Wprowadzenie katodowego osadzania

Katodowej osadzania łuku jest powszechnie stosowany proces skalę przemysłową do nakładania powłok wysokiej jakości cienkowarstwowe. Proces jest oparty na niskiego napięcia, wysokiej bieżącej fizyki katodowego, które wytwarzają gęsty, wysoko zjonizowaną osocza. Katodowa łuku osadzania charakteryzuje się prawie 100% zjonizowanych osadzania plazmy z osadzania stosunkowo wysokiej energii jonów.

Katodowa łuku osadzania działa w warunkach próżni za pomocą specjalnie zaprojektowane osadzania głowy. Katodowa łuku osadzania mogą pracować w obu DC lub impulsowe tryby. W obu przypadkach zasilacz ma zastosowanie napięcia, która produkuje absolutorium łuku między anodą i katodą. Prądu łuku jest skoncentrowany na małej powierzchni na katodzie, który tworzy niezwykle wysokiej gęstości prądu (~ 1012 A/m2) na ogół tzw "katody miejsca".

Ten wysokiej gęstości prądu wiąże się z bardzo wysoka gęstość mocy (~ 1013 W/m2) która produkuje transformacji zlokalizowane fazy stałe miejsce docelowe (materiału katody) do prawie całkowicie zjonizowanej osadzania plazmy. Plazma szybko rozszerza się do otoczenia próżni w kierunku podłoża.

W tym czasie nanoszenia na podłoże Plazma ma prędkości jonów z energii kinetycznej około 20 eV dla elementów oświetlenia i 200 eV dla ciężkich elementów. Można to porównać do rozpylania, gdzie energia jest co najwyżej kilku eV. 

Istnieje wiele korzyści do wyższych energii jonów związanych z katodowej osadzania łuku. Na przykład katodowej łuku osadzania filmów wydają się być gęstsze i mają lepsze właściwości przyczepność niż filmy produkowane przy użyciu innych metod. Osadza się atomów przenikają powierzchnię, blokowanie powłoka na powierzchni o wysokiej przyczepności.

Energiczny jony, utworzona przez katodowej łuku osadzania również pozwalać na stosowanie niższych temperaturach podłoża w porównaniu do innych procesów. Jest tak, ponieważ jony katodowej łuku osadzania zawierać wystarczającą ilość energii do formularza gęste, zwarte filmów bez konieczności dodatkowej energii cieplnej przez podłoże.

Frakcja wysoka jonizacja katodowa łuku osadzania umożliwia osadzania materiału mają być kontrolowane. Na przykład przy filmowaniu podłoża, może być zwiększona energia wpływ jonów na podłożu. W strumieniu plazmy można także zrastrowany za pomocą pola magnetycznego, który umożliwia osadzanie się materiału mają być przeniesione o powierzchni, średnio powłoki bez przenoszenia podłoża.

O reaktywne osadzania katodowej osadzania łuku pozwala chemicznie dokładne filmy mają być produkowane w szerokim zakresie ciśnień gazu. Ułatwia to konieczność precyzyjna regulacja ciśnienia, co zwiększa wydajność i zmniejsza reworks, zmniejszając koszt powłoki. Z drugiej strony reaktywne sputteringu często cierpi "zatrucia, docelowe" w którym tlen rzutuje na powierzchni docelowej i formy tlenków, wpływające na szybkość napylane. To stwarza problemy jednolitości z powłoką. Ze względu na energii związane z procesami katodowej osadzania łuku cel zatrucia występuje równie łatwo, produkujące więcej jednolite filmy z mniej problemów.

Procesu katodowej łuku osadzania produkuje tak zwane "makro cząstek" (lub kropelki) wraz z osadzania plazmy. Makro zakres cząstek rozmiar od mniej niż mikrometr do około 10 mikrometrów średnicy. Dla wielu aplikacji powłoki (narzędzia powłoki na przykład) cząstki makro nie są szkodliwe i nie środków w celu ich wyeliminowania. Jednakże dla niektórych aplikacji (np. powłok optycznych) makra pogorszyć powłoki wystarczająco który musi być usunięty. Ogólnie można to osiągnąć przy użyciu filtry magnetyczne 90 stopni, które poprowadzą osadzania plazmy od linii prostej trajektorii makra. Przy użyciu filtru, ponad 99% makr są usuwane, produkujących wysokiej jakości, wolne od cząstek stałych powłok.