Rozwój i zastosowanie technologii powlekania magnetronowego

Opracowanie i zastosowanie technologii napylania magnetronowego

W ostatnich latach, wraz z opracowywaniem nowych materiałów, w szczególności opracowywaniem i zastosowaniem materiałów cienkowarstwowych, szybki rozwój technologii osadzania przez napylanie kokosowe odegrał niezastąpioną rolę w dziedzinie badań naukowych i produkcji przemysłowej. W artykule przedstawiono przede wszystkim proces i rozwój technologii powlekania przez napylanie jonowe, charakterystyki różnych technologii powlekania magnetronowego, oraz przedstawiono główne zastosowanie technologii rozpylania magnetronowego w różnych dziedzinach.

Proces napylania powłoki polega głównie na wytwarzaniu materiałów docelowych na cienkie warstwy, które są przymocowane na katodzie układu do napylania, a podłoże cienkich warstw do osadzenia umieszcza się na anodzie przeciwległej powierzchni docelowej. jest pompowany do wysokiej próżni i wypełniany argonem itp. Wysokie ciśnienie jest przykładane między katodą i anodą, a wyładowanie jarzeniowe o niskim ciśnieniu jest generowane pomiędzy anodą i katodą. W plazmie generowanej przez wyładowanie jony argonu dodatnie przesuwają się w kierunku katody pod wpływem pola elektrycznego i zderzają się z powierzchnią docelową. Atomy docelowe emitowane z powierzchni docelowej po zderzeniu są nazywane atomami rozpylającymi. Energia rozpylania atomów mieści się na ogół w zakresie od jednego do kilkudziesięciu woltów elektronowych. Powlekana powłoka polega na użyciu jonów argonowych generowanych przez niskociśnieniowy wyładowanie jarzeniowe w celu bombardowania celu katody z dużą prędkością pod działaniem pola elektrycznego. Cząstki takie jak atomy lub cząsteczki w tarczy są napylane i osadzane na powierzchni podłoża lub przedmiotu obrabianego w celu utworzenia wymaganej warstwy folii. Jednakże proces osadzania rozpylonego jonowego rozpyla cząstki o bardzo niskiej energii, co powoduje niską szybkość powlekania.

Technologia rozpylania magnetronowego polega na poprawie szybkości tworzenia filmu na podstawie powłoki rozpylającej, ustanowienia prostopadłego pola magnetycznego i pola elektrycznego na powierzchni celu, szybkości jonizacji gazu argonowego o 0,5% od 0,3% do 5% 6%, tak aby może rozwiązać problem napylania powłoki, szybkość nanoszenia powłoki jest niska, jedną z głównych metod jest precyzyjny przemysł powlekania. Materiały katody rozpylające magnetron mogą być przygotowane z szerokiej gamy materiałów, wszystkie metale, stopy i ceramika mogą być przygotowane do celów. Powłoka napylania magnetronowego nadaje się do produkcji przemysłowej o wysokiej i wysokiej wydajności ze względu na jej szybkie tempo osadzania i kompaktową folię oraz dobrą przyczepność do podłoża pod wpływem pionowego pola magnetycznego i pola elektrycznego.

1. Proces rozpylania magnetronowego

W procesie rozpylania magnetronowego określony proces ma duży wpływ na wydajność filmu, a główny proces jest następujący:

(l) czyszczenie podłoża, głównie przez czyszczenie parą za pomocą alkoholu izopropylowego, a następnie szybkie suszenie po namoczeniu podłoża etanolem i acetonem w celu usunięcia oleju z powierzchni;

(2) próżnia. Próżnię należy kontrolować powyżej 2 * 10 ^-4 Pa, aby zapewnić czystość folii;

(3) ogrzewanie, w celu usunięcia wilgoci powierzchni podłoża, poprawić siłę przyczepności folii i podłoża, trzeba podgrzać substrat, temperatura zwykle wybiera się między 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) ciśnienie parcjalne argonu, generalnie w zakresie 0,01 lPa, aby spełnić warunki ciśnienia wyładowania jarzeniowego;

(5) presputterowanie. Presbiterowanie polega na usunięciu filmu tlenkowego na powierzchni materiału docelowego za pomocą bombardowania jonowego, aby nie wpływać na jakość filmu.

(6) rozpylanie. Pozytywne jony utworzone przez zjonizowaną puszkę argonu, pod działaniem ortogonalnego pola magnetycznego i pola elektrycznego, bombardują materiał docelowy z dużą prędkością, powodując, że docelowe cząstki emitowane przez rozpylanie docierają do powierzchni substratu i osadzają się w filmie.

