышленности ВостНИИ. 1997. URL. http ://vostni i .must.ru/outburstsru.htm

12. Гаркунов Д.Н. Научные открытия в триботехнике. Эффект безызности при трении. Водородное изнашивание металлов. М.: Изд-во МСХА. 2004. 384 с.

13. Гладштейн И. С., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М : Физматгиз, 1963. 1100 с.

14. Деулин Е. А., Медников М. И., Папко В. М. Расчет, конструирование и особенности эксплуатации механизмов для работы в вакууме. М. : Машиностроение, 1986. 80 с.

15. Деулин Е.А., Павлов А.Н. Повышение точности герметичных планетарных вводов вращения // Известия вузов, 1982. №10. С. 37-42.

16. Деулин Е.А., Пересадько А.Г. Диагностика и предсказание отказов механических элементов вакуумного оборудования // Контроль и диагностика, 1998. №5. С. 21-28.

17. Догадкин Б. А., Донцов А. А., Шершнёв В. А. Химия эластомеров. М. : Химия, 1981.376 с.

18. Дроздов Ю. П., Павлов В. Г., Пучков В. Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. 223 с.

19. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. М.: Мир, 1964. 716 с.

20. Евдокимов В. Д., Семов Ю. И. Экзоэлектронная эмиссия при трении. М.: Наука, 1973. 182 с.

21. Загрузочно-транспортные устройства сверхвысоковакуумного оборудования / В. Ф. Варакин и др. // Электронная промышленность, 1988. № 6. С. 23-26.

22. Ионно-пучковый метод определения массовой плотности углеводородной матрицы в тонкопленочных нанокомпозитах / Н. Г. Чеченин и др. // Письма в ЖТФ. 2007. В. 21, Т. 33. С. 47-55.

23. Кинетика и механизм выделения летучих продуктов при раскалывании монокристаллов неорганических соединений / Ф. X. Уракаев и др. // Кинетика и катализ. 1978. Т. 19, № 6. С. 1442-1447.

24. Копьев П. С., Леденцов Н. Н. Молекулярно-лучевая эпитаксия гетероструктур соединений III/V // Физика полупроводников. 1988. Т. 22, № 10. С. 1093-1101.

25. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении. Киев: Техника, 1976. 296 с.

26. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев: Техника, 1970. 395 с.

27. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

28. Кужман А.Г. Повышение надежности сверхвысоковакуумного технологического оборудования: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М. 1987. 16 с.

29. Кужман А. Г., Чернышева Е. Ю., Шапкин Е. В. Исследование фрикционных характеристик твердосмазочного покрытия ВНИИ НП 220 в атмосфере и в вакууме // Труды Московского института электроники и математики (М.). 1974. Т. 42. С. 110-124.

30. Курс физической химии / Герасимов Я. И. и др. ; в 2-х томах. М.: Химия, 1964. Т. 1.624 с.

31. Медников М.И. Вводы движения в вакуум. М.: Машиностроение, 1974. 184 с.

32. Механика и физика точных вакуумных механизмов : Моногр.; в 2-х т. /Моск. гос. техн. ун-т. им. Н. Э. Баумана Под ред. Е. А. Деулина. М. : НПК Интелвак, 2001. Т. 1. 176 с.

33. Механика и физика точных вакуумных механизмов : Моногр.; в 2-х т. /Моск. гос. техн. ун-т. им. Н. Э. Баумана Под ред. Е. А. Деулина. М. : НПК Интелвак, 2002. Т. 2. 152 с.

34. Нанофаб 100. Нанотехнологические комплексы : Информационная брошюра. М.: НТ-МДТ, 2008. 8 с.

35. Невшупа Р. А. Повышение надежности высоковакуумных механизмов на основе учета влияния обезгаживающего прогрева: автореф. дисс. . к.т.н. М. : Моск. гос. техн. ун-т. им. Н. Э. Баумана, 1999. 16 с.

36. Панфилов Ю. В., Беликов А. И. Тонкопленочные антифрикционные покрытия на основе MoS2 // Электровакуумнаятехника и технология: труды российского научно-технического семинара. М.: 2000. С. 72-79.

