Кафедра физических технологий

1. Кафедра физических технологий, Направление «физические технологии» на кафедре материалов реакторостроения и физических технологий

1

2. Создание кафедры физических технологий

Август–сентябрь 1992 –совместный приказ ректора ХГУ и директора НФТЦ о
создании кафедры физических технологий в составе физико-технического
факультета.
Основатель и первый заведующий
кафедрой физических технологий
Рожков Алим Михайлович
Профессор, доктор физикоматематических наук
2
С 1994 по 2012 год заведующий кафедрой
Фареник Владимир Иванович
Директор Научного физико-технологического
центра Министерства образования и науки и
Национальной академии наук Украины
кандидат физико-математических наук, доцент

3.

С 1 сентября 2012 года из-за изменения структуры
физико-технического факультета кафедра физических
технологий была объединена с кафедрой материалов
реакторостроения.
В результате образовалась кафедра материалов
реакторостроения и физических технологий.
При этом подготовка по специализациям «Физическое
материаловедение» и «Физические технологии» проходит
параллельно.
Отдельно проводится и набор студентов-бакалавров на
эти специализации.
3

4. Наши штатные преподаватели

Юнаков Николай Николаевич, доцент, канд. физ.-мат. наук
Целуйко Александр Федорович, доцент, канд. физ.-мат. наук
Зыков Александр Владимирович, доцент, канд. физ.-мат. наук
Лисовский Валерий Александрович, профессор, доктор физ.-мат. наук
Подготовка ведется по специализациям:
физика пучков заряженных частиц и пучковые технологии
приборы и оборудование для создания и использования плазмы
нанофизика и нанотехнологии
ионно-плазменные нанотехнологии и оборудования
4

5. Юнаков Николай Николаевич доцент, канд. физ.-мат. наук

Курсы
“Физика и техника вакуума ”
“Современные ВПТ системы ”
“Факторы успешного трудоустройства ”
Направления научной деятельности
Разработка и исследование вакуумно-плазменных
систем обработки поверхности материалов
5

6. Целуйко Александр Федорович доцент, канд. физ.-мат. наук

Курсы
“Динамика пучков заряженных частиц ”
“Физические основы пучковых технологий”
“Источники интенсивных ионных пучков ”
Направления научной деятельности
Сильноточные газовые разряды,
плазменные методы формирования интенсивных пучков
заряженных частиц,
вакуумно-плазменные технологии,
оборудование для вакуумно-плазменных технологий,
сверхмощные источники излучения в диапазоне
экстремального ультрафиолета и мягкого рентгена
6

7. Лаборатория сильноточных систем Руководитель – Целуйко А.Ф.

Исследует динамику излучения из плазмы сильноточного
импульсного диода. Изучается излучение с длиной волны
13,5 нм из плазмы многократно ионизированного олова,
что
соответствует
диапазону
экстремального
ультрафиолета. Эксперименты проводятся с различными
типами разрядных ячеек, таких как Z-пинч и
«плазменный фокус». Рассматривается возможность
использования данной системы в качестве источника
излучения для нанолитографии в производстве
микроэлектроники.
7

8.

Лаборатория сильноточных систем
Руководитель – Целуйко А.Ф.
Ceramic insulator
a
1 cm
Anode
Cathode
0
1 cm
b
1
2
3
4
а – схематичное изображение разрядного промежутка;
b –фотография разрядного промежутка в момент разряда с
пронумерованными участками зоны генерации излучения.
8

9. Осциллограммы напряжения (а) и тока (b) разряда, интенсивностей излучения поперек (c) и вдоль (d) разряда при V0d= 8 кВ, da=2,5 мм.

