Комбинированное магнетронно-лазерное осаждение диэлектрических покрытий, содержащих металлические наночастицы

Abstract

Рассмотрена методика комбинированного магнетронно-лазерного формирования покрытий, содержащих массив нано- и микроразмерных металлических частиц в твердотельной оксидной диэлектрической матрице. Представлены условия реализации методики для процессов формирования покрытий из частиц титана в матрице оксида титана: взаимное расположение магнетрона, лазерной мишени и подложки; характеристики лазерного излучения; параметры магнетронного разряда; давление и состав газовой среды. С помощью методов спектрофотометрии, сканирующей электронной микроскопии и атомной силовой микроскопии сравниваются оптические характеристики, скорость осаждения и топография поверхности покрытий, полученных комбинированным, лазерным и магнетронным осаждениями (в отдельности). Показано значительное различие коэффициентов отражения, пропускания и поглощения, а также структуры поверхности этих типов покрытий. При комбинированном осаждении преобладающий размер частиц титана находится в интервале 50 –150 нм и их поверхностная плотность составляет 10 –15 мкм–2. При лазерном осаждении разброс по размерам частиц шире – 20 –200 нм, а их плотность значительно выше и достигает 90 –120 мкм–2. = This paper presents the combined magnetron-laser deposition technique to form the coatings comprising nano- and micro-dimensional metal particles in the solid-state oxide dielectric matrix. Implementation of the technique is realized for deposition of the coatings with titanium particles in the titanium oxide matrix having regard to the following conditions: relative positions of the magnetron, laser target, and substrate; characteristics of laser radiation; parameters of the magnetron discharge; pressure and composition of a gaseous medium. The optical characteristics, deposition rate, and surface topography of the coatings formed by the combined deposition technique or separately by laser and magnetron deposition are compared with the use of the spectrophotometry, scanning electron microscopy, and atomic force microscopy methods. Significant differences in the reflection, transmission, absorption factors and also in the surface structures of the coating types studied are revealed. The dominant size of titanium particles formed by the combined deposition technique is about 50 –150 nm, the surface density being 10 –15 mkm–2. Spread of the particle dimensions in the laser deposited coatings is wider coming to 20 –200 nm, whereas their density is significantly higher (90 –120 mkm–2).