37. Пчеляков О. П. Молекулярно-лучевая эпитакеия: оборудование, приборы, технология //УФН. 2000. Т. 170, № 9. С. 993-995.

38. Разработка трибопокрытий с ре1улируемыми трибодесорбционными свойствами: отчет по гранту «Мария Кюри» / Комиссия Евросоюза. Руководитель темы Р.А. Невшупа. IIF-MIF-CF2-2006-022067. Брюссель, 2008. 12 с.

39. Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М. : Наука, 1974. 289 с.

40. Розанов JI. П. Вакуумная техника: Учебник для вузов. М. : Высшая школа, 1982.

41. Трение и износ в вакууме / И. В. Крагельский и др.. М.: Машиностроение, 1973. 216 с.

42. Трояновская Г.И. Применение самосмазывающихся материалов при ротапринтной смазке // Вестник машиностроения. 1974. №4. С. 51-54.

43. Уракаев Ф. X., Болдырев В. В. Корреляция выхода летучих продуктов с параметрами распространения хрупкой трещины в кристаллах // Журн. физ. химии. 2000. Т. 74, № 8. С. 1483-1488.

44. Физическая энциклопедия Под ред. A.M. Прохорова. М.: Большая Российская энциклопедия: в 5-ти томах. 1992. Т.З. 672 с.

45. Чичинадзе А.В. Расчет и исследование внешнего трения при торможении. М.: Наука, 1967. 232 с.

46. Aagesen М., Johnson Е., Sorensen С. В. Molecular beam epitaxy growth of free-standing plane-parallel InAs nanoplates // Nature Nanotechnology. 2007. V. 2. P. 761-764.

47. Achieving superlow friction wih hydrogenated amorphous carbon: some key requirements / J. Fontaine et al. // Thin Solid Films. 2005. V. 482. P. 99-108.

48. Adsorption of hydrogen and deuterium atoms on the (0001) graphite surface / T. Zecho et al. // Journal of Chemical Physics. 2002. V. 117, No. 18.

49. Ageev V. N., Ionov N. I. Studies of adsortpion by electron-stimulated desorption and flash-filament methods // Progress in surface science. 1974. V. 5. P. 1-148.

50. Alakoski E., Kiuru M., Tiainen V.-M. A simplified arc discharge set-up for high adhesion of DLC coatings // Diamond & Related Materials. 2006. V. 15. P. 34-37.

51. Amorphous Carbon: State of the Art / J. Robertson et al. // World Scientific. Singapore, 1998. p. 32.

52. Andersson J., Erck R. A., Erdemir A. Frictional behavior of diamondlike carbon films in vacuum and under varying water vapor pressure // Surface and Coatings Technology. 2003. V. 163-164. P. 535-540.

53. Application of diamond-like Carbon (DLC) coatings for gravitational wave detectors / R Takahashia et al. // Vacuum. 2004. V. 73. P. 145-148.

54. Atomic and molecular emission following fracture of alkali halides: a dislocation driven process / J. T. Dickinson et al. // J. Mat. Res. 1991. V. 6. P. 112.

55. Benschop J. Trends in Microlithography // Wiley Interscience: Future trends in Microelectronics. New York, 2002. P. 17-27.

56. Bos J., Moes H. Frictional heating of tribological contacts // Journal of tribology. 1995. V. 117. P. 171-177.

57. Buckley D. H., Johnson R. L. Mechanism of lubrication for solid carbon materials in vacuum to 10"9 millimiter of mercury // ASLE Transaction. 1964. V. 7. P. 91-100.

58. Bull S. J. Tribology of carbon coatings : DLC, diamond and beyond // Diamond and related materials. 1995. V. 4. P. 827-836.

59. Carter G., Armour D.G., de Chernatony L. Factors limiting the attainment of ultra-high vacuum below Ю"10 Torr // Vacuum. 1972. V. 22. P. 643-649.

60. Casiraghi C., Ferrari A. C., Robertson J. Raman spectroscopy of hydrogenated amorphous carbon// Physical review B. 2005. V. 72. P. 085401.

61. Characterization of diamond-like carbon films prepared by a microwave plasma enhanced chemical vapour deposition method / W. S. Choi et al. // Surface and Coatings technology. 2004. V. 180-181. P. 254-258.

