priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-5-417-426pribor-373Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ АНАЛИЗА И КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR MONITORING AND DIAGNOSTICS OF MATERIALS, PRODUCTS, SUBSTANCES AND THE NATURAL ENVIRONMENTСоздание тонкопленочных многослойных структур методом магнетронного распыления и их элементный анализCreation of thin-film multilayer structures by magnetron sputtering and their elemental analysisШашинД. Е.ShashinD. E.

Дмитрий Евгеньевич Шашин — канд. техн. наук, доцент, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры; доцент

Йошкар-Ола

Dmitry Е. Shashin — PhD, Associate Professor, Department of Radio Equipment Design and Production; Associate Professor

Yoshkar-Ola

ShashinDE@volgatech.netСушенцовН. И.SushentsovN. I.

Николай Иванович Сушенцов — канд. техн. наук, доцент, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры; заведующий кафедрой

Йошкар-Ола

Nikolay I. Sushentsov — PhD, Associate Professor, Department of Radio Equipment Design and Production; Head of the Department

Yoshkar-Ola

SushentsovNI@volgatech.netДьячковА. Д.DyachkovA. D.

Алексей Дмитриевич Дьячков — аспирант, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры

Йошкар-Ола

Alexey D. Dyachkov — Post-Graduate Student, Department of Radio Equipment Design and Production

Yoshkar-Ola

addyachkov@gmail.comРомановА. Л.RomanovA. L.

Алексей Леонидович Романов — магистрант, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры

Йошкар-Ола

Alexey L. Romanov — Masterʼs Student, Department of Radio Equipment Design and Production

Yoshkar-Ola

RomanovAl@volgatech.netВолковК. А.VolkovK. A.

Кирилл Александрович Волков — аспирант, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры

Йошкар-Ола

Кirill A. Volkov — Post-Graduate Student, Department of Radio Equipment Design and Production

Yoshkar-Ola

VolkovKA@volgatech.netГабдуллинП. Г.GabdullinP. G.

Павел Гарифович Габдуллин — канд. физ.-мат. наук, доцент, Высшая инженерно-физическая школа, Институт электроники и телекоммуникаций

Санкт-Петербург

Pavel G. Gabdullin — PhD, Associate Professor, Higher School of Engineering and Physics, Institute of Electronics and Telecommunications

St. Petersburg

КвашенкинаО. Е.KvashenkinaO. E.

Ольга Евгеньевна Квашенкина — канд. физ.-мат. наук, доцент, генеральный директор

Санкт-Петербург

Olga Е. Kvashenkina — PhD, Associate Professor; General Manager

St. Petersburg

info@sndgroup.ruПоволжский государственный технологический университетVolga State University of TechnologyСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityСНДГрупSNDGroup202509062025685417426Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/373

Рассматривается процесс формирования методом магнетронного распыления многослойной структуры Al-Ni, используемой для протекания в ней реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Предложена компоновка магнетронной распылительной системы, позволяющая использовать шесть магнетронов и ионный источник в едином технологическом цикле формирования многослойной структуры Al-Ni, что ведет к увеличению скорости ее роста. С помощью электронной растровой микроскопии исследован образец полученной структуры Al-Ni. Показано, что образец имеет толщину 50 мкм, толщина одного бислоя составляет 80 нм. Приведены результаты исследования полученных структур с помощью оже-спектроскопии и растровой электронной микроскопии и проведен элементный анализ сформированной многослойной структуры.

The process of formation of a multilayer Al-Ni structure by the magnetron sputtering method used for the reaction of self-propagating high-temperature synthesis is considered. The magnetron sputtering system arrangement is proposed, which allows using six magnetrons and an ion source in a single technological cycle of formation of a multilayer Al-Ni structure, which leads to an increase in the rate of its growth. A sample of the obtained Al-Ni structure is studied using scanning electron microscopy. It is shown that the sample has a thickness of 50 μm, the thickness of one bilayer is 80 nm. The results of studying the obtained structures using Auger spectroscopy and scanning electron microscopy are presented, and an elemental analysis of the formed multilayer structure is carried out.

