A mágneses sputterezési bevonat technológia legújabb fejlesztése és trendje

A mágneses sputterezési bevonat technológia legújabb fejlesztése és trendje

A ragyogás plazma sputterezésének alapvető folyamata az, hogy a negatív elektródon lévő ragyogó plazmában az energiát hordozó ionok hatására a cél atomok kiszóródnak a célból, majd a szubsztrátumon kondenzálódnak, hogy egy vékony filmet képezzenek. Ebben a folyamatban a másodlagos elektronokat egyidejűleg kibocsátják a célfelületről, amelyek kulcsszerepet játszanak a plazma stabil fennmaradásának fenntartásában. A porlasztási technológia megjelenése és alkalmazása számos szakaszon ment keresztül. Több mint 30 éves fejlesztés után a mágneses fröccsenő technológia rendkívül kemény, kopásálló, kis súrlódási tényezők, korrózióálló, dekoratív, optikai, elektromos és egyéb funkcionális filmek készítésének helyettesíthetetlen módszerévé vált. egy másik fontos fejlesztés ezen a területen. Szinte lehetetlen olyan sűrű, hibamentes szigetelőfóliákat, különösen kerámiafóliákat elérni, amelyekben a reaktív sputterezés során alacsony a lerakódási sebesség, a célanyagok könnyű ívkisülése és a szerkezet, a kompozíció és a teljesítmény változása. Ezen hiányosságok leküzdésére impulzusos magnetronos porlasztási technológia használható. Az impulzus frekvencia 10 ~ 200 kHz, ami hatékonyan megakadályozza a célanyagnak az ívkisülést, és stabilizálja a reaktív sputterezési lerakódási folyamatot, hogy nagy sebességű lerakódást érjen el a kiváló minőségű reaktív filmekben. magnetron sputterezés, impulzus mágneses sputtering előrehaladás, valamint a mágneses vezérlés sputterező lerakódása, porlasztása, nagy sebességű nagy tisztaságú kisnyomású membránkészítésnél és az alapos elemzés során végrehajtott, a reaktív permetező filmek technológiai fejlődésének javítása, az utoljára Kínában a petrolkémiai iparnak erőteljesen fejlesztenie és alkalmazni kell a mágneses sputterelési technológiát.

Nem egyensúlyi mágneskromatográfiás technológia

Összehasonlítva a hagyományos mágneses sputterezéssel, a nem egyensúlyi mágneses porlasztási technológia kevés a tervezési különbséggel, de hatalmas különbséghez vezet a lerakódási tulajdonságokban. ÁBRA. 1 a nem egyensúlyi mágneses porlasztási technológia és a hagyományos magnetron-porlasztási technológia plazma-régió jellemzőinek vázlatos rajza

A hagyományos magnetronos porlasztás során a plazma teljes mértékben a célterületre korlátozódik, és a tipikus érték körülbelül 6 cm a célfelületen. Az 1c. Ábra (invazív) kiegyensúlyozatlan mágneses fröcskölés, a külső mágneses tér intenzitása, a mágneses térerősség magasabb, mint a mágneses erő középvonalai, és nem képeznek zárt hurkot a középső és a periféria között, a mágneses külső felületének egy része. a szubsztrátumra kiterjedő terepvonalak, így a szekunder elektron egy része a mágneses erővonal mentén elérheti a szubsztrát felületét, a plazma már nem a célterületre korlátozódik, hanem ahhoz, hogy elérje a szubsztrát felületét, a szubsztrát-ion-sugár sűrűség növekedése általában 5 m / cm2-nél nagyobb. Ily módon a porlasztóforrás egy ionforrás is, amely a szubsztrátumot bombázza. A szubsztrátum ionsugár sűrűsége arányos a célanyag aktuális sűrűségével. A célanyag aktuális sűrűsége növekszik, növekszik a lerakódási sebesség, és a szubsztrátum ionsugár sűrűsége növekszik. Az 1b. a periféria, a mágneses térvonalak nem zártak, hanem az eszköz falához irányulnak, és a szubsztrát felületén alacsony plazma sűrűség. A szubsztrát-ion-sugár alacsony sűrűsége miatt ezt a módszert ritkán használják. A vizsgálatok azonban azt mutatták, hogy ez a módszer nagy fajlagos felületű és nagy aktivitású filmeket eredményezhet, és a kapott film porozitása több mint 1000-szerese lehet a sűrű felületnek, és a porozitás egyidejűleg szabályozható. A porózus fóliák katalizátorként, gyújtószerkezetekként és fekete testekként fontos alkalmazási területeik. A nem-egyensúlyi mágneses porlasztás (CFUBMS) továbbfejlesztését több olyan nem-egyensúlyi mágneses sputterező forrás felhasználása jellemzi, amelyet bizonyos módon telepítettek, amellyel leküzdhetjük azt a nagy nehézséget, hogy egyetlen célt használunk a vékony filmek egyenletes elhelyezésére. A többcélú rendszerben a két szomszédos cél közötti kapcsolat párhuzamosan vagy relatívan helyezhető el. A szomszédos célpontokban két mágneses mezőmód is létezik, amint azt az 1. ábra mutatja. 2. Ha a szomszédos mágneses pólusok ellentétesek, akkor azokat zárt mágneses mezőknek hívják. Ha a szomszédos mágneses pólusok azonosak, úgy tükörmágneses mezőnek nevezik. A zárt mágneses térben a különböző célanyag zárt mágneses terepvonalai, a kevésbé elektronikus falveszteség, a szubsztrát felületén a plazma sűrűsége magas, az ionok és az atomok aránya eléri a szubsztrát tükör felületét mágneses mező vagy egyetlen célpont, amely a kiegyensúlyozatlan mágneses tér 2–3-szorosára nő, amikor a szubsztrátum és a céltávolság növekszik, a szubsztrátion felületén lévő zárt mágneses mező és az atomarány hatása nagyobb. A tükör üzemmódban a mágneses tér vonal a fal felé irányul, és a szekunder elektronok a fal mentén a mágneses mező vonalán keresztül kerülnek, ami a szubsztrát felületén a plazma sűrűség csökkenéséhez vezet.