62. C02 emission accompanying the fracture of calcite / J.T. Dickinson et al. // Phys. Chem. Miner. 1991. V. 18. P.320-325.

63. Combined magnetron sputtering and ECR-CVD deposition of diamond like carbon films / J. F. Chang, et al. // Surface and Coatings technology. 2002. V. 157. P. 179-184.

64. Cost-effective, high-volume molecular beam epitaxy using a multi 6-in wafer reactor / L. Leung et al. // Journal of Crystal Growth. 2001. V. 227-228. P. 143149.

65. Dependance of the bonding structure of DLC thin films on the deposition conditions of PECVD method / Y.T. Kim et al. // Surface and Coatings technology. 2003. V.169-170. P. 291-294.

66. Dependence of tribological properties on deposition parameters for non hydrogenated amorphous carbon films produced by magnetron sputtering / E. Mounier et al. // Surface and Coatings Technology. 1995. V. 76-77. P. 548-552.

67. Diamond-like carbon-based functionally gradient coatings for space tribology / C. Donnet et al. // Surface and Coatings Technology. 1999. V. 120-121. P. 548554.

68. Dickinson J. Т., Jensen L. C., Langford S. C. Atomic and Molecular Emission Accompanying Fracture of Single-Crystal Ge: A Dislocation Driven Process // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 66. P. 2120-2123.

69. Dickinson J. Т., Langford S. C., Jensen L. C. Fractoemission from fused silica and sodium silicate glasses // J. Vac. Sci. Technol. A. 1988. V. 6. P. 1084-1089.

70. Dolcino L. 50 years of Varian Sputter Ion Pumps and New Technologies //Proceedings of the 4th Vacuum and surface science conference of Asia and Australia, Matsue. 2008. P. 57.

71. Donnet C., Grill A. Friction control of diamond-like carbon coatings // Surf. Coat. Technol. 1997. V. 94-95. P. 456-462.

72. Dynamic characteristics of an ideal vacuum system. Instruments and Experimental Techniques / V. V. Savranskii et al. // 2006. V. 49, No. 6. P 855-859.

73. Dynamical model of total and partial pressures in a vacuum system due to intermittent desorption / R. A. Nevshupa et al. // Vacuum. 2003. V. 69. P. 477-487.

74. Effect of chemical polishing in titanium materials for low outgassing / Ishizawa K. et al. // Journal of Physics: Conference Series. 2008. V. 100. P. 092023-1 -092023-4.

75. Effect of magnetic field structure near cathode on the arc spot stability of filtered vacuum arc source of graphite / J.-K. Kim et al. // Surface and Coating Technology. 2000. V. 124. P. 135-141.

76. Effect of source gas chemistry on tribological performance of diamond-like carbon films / A. Erdemir et al. // Diamond and related materials. 2000. V. 9. P. 632-637.

77. Effect of water adsorption on microtribological properties of hydrogenated dimond-like carbon films / M. Tagawa et al. // Tribology letters. 2004. V. 17, No. 3. P. 575-580.

78. Fracture-induced emission of alkali atoms from Feldspar / J. T. Dickinson et al. // Physics and chemistry of minerals. 1992. V.18. P. 453-459.

79. Friction, wear and decomposition mechanisms for various polymer compositions in vacuum to 10"9 millimeter of mercury / D.H. Buckley, R.L. Johnson // NASA technical note TN D-2073. Washington D.C., 1963. 28 p.

80. Fujii Y., Ishimaru H. Desorption from ball bearings in ultrahigh vacuum // JVST A. 1991. V.9. P. 2017-2020.

81. Gao F., Erdemir A., Tysoe W. T. The tribological properties of low-friction hydrogenated diamond-like carbon measured in ultrahigh vacuum // Tribology Letters. 2005. V. 20, No. 3-4. P. 221-227.

82. Gas desorption properties of tungsten coated graphite materials / Y. Hirohata et al. // Vacuum. 1999. V. 53. P. 309-312.

83. Groszkowski J. // Bull. Academie Polonaise Sci. IX, 1961. P. 111.

84. Growth and thermal decomposition of ultrathin ion-beam deposited C:H films / A. Schenk et al. // J. Appl. Phys. 1995. V. 77. P. 2462-2473.