магнетронное распылениесамораспространяющийся высокотемпературный синтезожеспектроскопияэлектронная микроскопияэлементный анализmagnetron sputteringself-propagating high-temperature synthesisAuger spectroscopyelectron microscopyelemental analysisReferencesРогачев А. С. Реакционные многослойные нанопленки: время научно-технологической зрелости // Успехи химии. 2024. Т. 93, № 1. DOI: 10.59761/RCR5106.Rogachev A.S. Russ. Chem. Rev., 2024, no. 1(93), pp. RCR5106, DOI: 10.59761/RCR5106.Rogachev A. S. Exothermic reaction waves in multilayer nanofilms // Russ. Chem. Rev. 2008. Vol. 77, N 1. P. 22–38. DOI: 10.1070/RC2008v077n01ABEH003748.Rogachev A.S. Russ. Chem. Rev., 2008, no. 1(77), pp. 22–38, DOI: 10.1070/RC2008v077n01ABEH003748.Baras F., Turlo V., Politano O. et al. SHS in Ni/Al Nanofoils: A Review of Experiments and Molecular Dynamics Simulations // Adv. Eng. Mater. 2018. Vol. 20, N 8. DOI: 10.1002/adem.201800091.Baras F., Turlo V., Politano O. et al. Adv. Eng. Mater., 2018, no. 8(20), DOI: 10.1002/adem.201800091.Adams D. P. Reactive multilayers fabricated by vapor deposition: A critical review // Thin Solid Films. 2015. Vol. 576, N 2. P. 98-128. DOI: 10.1016/j.tsf.2014.09.042.Adams D.P. Thin Solid Films, 2015, no. 2(576), pp. 98–128, DOI: 10.1016/j.tsf.2014.09.042.Turlo V., Politano O., Baras F. Modeling self-sustaining waves of exothermic dissolution in nanometric Ni-Al multilayers // Acta Materialia. 2016. Vol. 120. P. 189-204. DOI: 10.1063/1.4745201.Turlo V., Politano O., Baras F. Acta Materialia, 2016, vol. 120, рр. 189–204, DOI: 10.1063/1.4745201.Weihs T. P. Fabrication and characterization of reactive multilayer films and foils // Met. Films for Elect., Opt. and Magn. Apps.: Struc., Proc. and Props. 2014. P. 160-243. DOI: 10.1533/9780857096296.1.160.Weihs T.P. Met. Films for Elect., Opt. and Magn. Apps.: Struc., Proc. and Props., 2014, рр. 160–243, DOI: 10.1533/9780857096296.1.160.Xanthopoulou G. Some Advanced Applications of SHS: An Overview // Intern. Journal Self-Propag. High-Temp. Synth. 2011. Vol. 20, N 4. P. 269–272. DOI: 10.3103/S1061386211040133.Xanthopoulou G. Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2011, no. 4(20), pp. 269–272, DOI: 10.3103/S1061386211040133.Kovalev D. Yu., Ponomarev V. I. Time-Resolved X-Ray Diffraction in SHS Research and Related Areas: An Overview // Intern. Journal Self-Propag. High-Temp. Synth. 2019. Vol. 28, N 2. P. 114–123. DOI: 10.3103/S1061386219020079.Kovalev D.Yu., Ponomarev V.I. Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2019, no. 2(28), pp. 114–123, DOI: 10.3103/S1061386219020079.Shashin D. E., Sushentsov N. I. Development of Manufacturing Technology of Photo-Dielectric Sensitive Element of Ultraviolet Range on the Basis of Thin Films of Zinc Oxide // Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ. Series Instr. Engin. 2019. Vol. 129, N 6. P. 99-109. DOI: 10.18698/0236-3933-2019-6-99-109.Shashin D.E., Sushentsov N.I. Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ. Series Instr. Engin., 2019, no. 6(129), pp. 99–109, DOI: 10.18698/0236-3933-2019-6-99-109.Шашин Д. Е., Степанов С. А., Сушенцов Н. И. Формирование и исследование тонкопленочных структур на основе оксида меди и оксида цинка, получаемых методом реактивного магнетронного распыления, для применения в солнечной энергетике // Вестн. Поволжского гос. техн. ун-та. Сер.: Радиотехн. и инфоком. сист. 2017. Т. 35, № 3. С. 69–77. DOI: 10.15350/2306-2819.2017.3.69.Shashin D.E., Stepanov S.A., Sushentsov N.I. Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Radio Engineering and Infocommunication Systems, 2017, no. 3(35), pp. 69–77, DOI: 10.15350/2306-2819.2017.3.69. (in Russ.)Shashin D. E., Sushentsov N. I. Obtaining thin metal films and their compounds using magnetron sputtering and arc evaporation in a single technological cycle // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 2059, N 1. DOI: 10.1088/1742-6596/2059/1/012022.Shashin D.E., Sushentsov N.I. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, no. 1(2059), DOI: 10.1088/1742-6596/2059/1/012022.Шашин Д. Е., Сушенцов Н. И., Дьячков А. Д. и др. Применение магнетронного распыления для формирования многослойных структур AlNi // Вакуумная техника и технология. 2023. С. 180–184.Shashin D.E., Sushentsov N.I., Dyachkov A.D. et al. Vakuumnaya tekhnika i tekhnologiya (Vacuum Engineering and Technology), Conference, St. Petersburg, July 20–22, 2023, рр. 180–184. (in Russ.)Хина Б. Б., Бабюк В. Е., Габдуллин П. Г. и др. Новый метод расчета адиабатической температуры СВС в системе Ni-a // XII Междунар. Курнаковское совещание по физико-химическому анализу. СПб: Политех-Пресс, 2022. С. 78–80.Khina B.B., Babyuk V.E., Gabdullin P.G. et al. XII Mezhdunarodnoye Kurnakovskoye soveshchaniye po fiziko-khimicheskomu analizu (XII International Kurnakov Conference on Physicochemical Analysis), St. Petersburg, 2022, рр. 78–80. (in Russ.)Kvashenkina O. E., Udovenko S. A., Osipov V. S. et al. Study of long-term post-SHS phase kinetics in Ni/Al reactive multilayer nanofoils // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. Vol. 1695. DOI: 10.1088/1742-6596/1695/1/012181.Kvashenkina O.E., Udovenko S.A., Osipov V.S. et al. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1695, DOI: 10.1088/1742-6596/1695/1/012181.Квашенкина О. Е., Эйдельман Е. Д., Осипов В. С. и др. Оценка максимального поперечного размера многослойных биметаллических пленок для протекания в них самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на примере структуры Ni/Al // ЖТФ. 2020. Т. 90, № 7. С. 1189–1194.Kvashenkina O.E., Eidelman E.D., Osipov V.S., Gabdullin P.G., Khina B.B. Technical Physics, 2020, no. 7(90), pp. 1144–1149.Kvashenkina O. E., Gabdullin P. G., Osipov V. S. Using the novel capable of SHS-reaction multilayer nanostructured material for soldering of lead-zirconate-titanate piezoceramic elements // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. Vol. 1236. DOI: 10.1088/1742-6596/1236/1/012023.Kvashenkina O.E., Gabdullin P.G., Osipov V.S. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1236, DOI: 10.1088/1742-6596/1236/1/012023.Kvashenkina O.E., Gabdullin P.G., Arkhipov A.V. SmartFoil: a Novel Assembly Technology for Electronic Circuit Boards in Multifunctional Units // IEEE Intern. Conf. on Elect. Engineering and Photonics. IEEE. 2018. P. 202–206. DOI: 10.1109/EExPolytech.2018.8564437.Kvashenkina O.E., Gabdullin P.G., Arkhipov A.V. 2018 IEEE Intern. Conf. on Elect. Engineering and Photonics, IEEE, 2018, рр. 202–206, DOI: 10.1109/EExPolytech.2018.8564437.Shashin D. E., Sushentsov N. I., Stepanov S. A. Mathematical model development for thin zinc oxide film formation with assigned dielectric constant values // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. Vol. 1313. DOI: 10.1088/1742-6596/1313/1/012049.Shashin D.E., Sushentsov N.I., Stepanov S.A. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1313, DOI: 10.1088/1742-6596/1313/1/012049.Белянин А. Ф., Борисов В. В., Сушенцов Н. И. и др. Влияние термической обработки на строение и характеристики автоэмиссионных катодов на слоистых структурах нитрида титана и углеродных наностенок // Нанотехнологии: разработка, применение — XXI век. 2017. Т. 9, № 1. С. 4–11.Belyanin A.F., Borisov V.V., Sushentsov N.I. et al. Nanotechnology: development, application — XXI century, 2017, no. 1(9), pp. 4–11. (in Russ.)Шашин Д. Е., Дьячков А. Д. Формирование фотокаталитических пленок TiO2 методом реактивного магнетронного распыления с применением квазизамкнутого пространства // Вестн. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2024. T. 148, № 3. C. 75–90.Shashin D.E., Dyachkov A.D. Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ. Series Instr. Engin., 2024, no. 3(148), pp. 75–90. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.