Лаборатория сильноточных систем
Руководитель – Целуйко А.Ф.
Осциллограммы напряжения (а) и тока (b) разряда, интенсивностей
излучения поперек (c) и вдоль (d) разряда при V0d= 8 кВ, da=2,5 мм.
Id , kA
Vd , kV
8
4
0
1.0µ
20
0
IAXUV , mAIAXUV , mA
-20
1.0µ
a
2.0µ
3.0µ
4.0µ
5.0µ
t, s
b
2.0µ
3.0µ
4.0µ
5.0µ
t, s
10
0
1.0µ
20
c
2.0µ
3.0µ
10
0
1.0µ
4.0µ t, s
d
2.0µ
3.0µ
5.0µ
t, s
4.0µ
5.0µ
1 2 3 4 5
Исследование
динамики
плазменного
сгустка проводилось с помощью скоростной
системы
фоторегистрации
с
временем
выдержки ~10 нс
Установлена
связь
между
направленностью излучения в диапазоне
экстремального ультрафиолета с формой
плазменного образования.
A
1
K
2
K
3
K
4
K
5
K
mmм
A
mmм
A
mmм
A
mm
A
mmм
9
Применения: УФ лазеры, нанолитография,
активация поверхностей перед процессами
осаждения пленок (солнечные панели, ...).

10. Зыков Александр Владимирович доцент, канд. физ.-мат. наук

Курсы
“Ионно-пучковые системы в ЕН полях”
“Ионно-плазменное оборудование для микро- и
нанотехнологий”
“ПТС обработки поверхности материалов”
Направления научной деятельности
Газовый разряд в ЕН полях, ионно-плазменные
технологии
10

11. Группа магнетронного осаждения пленок Руководитель – Зыков А.В.

Занимается осаждением тонких пленок оксидов и оксинитридов
алюминия, циркония, цинка, вольфрама, титана и других
металлов с помощью магнетронного разряда постоянного тока (в
комбинированных ЕН полях). Исследования выполняются с
кластерной технологической системой, состоящей из плазменных
модулей, независимо генерирующих потоки атомов металла,
радикалов химически активных газов и ионов. Параметры
системы позволяют как разрабатывать новые технологические
процессы для микро- и наноэлектроники, машиностроения,
медицины и т.д., так и обрабатывать промышленные образцы
изделий. В установке возможно в одном вакуумном цикле
проводить очистку и активацию обрабатываемой поверхности,
нанесение сложнокомпозиционных покрытий, реактивное ионноплазменное травление и модификацию приповерхностных слоев.
11

12. Группа магнетронного осаждения пленок Руководитель – Зыков А.В.

Кластерная система для травления и
реактивного синтеза покрытий на
базе магнетрона, источники ВЧИ
плазмы и источников ионов.
12
1 - источник питания магнетрона, 2 - магнетрон,
3 - источник ВЧИ плазмы, 4, 6 - ВЧ генератор,
5, 7 – согласующие устройства, 8 - источник ионов,
9 - источник питания постоянного тока,
10 - импульсный источник питания для
поляризации образцов , 11 - система вращения
образцов, 12 - заслонка.

13. Группа магнетронного осаждения пленок Руководитель – Зыков А.В.

700
Al
600
U, В
500
400
300
1
2
3
4
5
200
100
0
0
2
4
6
8
10
12
I, A
Фотография магнетронного
разряда
13
ВАХ магнетронного разряда в аргоне с
кислородом, мишень из алюминия.
Давление аргона p = 6 • 10-4 Тор,
поток кислорода: 1 - q = 0 см3/мин;
2,3 - q = 17 см3/мин; 4,5 - q = 26 см3/мин.

14. Группа магнетронного осаждения пленок Руководитель – Зыков А.В.

Сверху - фото образца с
покрытием Al2O3, нанесенным в
режиме без дугогашения,
снизу - со схемой дугогашения.
Фотографии образцов получены
с помощью оптического
микроскопа.
14
Морфология поверхности образцов из стали SW7M с
покрытием TiN/Al2O3 (слева) и покрытием TiN
(справа) после электрохимических исследований в
растворе NaCl. Фотография получена с помощью
металлографического микроскопа Nikkon.
Применения пленок: повышение коррозионной
стойкости лопаток турбин, газовых клапанов (на
газопроводах) и т.д.

