Dezvoltarea și aplicarea tehnologiei de acoperire prin pulverizare Magnetron
Oct 30, 2018| Dezvoltarea și aplicarea tehnologiei de acoperire prin pulverizare cu magnetron
În ultimii ani, prin dezvoltarea de noi materiale, în special prin dezvoltarea și aplicarea materialelor subțiri, dezvoltarea rapidă a tehnologiei de depunere prin pulverizare a jucat un rol de neînlocuit în domeniul cercetării științifice și al producției industriale. Această lucrare prezintă în principal procesul și dezvoltarea tehnologiei de acoperire a depunerilor prin pulverizare, caracteristicile diferitelor tehnologii de placare magnetronă principală și introduce principala aplicație a tehnologiei de pulverizare magnetron în diverse domenii.
Procesul de acoperire prin pulverizare este în principal acela de a face materialele țintă în filme subțiri care sunt fixate pe catodul sistemului de depunere prin pulverizare și substratul filmelor subțiri care urmează să fie depus este plasat pe anodul suprafeței țintă opusă. Sistemul de pulverizare este pompat într-un vid înalt și umplut cu argon etc. Se aplică o presiune ridicată între catod și anod și se generează o descărcare de tensiune scăzută între anod și catod. În plasma generată prin descărcare, ionii argon pozitivi se deplasează spre catod sub acțiunea câmpului electric și se ciocnesc cu suprafața țintă. Atomii țintă emise de suprafața țintă după ce s-au ciocnit sunt numiți atomi de pulverizare. Energia atomilor de pulverizare este, în general, în intervalul de la una până la zeci de volți de electroni. Aplicarea de acoperire este de a folosi ioni argon pozitivi generați de descărcarea de tensiune scăzută, pentru a bombarda ținta catodului la viteză mare sub acțiunea câmpului electric. Particulele cum ar fi atomii sau moleculele din țintă sunt pulverizate și depuse pe suprafața substratului sau piesei de prelucrat pentru a forma stratul de film necesar. Cu toate acestea, procesul de depunere prin pulverizare pulverizează particule cu o foarte scăzută energie, rezultând o rată scăzută a filmului.
Tehnologia de pulverizare Magnetron este de a îmbunătăți rata de formare a peliculei pe baza stratului de acoperire prin pulverizare, stabilirea câmpului magnetic perpendicular pe câmpul electric și pe suprafața țintă, viteza de ionizare a gazului de argon cu o creștere de 0,5% de la 0,3% la 5% 6% poate rezolva problema de pulverizare acoperire rata de depunere este scăzută, una dintre principalele metode sunt industria de acoperire precisă. Materialele cu catod de pulverizare Magnetron pot fi preparate dintr-o gamă largă de materiale, toate metalele, aliajele și ceramica pot fi preparate în ținte. Acoperirea cu pulverizare Magnetron este potrivită pentru producția industrială în masă și cu randament ridicat datorită vitezei sale rapide de depunere și filmului compact și aderenței bune la substrat sub efectul câmpului magnetic vertical și a câmpului electric.
1. Procesul de pulverizare a magnetronului
În procesul de pulverizare prin magnetron, procesul specific are un impact deosebit asupra performanței filmului, iar procesul principal este următorul:
(l) curățarea substratului, în principal prin curățarea cu abur cu alcool izopropilic, urmată de uscarea rapidă după înmuierea substratului cu etanol și acetonă pentru îndepărtarea uleiului de pe suprafață;
(2) vid. Vacuumul trebuie controlat deasupra 2 * 10-4 Pa pentru a asigura puritatea filmului;
(3) de încălzire, în scopul de a elimina umiditatea suprafeței substratului, pentru a îmbunătăți rezistența la aderență a filmului și a substratului, trebuie să încălzire substrat, temperatura de obicei, alegeți între 150 ℃ ~ 150 ℃ ;
(4) presiunea parțială a argonului, în general în intervalul de 0,01 lPa, pentru a îndeplini condiția de presiune a descărcării strălucitoare;
(5) presputrare. Prespretarea este de a îndepărta pelicula de oxid pe suprafața materialului țintă prin bombardare cu ioni, pentru a nu afecta calitatea filmului.
(6) pulverizare. Ionii pozitivi formați de argon ionizați pot, sub acțiunea câmpului magnetic ortogonal și a câmpului electric, să bombardeze materialul țintă la viteză mare, făcând particulele țintă emise de pulverizare să ajungă la suprafața substratului și să se depună într-un film.