(7) podczas wyżarzania współczynnik rozszerzalności cieplnej folii i podłoża jest inny, a siła wiązania jest mała. Wzajemna dyfuzja folii i atomów substratu podczas wyżarzania może skutecznie poprawić przyczepność.

2. Rozwój technologii napylania magnetronowego

W ostatnich latach rozwój technologii rozpylania magnetronowego jest bardzo szybki. Typowe metody obejmują zrównoważone rozpylanie magnetronowe, reaktywne rozpylanie magnetronowe, rozpylanie magnetronowe o średniej częstotliwości oraz rozpraszanie magnetronowe o wysokiej energii impulsowej.

Zrównoważone rozpylanie magnetronowe: najbardziej tradycyjna technika rozpylania magnetronowego polega na umieszczeniu magnesu stałego lub cewki elektromagnetycznej za celem, który tworzy pole magnetyczne prostopadłe do kierunku pola elektrycznego na powierzchni celu. W jonizacji gazu argonowego pod wysokim ciśnieniem w plazmie, jon Ar + za pomocą bombardującego materiał katodowy z przyspieszeniem pola elektrycznego, elektrony wtórne są rozpylanym materiałem docelowym, a elektron w roli prostopadłego pola elektrycznego i pola magnetycznego, związanym na katodzie, w pobliżu powierzchnia materiału docelowego zwiększa ryzyko zderzenia elektronu i gazu, co zwiększa szybkość jonizacji gazu argonowego, powoduje, że gaz argonowy może również utrzymywać rozładowanie pod niskim gazem, a zatem rozpylanie magnetronowe zmniejsza zarówno ciśnienie gazu rozpylającego, jak i poprawia wydajność rozpylania i szybkość osadzania. Istnieją jednak pewne wady konwencjonalnego rozpylania magnetronowego. Na przykład, zarówno elektrony generowane przez wyładowanie niskociśnieniowe, jak i drugie elektrony emitowane przez tarczę do napylania są związane z obszarem wokół powierzchni docelowej około 60 mm, tak, że przedmiot obrabiany może być umieszczony tylko w zakresie 50 mm i 100 mm na powierzchni docelowej. Taki niewielki zakres powłoki ogranicza rozmiar obrabianego przedmiotu, który ma być powlekany.

Reaktywne napylanie magnetronowe: wraz z rozwojem inżynierii powierzchni coraz częściej stosuje się różne cienkie warstwy złożone. Folie złożone można wytwarzać przez napylanie na cele wykonane z materiałów złożonych bezpośrednio lub przez gazy reaktywne podczas napylania na cele metalowe lub stopowe. Ten ostatni nazywa się reaktywnym rozpylaniem magnetronowym. Na ogół łatwiej jest uzyskiwać wysokiej jakości folie złożone, wykorzystując czysty metal jako cel i reakcje gazowe.

Napromienianie magnetronowe z częstotliwością emisyjną ED: ta metoda powlekania zmienia napięcie zasilania magnetronowego z konwencjonalnego zasilania prądem stałym na średnią. W procesie rozpylania, gdy napięcie przyłożone przez układ znajduje się w ujemnym półcyklu prądu przemiennego, materiał docelowy jest bombardowany i rozpylany przez jony dodatnie, podczas gdy w dodatnim półcyklu powierzchnia materiału docelowego jest bombardowana i rozpylana przez elektrony w plazmie, a jednocześnie akumulowane ładunki dodatnie na powierzchni materiału docelowego są neutralizowane Zjawisko łuku magnetronowego jest tłumione. Jeżeli częstotliwość źródła prądu rozpylania magnetronowego wynosi zwykle od 10 do 80 kHz, częstotliwość jest wysoka, czas przyspieszania dodatnich jonów jest krótki, energia jest niska podczas uderzania w cel, a rozpylanie Szybkość osadzania spada odpowiednio. System napylania magnetycznego o częstotliwościach kwantowych generalnie ma dwa cele, które kolejno zmieniają się w katodę i anodę Z drugiej strony eliminuje również zjawisko łuku.