A nem egyensúlyi mágneses sputterezési technológia alapján a mágneses térerősség változó mágneses sputterezési technológiája vált ki, melyet az állítható mágneses pólus pozíció jellemez. A két mágneses pólus és a célfelület közötti távolság megváltoztatásával megváltoztatható a mágneses térerősség a célfelületen. A változó mágneses tér kialakítása új technikai paramétereket biztosít, az üledékionok bevezetése, az atomok, mint a finombeállítás, mint például a üledékfázis, remélhetőleg magasabb ionsugárra indulnak, hogy javítsák a fólia tapadását, de az ion sugár további elhelyezése magas vékony film feszültség és hiba, bármikor megváltoztathatja a mágneses mezőt, megváltoztathatja az ionnyalábot és megszüntetheti ezt a problémát. A gradiens film és a többrétegű film elhelyezésekor ez a technika a különböző film tulajdonságok legjobb kombinációját eredményezheti. Ez a technológia szabályozhatja a célzott porlasztási korrózió jellemzőit és elérheti a cél egyenletes porlasztását.

Impulzus mágneses permetezés (PMS)

Az impulzusos magnetron-szórást úgy alakítják ki, hogy a hagyományos dc tápforrást az impulzusos tápegységre cseréljük. Ez a technológia kiemelkedő előnyökkel rendelkezik, például alacsonyabb lerakódási hőmérséklet, nagy sebességű és hibamentes kerámiafólia lerakódás. Például oxidfóliák elhelyezésekor hagyományosan fémtárgyakat használhatunk, reaktív sputterező lerakódást egy megfelelően szabályozott oxigén atmoszférában, vagy rf (általában 13156 MHz) sputteráló oxid céltárgyát. Mindazonáltal mindkét módszer korlátai vannak. A kiváló minőségű filmeket nagyon alacsony lerakódási sebességgel (m / h szint) és komplex rendszerekkel lehet beszerezni. A reaktív sputterezés problémája az, hogy a célpont mérgező. A reaktív permetezés során a célfelületen lévő nem fő fénysugárzás szigetelő üledékekkel van lefedve, ami a töltés felhalmozódásához vezet a szigetelő- és szigetelőrétegben az ívkisülés bekövetkezéséig. a célanyagot cseppek formájában elpárologtatjuk, és a szubsztrát felületén lerakódva különböző filmhibákat okoznak, mint például a film laza szerkezete, durva szemcsék, összetétel vagy szerkezet szegregáció, stb. a film, különösen az optikai és korrózióállóság. Az impulzusos magnetronos porlasztási technológia hatékonyan gátolhatja az ív keletkezését és kiküszöböli a filmhibákat, és nagymértékben javítja a sputterezés lerakódási sebességét, hogy elérje a tiszta fém lerakódási sebességét, azaz 10 m / h. A pulzáló sputterezés folyamatában a célponton hozzáadott impulzusfeszültség megegyezik az általános mágneses sputterezésé (400 ~ 500V )éval, és a célponton hozzáadott feszültség ideje ellenőrizhető annak biztosítása érdekében, hogy a cél nem mérgeződik és ívkisülés történik. Ezután kikapcsolja a célfeszültséget, még akkor is, ha a célpont pozitívan töltődik. Mivel az elektronsebesség a plazmában