(7) în timpul recoacerii, coeficientul de dilatare termică a filmului și a substratului este diferit, iar forța de legare este mică. Difuzarea reciprocă a filmului și a atomilor substratului în timpul recoacerii poate îmbunătăți în mod eficient aderența.
2. Dezvoltarea tehnologiei de acoperire prin pulverizare magnetron
În ultimii ani, dezvoltarea tehnologiei de sputtering magnetron este foarte rapidă. Metodele tipice includ pulverizarea echilibrată a magnetronului, pulverizarea cu magnetron reactiv, pulverizarea cu magnetron de frecvență medie și pulverizarea magnetronului cu energie înaltă.
Echilibrarea pulverizării magnetronului: cea mai tradițională tehnică de pulverizare a magnetronului implică plasarea unui magnet permanent sau a unei bobine electromagnetice în spatele țintei, care formează un câmp magnetic perpendicular pe direcția câmpului electric pe suprafața țintei. În ionizarea gazului de argon sub presiune înaltă în plasmă, ionul Ar + de către materialul catodic de accelerare a câmpului electric de accelerare, electronii secundari sunt materiale țintă pulverizatoare și electron în rolul câmpului electric perpendicular și al câmpului magnetic legat la catod, suprafața materialului țintă mărește riscul de coliziune între electron și gaz, ceea ce a dus la creșterea vitezei de ionizare a gazului de argon, făcând ca gazul de argon să poată menține descărcarea sub gaz scăzut, astfel pulverizarea magnetronului reduce atât presiunea gazului de pulverizare, eficiența pulverizării și a ratei de depunere. Cu toate acestea, există unele dezavantaje ale pulverizării magnetronice convenționale. De exemplu, atât electronii generați prin descărcarea de joasă presiune, cât și cei doi electroni emise de țintă de pulverizare sunt legați de zona din jurul suprafeței țintă de aproximativ 60 mm, astfel încât piesa de prelucrat poate fi plasată numai în intervalul de 50 mm și 100 mm pe suprafața țintă. O astfel de gamă mică de acoperire limitează dimensiunea piesei de prelucrat care urmează să fie placată.
Refacerea magnetronului reactiv: cu dezvoltarea ingineriei de suprafață, se folosesc din ce în ce mai multe tipuri de filme subțiri compuse. Filmele compozite pot fi preparate prin pulverizare pe ținte realizate din materiale compuse direct sau prin gaze reactive, atunci când se pulverizează pe țintă metalică sau aliaj. Acesta din urmă se numește pulverizare magnetron reactivă. În general, este mai ușor să se obțină filme compuse de înaltă calitate prin utilizarea metalelor pure ca reacții țintă și gaze.
Aparatul de pulverizare cu magnetron cu frecvență de rotație: această metodă de acoperire schimbă sursa de alimentare cu pulverizator magnetron de la sursa convențională de curent continuu la frecvența de medie frecvență. În procesul de pulverizare, atunci când tensiunea aplicată de sistem este în jumătatea ciclică negativă a curentului alternativ, este bombardată și pulverizată de ioni pozitivi, în timp ce în ciclul semi-pozitiv, suprafața materialului țintă este bombardată și pulverizată de electroni în plasmă și, în același timp, încărcările pozitive acumulate pe suprafața materialului țintă sunt neutralizate și fenomenul arc-striking este suprimat. Dacă frecvența sursei de alimentare cu magnetron este de obicei între 10 și 80 kHz, frecvența este ridicată, timpul de accelerație al ionilor pozitivi este scurt, energia este scăzută atunci când atingeți ținta și pulverizarea rata de depunere scade în consecință. Sistemul de pulverizare cu magnetron de frecvență medie are, în general, două ținte, care se transformă periodic în catod și anod periodic . Pe de altă parte, elimină și fenomenul de arc.