85. Habig K.-H. Fundamentals of the tribological behaviour of diamond, diamond like carbon and cubic boron nitride coatings // Surface and Coatings Technology. 1995. V. 76-77. P. 540-547.

86. Heat capacity of hydrogenated diamond-like carbon films / M. Hakovirta et al. //Applied physics letters. 2000. V.77, No.15. P. 2340-2342.

87. High temperature lubrication of various ceramics and metal alloys via directed hydrocarbon feed gases / N.J. Barnick et al. // Wear. 1998. V. 214. P. 131-138.

88. Hong S., Chou M. Y. Theoretical study of hydrogen-covered diamond (100) surfaces: A chemical-potential analysis // Physical review B. 1997. V. 55, No. 15. P. 9975-9982.

89. How to restore superlow friction of DLC: the healing effect of hydrogen gas / J. Fontaine et al. // Tribology international. 2004. V. 37. P. 869-877.

90. Hydrogen chemisorption and thermal desorption on the diamond C(111) surface / C. Su et al. //J. Chem. Phys. 1997. V. 107, No. 18. P. 7543-7558.

91. Hsu S.M., Gates R.S. Effect of materials on tribochemical reactions between hydrocarbons and surfaces // J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. V. 39. P. 3128-3137.

92. Hydrogen embrittlement of metals / M. R. Louthan et al. // Material Science and Engineering. 1972. V. 10. P. 357-368.

93. Inficon: Transpector 2, gas analysis system // URL. http://www.inficongasanalyzers.com/en/transpector2gasanalysis.html.

94. International Technology Roadmap for Semiconductros: Front end processes / 7th edition, 2007. 60 p.

95. International Technology Roadmap for Semiconductros: Lithography / 7th edition, 2007. 30 p.

96. Ishikawa Y., Koguchi Y., Odaka K. Outgassing rate of some austenitic stainless steels //J. Vac. Sci. Techol. A. 1991. V. 9. P. 250-253.

97. Ishikawa Y., Nemanic V. An overview of methods to suppress hydrogen outgassing rate from austenitic stainless steel with reference to UHV and EXV //Vacuum. 2003. V. 69. P. 501-512.

98. ISO 14644. Cleanrooms and Associate Controlled Environments. Part 8. Classification of Airborne molecular contamination. Geneve, 2006. 18 p.

99. Jin J., Higuchi Т., Kanemoto M. Electrostatic levitator for hard disk media // IEEE transaction on industrial electronics, 1995. V.42. P. 467-473.

100. Johnson K.L. Contact mechanics // Cambridge: University Press. 1992. 452 p.

101. Kanai C., Watanabe K., Takakuwa Y. Ab initio study of hydrogen desorption from diamond C(100) surfaces // J. Appl. Phys. 1999. V. 38. P. 783-785.

102. Kato K., Umehara N., Adachi K. Friction, wear and N2-lubrication of carbon nitride coatings: a review // Wear. 2003. V. 254. P. 1062-1069.

103. Kim M.-W., Langford S. C., Dickinson J. T. Emission of neutral Mg from single crystal MgO during abrasion with diamond. // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. P. 1819-1825.

104. Kosiel K. MBE-Technology for nanoelectronics // Vacuum. 2008. V. 82. P. 951-955.

105. Liu С. K., Glassford A. P. M. Kinetics data for diffusion of outgassing species from RTV 560 silicone rubber // J. Vac. Sci. Technol. 1978. V.15, № 5. P. 17611768.

106. Liu Y., Erdemir A., Meletis E.I. Influence of environmental parameters on the frictional behavior of DLC coatings // Surf. Coat. Technol. 1997. V. 94-95. P. 463468.

107. Low friction ta-C films with hydrogen reservoirs / J. Koskinena et al. //Diamond and Related Materials. 2001. V. 10. P. 1030-1035.

108. Low-friction behaviour of diamond-like carbon films in a water environment / T. Ohana et al. // Diamond & Related Materials. 2006. V. 15. P. 962-966.110. // Journal of american chemical society. 2005. V. 127. P. 20-21.