15. Реактивный магнетронный синтез оксидных покрытий с ICP активацией рабочего газа

Зыков А.В.
Реактивный магнетронный синтез оксидных
покрытий с ICP активацией рабочего газа
ICP Source
Magnetron
Металлические стоматологические и
ортопедические имплантаты с Al2O3
керамическими покрытиями,
осажденными методом реактивного
магнетронного синтеза
15

16. Лисовский Валерий Александрович профессор, доктор физ.-мат. наук

Курсы
“Элементарные процессы в плазме”
“Современные плазменные технологии”
“Физические основы ВЧ ПТС для микро- и
нанотехнологий”
“Низкотемпературная плазма в плазменнотехнологических процессах ”
Направления научной деятельности
Зажигание и режимы горения разрядов низкого давления
в постоянном, высокочастотном, импульсном и
комбинированном электрических полях.
Плазменные технологии.
Перенос электронов в газах.
16

17. Группа высокочастотного и тлеющего разрядов Руководитель – Лисовский В.А.

Исследует зажигание, режимы горения, структуру высокочастотного
емкостного разряда, разряда постоянного тока, импульсного (одно- и
двухполярного), комбинированного (ВЧ и постоянные напряжения
прикладываются к одним и тем же электродам), а также
двухчастотного разрядов. Эти типы разрядов широко применяются при
производстве микросхем (плазменное травление), солнечных панелей,
жидкокристаллических и плазменных дисплейных панелей, для
накачки газоразрядных лазеров, плазменной стерилизации, очистки
технологических камер и различных изделий и т.д. Полученные данной
научной
группой
результаты
позволяют
оптимизировать
перечисленные технологические процессы.
17

18. Лисовский В.А.

Исследуемые газы:
Ar, N2, O2, H2, N2O, SF6, CF4, CO2
ВЧ 13,56 МГц
DC
Импульсные разряды
Комбинированные разряды
18

19. Лисовский В.А.

ВЧ разряд в моносилане SiH4
Слаботочная - мода
Степень диссоциации молекул
SiH4 в слаботочной моде – 10-20%,
в диссоциативной моде – 70-90%.
19
Диссоциативная - мода
Применение – аморфные, моно- и
поликристаллические
пленки
кремния, нитрида и оксинитрида
кремния и т.д. Солнечные панели!!

20. Фотографии ВЧ разряда в NF3

Лисовский В.А.
1.5
U .min
1.0
0.5 Uext
0.0
200
250
U
300
Urf , B
20
Фотографии ВЧ разряда в NF3
Степень диссоциации NF3
Irf cos( ), A
-мода
350
400
-мода
1.0
0.8
Dl
0.6
0.4
Du
0.2
0.0
180
200
220
240
Urf , B
260
280
300

21. Плазменная очистка в ВЧ разряде в NF3.

Лисовский В.А.
21
t=0
t = 20 c
t = 50 c
t = 100 c
Плазменная
очистка в ВЧ
разряде в NF3.

22. Лисовский В.А.

Контракция разряда
Разряд постоянного тока в CF4
22
ВЧ разряд в SF6

23.

Лисовский В.А.
Стратификация разряда
ВЧ разряд с двойными стратами
Тлеющий разряд со стратами
23

24. Лисовский В.А.

Тлеющий разряд со сложной
конфигурацией электродов
Разряд с полым катодом
24

25. Лисовский В.А.

Разряды в пульсирующих электрических полях:
Зажигание, режимы горения, послесвечение, усиление тока
25

26. Дудин Станислав Валентинович

Заместитель декана по научной работе
кандидат физико-математических наук
ведущий научный сотрудник
Научные интересы:
Источники ионов
Диагностика плазмы
Плазменные технологии
Разряды атмосферного давления
26

27. Группа источников ионов Руководитель – Дудин С.В.