Aparatul de pulverizare magnetron pulsatoriu cu energie înaltă: pentru prima dată de când oamenii de știință suedezi folosesc puls de energie înaltă ca mod de aprovizionare prin pulverizare cu magnetron și depunerea cu strat subțire cu Cu, HPPMS, datorită faptului că rata de ionizare ridicată a metalului crește în ultimii ani, tehnica de pulverizare magnetronă este utilizarea unei puteri de vârf a pulsului ridicat și a ratelor scăzute ale impulsului de pulsare care generează o viteză mare de ionizare a pulberii de metal a unei tehnologii de pulverizare a magnetronului, datorită duratei scurte a impulsului, puterea medie nu este ridicată, acest catod nu se supraîncălzește și crește tinta de racire requirements.Its de vârf de putere este de 100 de ori mai mare decât cea de pulverizare ordinară magnetron, care este de aproximativ 1000-3000W / cm2. Densitatea plasmei poate fi la fel de mare ca ordinul de mărime de 1018m-3. Rata de ionizare a materialului de pulverizare este foarte mare, iar ținta de pulverizare Cu poate fi de până la 70%.
3. Aplicarea tehnologiei de acoperire prin pulverizare magnetron
Tehnologia de acoperire prin pulverizare Magnetron este utilizată în principal pentru depunerea de filme metalice sau compuse subțiri din materiale plastice, ceramică, sticlă, siliciu și alte produse pentru a obține produse metalice de suprafață strălucitoare, frumoase și economice de materiale plastice și ceramice. Tehnologia filmului de decorare, lămpi, mobilier, jucării, arte și meșteșuguri, decorațiuni și alte domenii de viață utilizează de obicei metoda de pulverizare magnetron, aplicată și în domeniile industriale de film militar de protecție, produs optic, mediu de înregistrare magnetică, , folie rezistentă la umiditate și permeabilă, folie rezistentă la uzură, rezistență la rugină și rezistență la coroziune.
Sputteringul Magnetron nu se aplică numai în domeniul cercetării științifice și al domeniilor industriale, dar se extinde și la multe provizii zilnice, utilizate în principal pentru prepararea filmelor subțiri dificile prin depunerea chimică a vaporilor. Tehnologia de pulverizare Magnetron a fost folosită de mai mulți ani pentru pregătirea ambalajelor electronice și a filmelor subțiri optice, în special tehnologia de sputtering non-echilibru cu magnetron de frecvență intermediară a fost de asemenea aplicată în filme subțiri optice și sticlă transparentă conductoare. Sticla conductivă transparentă este utilizată pe scară largă în prezent, cum ar fi dispozitivele de afișare a panoului de computer pentru televizoare, dispozitivele și dispozitivele electromagnetice cu microunde și de ecranare cu frecvență radio, celulele solare și așa mai departe. În plus, tehnologia de acoperire prin pulverizare cu magnetron joacă un rol important în memoria optică. Mai mult decât atât, această tehnologie este utilizată pe scară largă în filmul cu suprafață funcțională, filmul auto-lubrifiant, filmul ultra-dur și așa mai departe.
În plus față de domeniile menționate mai sus care au fost utilizate pe scară largă, tehnologia de acoperire prin pulverizare magnetron joacă, de asemenea, un rol important în cercetarea temperaturilor înalte, filmelor subțiri superconductoare, filmelor subțiri magnetorezistente gigant, filmelor subțiri feroelectrice, filmelor subțiri luminescente, filme și celule solare.
4. Concluzie
Tehnologia de acoperire prin pulverizare Magnetron a devenit una dintre principalele tehnici de preparare a peliculelor subțiri datorită avantajelor sale remarcabile. Sputteringul non-echilibru de magnetron îmbunătățește distribuția plasmei și calitatea filmului. Dezvoltarea tehnologiei de acoperire prin pulverizare cu medie frecvență a depășit în mod eficient fenomenul de arc în procesul de pulverizare reactivă, a redus defectele structurale ale filmului și a crescut semnificativ rata de depunere a filmului. Tehnologia de pulverizare cu pulverizare de mare viteză și pulverizare cu magnetron de mare intensitate deschide un nou domeniu de cercetare pentru filmele de pulverizare. În studiile viitoare, o nouă tehnologie de sputtering pentru a promova în domeniul vieții, combinația dintre tehnologia de depunere a sputteringului magnetron și computer va deveni un subiect de cercetare fierbinte, folosind simularea computerizată a stratului de acoperire atunci când câmpul magnetic, câmpul electric, și distribuția de plasmă, va oferi tehnologie de acoperire prin pulverizare pentru dezvoltarea extinderii spațiului uriaș, promovarea tehnologiei de acoperire prin pulverizare cu magnetron la transformarea câmpurilor industriale și de viață.