109. Malev M. D. Gas absorption and outgassing of metals // Vacuum. 1973. V. 23, No. 2. P. 43-50.

110. Mechanical and tribological properties of diamond-like carbon coatings prepared by pulsed laser deposition / A. A. Voevodin et al. // Surface and Coatings Technology. 1995. V. 76-77. P. 534-539.

111. Methane adsorption and hydrogen isothermal desorption kinetics on a C(001)-(lxl) surface / T. Nishimori et al. // Journal of vacuum science and technology A. 1995. V. 3, No. 6. P. 2781-2786.

112. Minato M., Itoh Y. Vacuum characteristics of TiN film coated on the interior surface of a vacuum duct // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 1997. V. 12. P. 187-190.

113. Molecular beam epitaxy growth of free-standing plane-parallel InAs nanoplates / M. Aagesen, E. Johnson, C.B. Sorensen // Nature Nanotechnology. 2007. V.2. P. 761-764.

114. Mori S., Kawada Т., Xu W. C. Tribochemical decomposition of formic acid on the nascent surfaces of steel formed by scratching // Appl. Surf. Sci. 1997. V.108. P. 391-397.

115. Muller Ch. The ITRS and AMC: more control on the way // Clean rooms. 2006. V.20, No.5. P. 2-6.

116. Mutsukura N. Deposition of hydrogenated carbon film in a magnetically confined CH4 rf discharge // Vacuum. 2000. V. 56. P. 129-132.

117. Nachtigall P., Jordan K. D., Sosa C. Theoretical study of the mechanism of recombinative hydrogen desorption from the monohydride phase of Si(100): The role of defect migration // J. Chem. Phys. 1994. V. 101. P. 8073-8081.

118. Nevchoupa R. A., de Segovia J. L., Deulin E. A. An UHV system to study gassing and outgassing of metals under friction // Vacuum. 1999. V. 52. P. 73-81.

119. Nevshupa R. A. Triboemission: an attempt of developing a generalized classification // Proc. Conf. Tribology: Science and Applications Vienna. 2003. P. 14.

120. Nevshupa R. A., de Segovia J. L, Deulin E. A. Outgassing of stainless steel during sliding friction in ultra-high vacuum // Vacuum. 1999. V. 53. P. 295-298.

121. Nevshupa R. A., de Segovia J. L. Outgassing from stainless steel under impact in UHV // Vacuum. 2002. V. 64. P. 425-430.

122. Nevshupa R., de Segovia J. L., Roman E., Surface-induced reactions of absorbed hydrogen under mutual mechanical forces // Vacuum. 2005. V. 80. P. 241246.

123. Nishimura M., Suzuki M. Solid-lubricated ball bearings for use in a vacuum state-of-the-art // Tribology International. 1999. V. 32. P. 637-647.

124. Outgassing from stainless steel and the effect of the gauges / J.R.J. Bennett et al. //Vacuum. 1992. V. 43. P. 35-39.

125. Paik N. Raman and XPS studies of DLC films prepared by a magnetron sputter-type negative ion source // Surface and Coatings Technology.2005. V. 200. P. 21702174.

126. Pehlke E., Scheffler M. Theory of adsorption and desorption of H2/Si (001) // Physical review letters. 1995. V. 74, No. 6. P. 952-955.

127. Peressadko A. G., Nevshupa R. A., Deulin E. A. Mechanically stimulated outgassing from ball bearings in vacuum // Vacuum. 2002.V. 64, No. 3-4. P. 273278.

128. Pfeiffer. Turbomolecular Drag Pump TMU 521: Operating instructions. 32 p.

129. Properties of thick DLC films prepared by plasma-based ion implantation and deposition using combined RF and H.V. pulses / Y. Oka et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2003. V. 206. P. 700-703.

130. Quantification of the H content in diamondlike carbon and polymeric thin films by reflection electron energy loss spectroscopy / F. Yubero et al. // Applied physics letters. 2005. V. 87. P. 084101.

131. R.f. plasma-assisted chemical vapour deposition of diamond-like carbon: physical and mechanical properties / E.H.A. Dekempeneer et al. // Thin Solid Films, 1992. V. 217 P. 56-61.

132. Rabbani F., Vogelaar В. M. The importance of unbound hydrogen and increased aromatic structure on the friction and wear behaviour of amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) coatings // Diamond and related materials. 2004. V. 13. P. 170-179.

