Явления бистабильности и самоорганизации в процессах магнетронного синтеза функциональных слоев

Постановка проблемы. Гистерезисные явления и иные неустойчивости, наблюдаемые при магнетронном синтезе функциональных слоев, являются помехой в создании коммерчески привлекательных низкотемпературных технологий прозрачной электроники. Наряду с этим, в ряде исследований показано, что магнетронное распыление может сопровождаться процессами самоорганизации в плазменном разряде, тонком приповерхностном слое распыляемой мишени и в структуре формируемых слоев. Возникает противоречивая задача устранения негативных воздействий гистерезисных явлений и управляемого гистерезисного синтеза периодических структур для улучшения характеристик функциональных слоев. Цель работы - изучение механизмов самоупорядочения в плазменных процессах и в процессах формирования упорядоченных многослойных структур (сверхрешеток), создание новых технологий синтеза функциональных слоев с улучшенными характеристиками на основе явлений самоорганизации. Результаты. Выполнен анализ данных, полученных при исследовании процессов самоорганизации в магнетронной плазме, на поверхности зоны эрозии мишеней и поверхности роста слоев. На основании проведенного анализа сделаны выводы о взаимосвязи нестабильностей магнетронного разряда, гистерезисных явлений, температурных градиентов вблизи поверхности мишени с модуляцией интенсивности потока металлической фазы к поверхности роста и с формированием периодических структур. Предложена модель самоорганизации при магнетронном распылении металлокерамических мишеней ZnO- SnO₂ с содержанием металлической компоненты Zn-Sn 10 мас.%. Практическая значимость. Заключается в создании научной платформы для воспроизводимого магнетронного синтеза совершенных функциональных слоев и в разработке многослойных покрытий для прозрачной электроники с использованием процессов самоорганизации.

Hysteresis phenomena and other instabilities observed in the course of magnetron deposition of functional thin films of transparent electronics are an obstacle to the creation of commercially attractive industrial technologies. At the same time, it has been found that magnetron sputtering can be accompanied by self-organization processes in the plasma discharge and on the surface of sputtered targets, as well as self-organization processes of the formed thin films. Thus, a contradictory problem arises of eliminating the negative effects of hysteresis phenomena, as well as controlled hysteresis synthesis of periodic structures in order to improve the characteristics of functional films. The article is devoted to the study of self-ordering mechanisms in plasma processes and in the formation of ordered multilayer structures (superlattices). An applied task of research is the creation of new technologies for the synthesis of functional layers with improved characteristics based on self-organization phenomena. A brief review of studies devoted to the processes of self-organization in a magnetron plasma, as well as on the surfaces of both a sputtered target and a deposited film, is given. Based on the analysis performed, conclusions were drawn about the relationship between magnetron discharge instabilities, hysteresis phenomena, and temperature gradients near the target surface with modulation of the intensity of the metal phase flow to the growth surface and with the formation of periodic structures. A model of self-organization during magnetron sputtering of cermet ZnO-SnO₂ targets with a Zn-Sn metal component content of 10 wt.% is proposed. Practical significance - creation of a scientific platform for reproducible magnetron synthesis of perfect functional layers and the development of multilayer coatings for transparent electronics with the participation of self-organizing phenomena.