Источник отрицательных ионов H - для ITER.
27

28. Дудин С.В.

PlasmaMeter
28

29. PlasmaMeter применения

Дудин С.В.
PlasmaMeter применения
MZ-275 – Plasma nitridization
Institute for Terrotechnology
Radom, Poland
29
RADI - Negative ion source for ITER
Max-Planck Institute for Plasma Physics
Garching-bei-Munchen, Germany

30. Плазменное травление наноструктур ВЧЕ реактор для плазменного травления

Дудин С.В.
Плазменное травление наноструктур
ВЧЕ реактор для плазменного травления
30

31. Дудин С.В.

Травление наноструктур в реакторе TITAN – II.
2-D fluid
model
Травление GaN для белых светодиодов.
Argon
350
U,В
300
Ubr
250
200
Uext
150
100
50
0
-3
10
31
10
-2
-1
10
pcam, Торр
10
0
Nanosized Bi
mask

32. Травление наноструктур в реакторе TITAN – II.

Дудин С.В.
Травление наноструктур в реакторе TITAN – II.
32

33.

Дудин С.В.
Численное моделирование пространственного распределения
параметров плазмы в реакторе для ICP плазменного травления
Argon p = 1 Torr
Argon p = 0.01 Torr
33

34. Результаты 2-D моделирования

Дудин С.В.
Результаты 2-D моделирования
Electron temperature
34
RF electric field

35. Оптический эмиссионный спектрометр

Дудин С.В.
Оптический эмиссионный спектрометр
35

36. Программное обеспечение спектрометра

Дудин С.В.
Программное обеспечение спектрометра
36

37. PlasmaNeedle Atmospheric plasma plume generator

Дудин С.В.
PlasmaNeedle
Atmospheric plasma plume generator
37

38.

Дудин С.В.
PlasmaNeedle
Atmospheric plasma plume generator
38

39. Наши выпускники за рубежом Рафальский Дмитрий Вячеславович

2007 - магистратура, 2007-2010 - аспирантура, 2011 защита кандидатской диссертации.
Сейчас работает в Лаборатории Физики Плазмы
Эколь Политехник, Франция (Laboratoire de Physique
des Plasmas CNRS - Ecole Polytechnique) в должности
Marie Curie Fellow.
В 2012 году получил престижный грант от
Европейской Комиссии в рамках 7 Рамочной
Программы "Marie Curie International Incoming
Fellowships" (за 5 последних лет в среднем 7
Украинская получили этот грант), на проведение
исследований в области электрореактивных
плазменных двигателей для космических аппаратов.
После переезда во Францию, предложил новый
концепт плазменного электрореактивных двигателя
"Neptune", начав процедуру международного
патентования (в соавторстве с коллегами).
Лауреат Премии Президента Украины для молодых
ученых (2012 г.). Автор более 20 научных
публикаций в международных изданиях.
39

40. Наши выпускники за рубежом Антонова Татьяна Николаевна

В 2002 году закончила с отличием кафедру физических
технологий ФТФ. В 2002 году поступила в аспирантуру ФТФ
ХНУ. В 2004 году поступила в аспирантуру Института
внеземной физики Немецкого физического общества имени
Макса Планка (Max-Planck-Institut fur Exstraterrestrische
Physik), отдел теории и пылевой плазмы (Theory and Complex
plasma group).
В 2007 году защитила PhD диссертацию на тему «Interaction
of particles with complex electrostatic structures and 3D
clusters» под научным руководством Dr. Beatrice Annaratone и
Prof. Dr. Dr.h.c. Gregor Morfill. К диссертации вошли
материалы, опубликованном в двух статьях в Physical Review
Letters, oдна статья в New Journal of Physics, одна статья в
Plasma Physics and Controlled Fusion.
Сейчас продолжает научную работу в том же отделе.
Работает в области пылевой космической плазмы.
40

41. Лаборатория физики тонких пленок

Лаборатория существует на базе
физического и физико-технического
факультетов.
Мы изучаем влияние размерного
фактора на фазовые превращения,
структурные и поверхностные явления в
конденсированных пленках металлов и
сплавов
Н.Т.Гладких
Основал и руководил
лабораторией 1964-2008 г.
41

42.