133. Redhead P. A., Hobson J. P., Kornelsen E. V. The physical basis of ultrahigh vacuum // New York : AIP Press. 1993. 485 p.

134. Repa P. Mechanically induced desorption // Vacuum. 1992. V.43. P. 367-371.

135. Repa P., Oralek D. Outgassing stimulated by deformation // Vacuum. 1999. V. 53. P. 299-302.

136. Repa P., Rott M. Outgassing of metals stimulated by friction // Vacuum. 1997. V.48. P. 775-778.

137. Rinaldi F. Basics of Molecular Beam Epitaxy (MBE) // Annual Report 2002, Optoelectronics Department, University of Ulm. University of Ulm: Ulm. 2002. P. 18.

138. Sawyer W.G., Blanchet Th.A. Lubrication of Mo, W and their alloys with H2S gas admixtures to room temperature air// Wear. 1999. V. 225-229. P. 581-586.

139. Solid state 13C and 1H nuclear magnetic resonance investigations of hydrogenated amorphous carbon / C. Donnet et al. // Journal of applied physics, 1999. V. 85, N. 6. P. 3264-3270.

140. Specific heat of single-, poly- and nanocrystalline diamond / C. Moelle et al. // Diamond and Related Materials. 1998. V. 7. P. 499-503.

141. Su C., Lin J.-C. Thermal desorption of hydrogen from the diamond C(100) surface // Surface Science. 1998. V. 406. P. 149-166.

142. Super low friction of diamond-like carbon films: a relation to viscoplastic properties / J. Fontaine et al. // Tribology letters. 2004. V. 17, No. 4. P. 709-714.

143. Suzuki M. Comparison of tribological characteristics of various sputtered MoS2 films // National Aerospace Laboratory Research Progress: Technical report (SHI-NO AA0003818). Tokyo, 1997. P. 72-73.

144. Sze S.M. Microelectronics Technology: challenges in the 21st Century //Future Trends in Microelectronics. New York, 2002. P. 3-16.

145. Talyzin A.V., Jacob A. Hydrogen adsorption by ball milled C60 // Journal of Alloys and Compounds. 2005. V. 395. P. 154-158.

146. Temperature measurements of the gaseous emission during the fracture of polystyrene: a determination of the fracture energy and fracture surface temperature / J.T. Dickinson et al. // J. Polymer Sci. B. 1994. V. 32. P.779-782.

147. The outgassing from TiN and BN films grown on stainless steel by IBAD / K.H. Chung et al. //Vacuum. 1999. V. 53. P. 303-307.

148. The role of hydrogen on the friction mechanism of diamond-like carbon films / C. Donnet et al. // Tribology letters. 2000. V. 9, No. 3-4. P. 137-142.

149. Tian X., Francis E., Jr. Kennedy. Maximum and average flash temperatures in sliding contacts // Journal of Tribology. V. 116. P. 167-174.

150. Tribochemistry between hydrogen and diamond-like carbon films / J. Fontaine et al. // Surface and Coatings Technology. 2001. V. 146-147. P. 286-291.

151. Ueda S., Kamohara H., Ishikawa Y. A performance of molecular beam system equiped with the automatic substrate transport mechanism // J. Vac. Sci. Technol. A. 1986. V. 4. P. 602-605.

152. Urakaev F. K. Mechanodestruction of minerals at the crack tip (Overview): 1. Experiment // Physics and Chemistry of Minerals. 2007. V.34. P. 351-361.

153. Visible and infrared ellipsometry applied to the study of metal-containing diamond-like carbon coatings / C. Corbella et al. // Thin Solid Films. 2004. V. 455456. P. 370-375.

154. Walton A. J. Triboluminescence //Xavances in Physics. 1977. V. 26, No. 6. P. 887-948.

155. Yang X. D., Saito Т., Nakamura Y. Mechanical properties of DLC films prepared inside of micro-holes by pulse plasma CVD // Diamond & Related Materials. 2004. V. 13. P. 1984-1988.

156. Zaidi H., Paulmier D., Lepage J. The influence of the environment on the friction and wear of graphitic carbons. II. Gas coverage of wear debris // Applied Surface Science. 1990. V. 44. P. 221-233.