Investigation of the plasma composition of hollow cathode arc discharge with active Al anode in hexamethyldisilazane/tetraethoxysilane vapors

Оптическая эмиссионная спектроскопия использовалась для анализа состава плазмы при реактивном испарении Al в дуговом разряде с самонагревающимся полым катодом (СПК) в газовой смеси Ar+N$_2$/Ar+O$_2$ в парах кремнийорганических соединений (КС) гексаметилдисилазана (ГМДС, (CH$_3$)$_3$SiNHSi(CH$_3$)$_3$) и тетраэтоксисилана (ТЭОС, Si(OC$_2$H$_5$)$_4$) при давлении $\sim 10^{-4}$ Торр. Плотность суммарного ионного тока насыщения на образец при доле ионов металла до 50% достигала 10 мА/см$^2$, что является важным условием для формирования высококачественных плотных покрытий. Исследовано влияние потоков кремнийорганических прекурсоров, реакционных газов, тока основного разрядного промежутка и потока паров Al на степень разложения ГМДС и ТЭОС и на состав плазмы. Достигнуты высокие скорости разложения исходных молекул ГМДС и ТЭОС, а также высокие значения степени диссоциации N$_2$ (до $0{,}07$) и O$_2$ (до $0{,}4$). Получены пробные покрытия SiAlCN и SiAlCO с однородной структурой и хорошей адгезией к субстратам из нержавеющей стали. Твердость пробных пленок SiAlCN достигала 30 ГПа, а SiAlCO — 12 ГПа. Таким образом, показано, что данный способ активации парогазовой смеси обеспечивает интенсивное течение и высокую степень ионизации паров Al, а также позволяет проводить глубокое разложение кремнийорганических прекурсоров ГМДС и ТЭОС с получением покрытий требуемого состава, хорошего качества и с высокой скоростью осаждения.