jóval magasabb, mint az ionsebesség, a transzformált célanyag pozitív feszültsége általában csak a negatív torziós feszültség 10% -át teszi ki, ami megakadályozhatja az ívkisülést (ez a fajta tápegység van). aszimmetrikus bipoláris dc tápegységnek nevezzük.) A vizsgálatok azt mutatták, hogy ha az impulzus frekvencia kisebb, mint 20 kHz, az ívkisülés előfordulása nem gátolható. Ha az impulzus frekvencia nagyobb, mint 20 kHz, az ívkisülés teljesen elnyomható. Ugyanakkor az impulzusszélesség (a pozitív és negatív feszültség aránya az időre) kulcsszerepet játszik. A pozitív feszültségnek nincs egyértelmű hatása arra, hogy az ívkisülés keletkezik-e vagy sem, de nagy hatással van a lerakódási sebességre. Ha a pozitív feszültség 10% -ról 20% -ra emelkedik (a negatív feszültséghez képest), a lerakódási sebesség 50% -kal növelhető. Ezt a hatást a céltisztításhoz szükséges nagy pozitív feszültség növeli. A PMS-technológia bipoláris mágneses permetezéshez használható, és két mágneses sputterezési célpont pozitív vagy negatív pólus. A munkafolyamatban az egyik cél a permetezés, míg a másik a tisztítás, és a ciklus megismétlődik. Ennek a technológiának számos előnye van, mint például a hosszú idejű (300 órás) stabil működés, és fontos alkalmazási területe az építőiparban, az autóiparban és a polimer anyagokban használt optikai vékony filmek lerakódásában. Egy másik közelmúltbeli fejlesztés a szubsztrátok impulzus-eloszlásának alkalmazása. Az impulzus torzítás nagymértékben javíthatja az ion sugárzást a hordozón. Mágneses sputterezés esetén, amikor a dc-negatív torzítás általában -100 V-ra kerül, a szubsztrát-ion-sugár eléri a telítettséget. A negatív torzítás növelése nem növeli a szubsztrát ionnyalábot. Általában úgy vélik, hogy a telítettségi áram ionsugár, és az elektronok nem juthatnak közel a szubsztrát felületéhez. Az eredmények azt mutatják, hogy az impulzus-torzítás nem csak a szubsztrát telítettségi áramot növeli, hanem negatív torzítással is nő. Amikor az impulzusfrekvencia növekszik, a hatás szignifikánsabb. A mechanizmus még mindig nem világos, ami a plazma ionizációs sebességhez és az oszcilláló elektromos mező által termelt magasabb elektronhőmérséklethez kapcsolódik. A szubsztrátimpulzus negatív torzítása új módszert biztosít a szubsztrát áram sűrűségének hatékony szabályozására, és ezt a hatást alkalmazhatjuk a membránszerkezet optimalizálására, az adhézióra és a porlasztási tisztítás és a szubsztrát fűtési idő lerövidítésére. A mechanikai, teljesítmény-, vezérlési és egyéb kapcsolódó technológiák előrehaladásával továbbfejlesztik a magnetron-porlasztási technológiát. Például a közelmúltban a ritkaföldfém tartós mágnes alkalmazása miatt a célfelületen a mágneses térerősség csak 300 ~ 500G volt, de most már 1kG-ra javult, ami tovább javítja a mágneses permetezés hatékonyságát és képességét. .