Основные научные интересы
•плавление и кристаллизация островковых и сплошных пленок;
•плавление и переохлаждение при кристаллизация в двухкомпонентных
пленках;
•полиморфные превращения в тонких пленках;
•смачивание в островковых пленках;
•поверхностная энергия, ее размерная и температурная зависимости;
•бинарные фазовые диаграммы различных типов;
•особенности структуры конденсированных пленок;
•диффузионная активность в наноразмерных пленочных системах;
•взаимная растворимость компонентов в бинарных нанодисперстных
системах.
Объекты: тонкие пленки металлов и сплавов толщиной 1-100нм,
полученные путем осаждения в вакууме.
Методы исследования: просвечивающая и растровая электронная
микроскопии, электронная дифракция, рентгеновская спектроскопия,
оригинальные методики разработанные в лаборатории
42

43.

Лаборатория физики тонких пленок
Просвечивающая электронная микроскопия
ПЕМ-125К
Основные особенности:
•наблюдение и фотографирование
образцов изображений в широком
диапазоне увеличений( 4К-1000К раз);
•микродифракция образцов,
•рентгеновская спектроскопия;
•исследование образцов при наклоне и
вращении;
•режим высокой контрастности медикобиологических образцов;
•компьютерный анализ изображений с
соответствующим программным
обеспечением;
• нагрев образцов непосредственно в
микроскопе до температуры 1000ºС.
43

44.

Лаборатория физики тонких пленок
Растровая электронная микроскопия
JEOL JSM-840
Основные особенности:
•наблюдение и фотографирование
образцов изображений в широком
диапазоне увеличений( 20-10К раз);
•рентгеновская спектроскопия;
•исследование образцов при наклоне
и вращении;
•компьютерный анализ изображений с
соответствующим программным
обеспечением;
44

45.

Лаборатория физики тонких пленок
Высоковакуумные установки для формирования наноразмерных слоистых структур
45

46. Плавление и кристаллизация

Лаборатория физики тонких пленок
Плавление и кристаллизация
Зависимость величины относительного
переохлаждения при кристаллизации от
краевого угла смачивания
Диаграмма фазовых переходов
жидкость-кристалл для малых
частиц Bi
46
ПЭМ снимки частиц Co сформировавшихся по
механизму пар-жидкость (a) и пар-кристалл (b)

47. Смачивание в островковых пленках

Лаборатория физики тонких пленок
Смачивание в островковых пленках
ПЭМ снимки частиц Sn на аморфном C при различных температурах подложки
Размерная
зависимость краевого
угла смачивания для
частиц Sn и Bi на
аморфном C.
47

48. Бинарные фазовые диаграммы

Схема препарирования пленок переменного
состава и переменного состояния (1 –
подложка, 2 – датчики толщины, 3 –
термопары, 4 – испарители компонентов, 5 –
испаритель углерода).
Фотография (x1) подложки с пленкой Sn-Bi
переменного состава и переменного состояния,
снимки соответствуют отмеченному участку
на фазовой диаграмме состояния
48

49. Размерный эффект в бинарных системах

Лаборатория физики тонких пленок
Размерный эффект в бинарных системах
Ge-Au
Эволюция фазовой диаграммы с
уменьшением размера
(сплошные линии соответствуют массиву,
пунктирные – 9 нм пленке)
49
Размерная зависимость эвтектической
и перетектической температуры

50.

Спасибо за внимание!
50

51.

51