Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 6 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

The effect of Ar and CO2 gas mixture composition during sputtering of (Ba,Sr,Ca)CO3 films on surface roughness and emission properties

G.A. Zhabin1, B.A. Loginov2, A.B. Loginov3, K.V. Shichalin4

1 JSC «RPC «Istok» named after Shokin», Friazino
2 National Research University of ElectronicTechnology MIET, Moscow, Russia
3 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
4 EPOS-Engineering, Novosibirsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.6.5 UDC 537.533 EDN BMJGOV

Abstract

The paper studies the influence of the composition of the Ar+CO2 gas mixture on the change in the chemical composition and morphology of emission coatings deposited using the ion-plasma method at a substrate holder temperature of 150-208 ºC. The grain size and surface roughness of the film are studied using scanning probe microscopy. The chemical composition of the deposited (Ba,Sr,Ca)CO3 films is studied using energy-dispersive X-ray analysis (EDXA). As the concentration of carbon dioxide in the gas mixture increases, the film grains enlarge to 1980 nm and lengthen, revealing an internal core nanostructure with an average transverse size of nanograins up to 181 nm. The influence of the gas composition on the deposition process and emission properties of molecularly sputter-deposited oxide microcathodes is shown.

  • ion plasma sputtering
  • scanning probe microscopy
  • surface morphology
  • emission characteristics
  • sputter-deposited oxide microcathodes
  • service life
Аннотация (на русском)

Влияние состава газовой смеси Ar и CO2 при напылении пленок (Ba,Sr,Ca)CO3 на шероховатость поверхности и эмиссионные свойства

В работе исследовано влияние состава газовой смеси Ar+CO2 на изменение химического состава и морфологии эмиссионных покрытий, осажденных с применением ионно-плазменного метода при температуре подложкодержателя 150-208 ºС. С применением сканирующей зондовой микроскопии исследованы размер зерна и шероховатость поверхности пленки. Химический состав напыленных пленок (Ba,Sr,Ca)CO3 исследован с использованием энергодисперсионного рентгеновского анализа. При увеличении в газовой смеси концентрации диоксида углерода зерна пленки укрупняются до 1980 нм и удлиняются, обнаруживая внутреннюю стержневую наноструктуру со средним поперечным размером нанозерен до 181 нм. Показано влияние состава газа на процесс осаждения и эмиссионные свойства молекулярно-напыленных оксидных микрокатодов.

For citation

Zhabin G.A., Loginov B.A., Loginov A.B., Shichalin K.V. The effect of Ar and CO2 gas mixture composition during sputtering of (Ba,Sr,Ca)CO3 films on surface roughness and emission properties // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.6.5

References

  1. Лобанов В.М. и др. Полевая электронная спектроскопия молекулярно-напыленного оксидного термокатода // Журнал радиоэлектроники. - 2024. - №. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.9.8.
  2. Жабин Г.А., Иваненко И.П. Долговечность молекулярно-напыленных оксидных катодов в циклотронных защитных устройства // Прикладная физика. - 2020. -№. 6. - С. 73 - 79.
  3. Жабин Г.А. и др. Параметры ионно-плазменного осаждения оксидных покрытий и эмиссионные свойства молекулярно-напыленных катодов // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. - 2020. - №. 1. - С. 46-55.
  4. Капустин В. И. и др. Теория термоэлектронной эмиссии скандатных катодов // Журнал технической физики. - 2020. - Т. 90. - №. 1. - С. 161-170. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.01.48679.165-195
  5. Логинов Б.А. и др. Наблюдение изменения морфологии пленок высокотемпературных металлов в сканирующем зондовом микроскопе при прогреве в условиях открытого космоса // Наноиндустрия. - 2024. - Т. 17. - № 2. - С. 90-97. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.2.90.97
  6. Капустин В.И. и др. Технология синтеза и электронная структура тройных карбонатов бария-стронция-кальция для катодов СВЧ-приборов // Российский технологический журнал. - 2022. 10(6). - C. 60-69. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-6-60-69
  7. Лобанов В.М. и др. Особенности эмиссии и полевая электронная спектроскопия оксидного термокатода // Журнал радиоэлектроники. - 2023. - №4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.4.6
  8. Тумаркин А.В., Разумов С.В., Вольпяс В.А. и др. Термостабильные сегнетоэлектрические конденсаторы на основе градиентных пленок титаната бария-стронция // Журнал технической физики. - 2017. - Т. 87. - Вып. 10. - С.1585-1591. https://doi.org/10.21883/JTF.2017.10.45005.2168
  9. Thornton J.A. Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings // Journal of Vacuum Science & Technology. - 1974. - V. 11. - № 4. - PP. 666 - 670. https://doi.org/10.1116/1.1312732
  10. Thornton J.A. The microstructure of sputter- deposited coatings // Journal of Vacuum Science & Technology.A. - 1986, 4(6). - P.P. 3059 - 3065. https://doi.org/10.1116/1.573628
  11. Mahieu S., Ghekiere P., Depla D., De Gryse R. Biaxial alignment in sputter deposited thin films // Thin solid films. - 2006, 515. - P.P. 1229 - 1249. https://doi.org/10.1016/J.TSF.2006.06.027
  12. Жабин Г.А., Пелипец О.В., Шарапов Н.А. Влияние условий магнетронного распыления при осаждении покрытий (BaSrCa)CO3 на термоэлектронную эмиссию пленочных микрокатодов // Письма в Журнал технической физики. - 2024. - Т. 50. - № 11. С. 38-41. https://doi.org/10.61011/PJTF.2024.11.57909.19827