Új mágneses permetező bevonat technológia

A közönséges fém célzott permetezésből, reaktív sputterezésből, torzításos sputterezésből, stb., Valamint az új mágneses sputterezési technológia megjelenésével, az új technológiákkal, mint például az alacsony nyomású permetezés, a nagy sebességű lerakódás, az önhordó szennyeződés lerakódása, ezen a területen a felszíni tervezés és az impulzus-sputterezés vált a fejlődési trendként. Az alacsony nyomású permetezés fő problémája az, hogy alacsony nyomáson (általában <011pa) az="" elektronok="" és="" a="" gázatomok="" közötti="" ütközési="" valószínűség=""> A hagyományos magnetronos porlasztási technológiában nem elegendő a ragyogó kisülést fenntartani a célanyag felületén, ami a sputterező lerakódás képtelenségének folytatásához vezet. A mágneses tér kialakításának optimalizálásával az elektron tér mozgási távolsága meghosszabbodik, és a nem egyensúlyi mágneses porlasztási technológia 10-2pa szinten vákuumban sputterező lerakódást valósíthat meg. az elektronmozgás külső elektromágneses mezővel való korlátozásával valósítható meg. A nagy sebességű lerakódás nagymértékben javíthatja a munka hatékonyságát, csökkentheti a gázfogyasztást és új filmet szerezhet. A nagy sebességű lerakódás során megoldandó fő probléma az, hogy a célanyag áramsűrűségét ívkisülés nélkül növeljük. A teljesítménysűrűség növekedésével javítani kell a célanyag és a szubsztrátum hűtőteljesítményét. Jelenleg a célteljesítmény sűrűsége több mint 100 W / cm2, és a lerakódási sebesség 1 m / perc felett van. A nagy sebességű lerakódás vonzó alternatívája a hagyományos galvanizálásnak. A nagy sebességű lerakódás során a porlasztó részecskék ionizációs sebességének növelésével a munkagáz levágható, és fenntartható a kisülési lerakódás, vagyis önmagát hordozó porlasztásos lerakódás keletkezhet. Az önhordó sputterező lerakódás fontos szerepet játszik a vékonyréteg és a szubsztrát közötti tapadás javításában, kiküszöbölve a vékony film belső hibáit, és nagy tisztaságú vékony filmet készít. A magnetron sputtering technológia és a mágneses sputtering technológia egyike a mágneses sputteráló technológia egyik fő fejlesztési iránya. Bár a mágneses fröccsenő technológia számos előnnyel rendelkezik, még mindig kis szerepet tölt be az ipari felületek mérnöki területén, és a hagyományos felületi technológia még mindig elfoglalja erőfölény. Az alkalmazásának egyik fő oka, hogy az olyan alapanyagok, mint az alacsony ötvözetű acél és a titánötvözet túl puha ahhoz, hogy illeszkedjenek a porlasztási technológiával előállított ultra kemény filmekhez. Az aljzat túl puha, hogy ellenálljon a terhelési nyomásnak, szemben a nagyon kemény bevonatokkal. Ezzel ellentétben a korrózióálló alkalmazásoknál a tapintási hibák a bevonat meghibásodásához vezethetnek. E problémák kiküszöbölése érdekében több felszíni mérnöki technológiát fejlesztettek ki, vagyis több felületi mérnöki technológiát alkalmaztak az anyagok egymás utáni módosítására, és a kapott felületi módosító rétegek összehasonlíthatatlan előnyökkel rendelkeztek az egyetlen felületi technológiával szemben. Ennek tipikus példája az n-lerakódás, amelyet sputterező lerakódás követ, amely 500 m vastag felületű és 10GPa keménységű felületet biztosít, majd 3 ~ 5 m TiN lerakódást követ. A TiN magas kopásállóságot biztosít, és az n-réteg magas teherbírási és fáradási ellenállást biztosít.

A hazai fejlesztés állapota és alkalmazása petrolkémiai iparban

A Magnetron sputtering technológiát széles körben használják az építőanyagok, a díszítés, az optika, a korrózióvédelem és a csiszolószerszám megerősítése terén Kínában. Jelenleg a funkcionális filmek, mint például a fotoelektromosság, a fototermikus, a mágnesesség, a szupravezetőképesség, a dielektromos és a katalizátorok magnetron sputteráló technológiával történő előkészítése kutatási hotspot. Azonban, mint a nem egyensúlyi mágneses sputterezési technológia, különösen az új lerakódási folyamat, kevés egységet értettek és tanulmányoztak Kínában. A keresés után megállapítást nyert, hogy eddig csak kevesebb, mint 20 tudományos kutatási cikk van a kínai nyelven, és a szerzői egységek száma még kevesebb. A korrózió és a nagy keménységű film fontos szerepet játszhat a teljesítmény és az életminőség javításában. A kőolajipari gépek, az alacsony súrlódási együttható, a kenés, a sárvédő zsák, a katalízis, az optika és az egyéb funkcionális fólia, ha a petrolkémiai iparban alkalmazzák, várhatóan jelentősen javítja a munka hatékonyságát, a termékminőséget és a környezetvédelmet, a biztonságot és így tovább. Az új magnetronos porlasztási technológiák és folyamatok fejlesztése és alkalmazása, valamint a termelés hatékonyságának, a környezetvédelem és a kőolaj- és vegyipar biztonságának növelése iránti növekvő igény, a magnetron-porlasztási technológia jelentősége a kőolaj- és vegyipar számára továbbra is növekszik. Jelenleg azonban a kínai petrolkémiai iparnak nincs megfelelő megértése és alkalmazása a mágneses sputterelési technológiával, és nincsenek erre a területre specializált intézmények. Ezért a szerző arra szólít fel, hogy erősítse a mágneses sputterezési technológia támogatását.

IKS PVD ， Vákuum bevonó berendezések gyártása Kínából ， kapcsolat: iks.pvd@foxmail.com