Rozpylanie magnetronowe o wysokiej energii: po raz pierwszy odkąd szwedzcy naukowcy stosują impuls wysokoenergetyczny jako tryb zasilania prądem rozpylania magnetronowego i odkładanie cienkiej warstwy Cu, HPPMS, ponieważ w ciągu ostatnich lat wysoki wskaźnik jonizacji metalu wzmaga uwagę, wysoka energia pulsuje Technologia rozpylania magnetronowego polega na wykorzystaniu dużej mocy szczytowej impulsu i współczynników niskiego impulsu powodującego wysoki współczynnik rozpylania jonizacji metalu w technologii rozpylania magnetronowego, ze względu na krótki czas trwania impulsu, średnia moc nie jest wysoka, katoda ta nie przegrzewa się i nie zwiększa Docelowe wymagania chłodzenia. Jego moc szczytowa jest 100 razy większa niż w przypadku zwykłego rozpylania magnetronowego, czyli około 1000-3000w / cm2. Gęstość plazmy może wynosić nawet 1018m-3 rzędu. Szybkość jonizacji materiału do rozpylania jest bardzo wysoka, a rozpylany cel Cu może wynosić do 70%.

3. Zastosowanie technologii napylania magnetronowego

Technologia powlekania rozpylanego magnetronowego jest głównie stosowana do osadzania cienkich warstw metalu lub mieszanki z tworzyw sztucznych, ceramiki, szkła, krzemu i innych produktów w celu uzyskania jasnych, pięknych i ekonomicznych produktów do metalizacji powierzchni z tworzyw sztucznych i ceramiki. Technologia filmowania dekoracji, lamp, mebli, zabawek, rzemiosła artystycznego, dekoracji i innych żywych obszarów wykorzystuje zwykle metodę rozpylania magnetronowego, która jest również stosowana w przemysłowej dziedzinie wojskowej folii ochronnej, produkcie optycznym, magnetycznym nośniku zapisu, płytce drukowanej , odporna na wilgoć i przepuszczalna folia, odporna na zużycie folia, odporność na korozję i rdzę.

Rozpylanie magnetronowe stosuje się nie tylko w badaniach naukowych i dziedzinach przemysłowych, ale również w wielu codziennych dostawach, głównie do przygotowania trudnych cienkich warstw metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej. Technologia rozpylania magnetronowego jest stosowana od wielu lat w przygotowywaniu opakowań elektronicznych i cienkich warstw optycznych, zwłaszcza w zaawansowanej technologii nierównopromieniowej rozpylania magnetronowego o pośredniej częstotliwości stosowano również w cienkich foliach optycznych i przezroczystym szkle przewodzącym. Przezroczyste szkło przewodzące jest obecnie szeroko stosowane, takie jak wyświetlacze paneli telewizyjnych, urządzenia i urządzenia elektromagnetyczne mikrofalowe i radiacyjne, ogniwa słoneczne i tak dalej. Ponadto technologia powlekania magnetronowego odgrywa ważną rolę w pamięci optycznej. Co więcej, technologia ta jest szeroko stosowana w filmach funkcjonalnych powierzchniowych, filmach samosmarujących, filmach ultra twardych i tak dalej.

Oprócz wyżej wymienionych pól, które są szeroko stosowane, technologia powlekania magnetronowego również odgrywa ważną rolę w badaniach wysokotemperaturowych cienkich warstw nadprzewodzących, gigantycznych magnetorezystywnych cienkich warstw, ferroelektrycznych cienkich warstw, cienkich warstw luminescencyjnych, cienkich warstw pamięci kształtu filmy i ogniwa słoneczne.

4. Wniosek

Technologia powlekania rozpylanego magnetronem stała się jedną z głównych technik przygotowania cienkich warstw ze względu na jej niezwykłe zalety. Nieliniowe rozpylanie magnetronowe poprawia rozkład plazmy i jakość filmu. Opracowanie technologii powlekania rozpyłowego o średniej częstotliwości skutecznie pokonało zjawisko łuku w procesie rozpylania reaktywnego, zmniejszyło wady strukturalne folii i znacznie zwiększyło szybkość osadzania folii. Szybkobieżne rozpylanie i technologia rozpylania magnetronowego o wysokiej energii rozpylają nowe pole badawcze do rozpylania filmów. W przyszłych badaniach, nowa technologia rozpylania do promowania w dziedzinie życia, połączenie technologii nanoszenia magnetronowego i komputera stanie się gorącym tematem badawczym, wykorzystującym komputerową symulację powłoki, gdy pole magnetyczne, pole elektryczne, pole temperaturowe, oraz dystrybucja plazmy, będą oferować technologię powlekania rozpyłowego w celu rozwoju rozszerzania się ogromnej przestrzeni, promowania technologii powlekania magnetronowego do transformacji przestrzeni przemysłowych i mieszkalnych.