Pengaruh Arus Sumber Arc Pada Morfologi Permukaan Lapisan Tipis Timah

Gambar. 1 menunjukkan gambar elektron sekunder SEM dari morfologi permukaan film yang dibuat pada intensitas arus sumber busur yang berbeda. Dapat dilihat bahwa ketika arus sumber busur meningkat, jumlah tetesan di permukaan film meningkat, ukurannya juga menjadi lebih besar, dan kualitas permukaan film menurun.

a) I = 40A, b) I = 50A, c) I = 70A, d) I = 80A, e) I = 90A, f) I = 100A

Gbr.1 Morfologi permukaan film TiN diproduksi di bawah berbagai sumber arus busur

Arus sumber busur memiliki dampak yang lebih besar pada jumlah dan ukuran tetesan di permukaan film. Dari prinsip dasar pelapisan ion busur, dapat diketahui bahwa di bawah kondisi vakum, katoda logam (target sumber busur) dan memicu pemicu elektroda pemicu pada tegangan pulsa 10 kV, sedangkan busur katoda memiliki densitas arus discharge yang kuat. (106 A / cm2 ~ 108 A / cm2) dan berfokus pada area spot busur kecil dari 5μm sampai 6μm (Gbr. 2), menghasilkan suhu tinggi di atas 6000 ° C, memungkinkan evaporasi cepat dari bahan katoda sambil menghasilkan emisi medan termal intens dan ionisasi untuk membentuk plasma logam berkepadatan tinggi. Karena kerapatan daya titik busur terlalu terkonsentrasi, kolam busur lebih dalam dan membentuk volume cairan yang berlebihan. Ketika titik busur memancarkan partikel (elektron, ion, atom, kelompok atom, dll), partikel juga memiliki efek anti-korosi pada permukaan cairan dari tempat busur. Ini membuat ion berakselerasi melalui potensi selubung ke permukaan cair saat membombardir cairan dengan energi kinetik yang besar, sehingga sejumlah besar atom cair dalam bak mandi secara simultan menerima lebih banyak energi daripada energi ikat, menghasilkan sejumlah besar atom memusatkan emisi untuk membentuk emisi droplet. Semakin besar kepadatan daya buangan dari target sumber busur, semakin dalam kolam pengelasan terbentuk pada permukaan target sumber busur, dan semakin besar diameter titik, sehingga ukuran daya buangan akan secara langsung mempengaruhi generasi tetesan. Ekspresinya adalah:

P = IU / S

Saya — Arus keluar rata-rata; U — Tegangan discharge; S — Luas permukaan target katoda

Dari persamaan, dapat dilihat bahwa arus sumber busur meningkat, kepadatan sumber daya target luahan busur meningkat sesuai, kuantitas dan ukuran tetesan yang dihasilkan juga meningkat untuk membuat kualitas permukaan film menurun.

N: Nitrogen, M: Ti tetesan. Proses utama: A-partikel positif pindah ke substrat, partikel-partikel netral B pada substrat, sputtering sekunder partikel C-netral, sputtering sekunder tetesan D-Ti, E-partikel sputtering target. Reaksi utama: X + e-1 → X * + e-1, X * → X + hv, partikel X-netral, partikel X * bermuatan, hv-energi, ketika ion Ti dan ion N bertemu pada substrat, TiN terbentuk.

Gbr.2 Proses pembentukan film TiN berlapis ion multi-busur dan tetesan permukaan

Selama penerbangan dari target sumber busur ke substrat (sampel) dari tetesan tergagap dari target sumber busur katoda, beberapa partikel akan bertabrakan dengan yang lain dan menjadi lebih kecil, tetapi beberapa dari mereka masih besar, jadi ada banyak ukuran yang berbeda. tetesan di permukaan film TiN. Selain itu, dengan meningkatnya arus sumber busur, beberapa lubang muncul di permukaan film. Semakin besar arusnya, semakin jelas fenomena ini, dapat dilihat dari Gambar 1. Lubang-lubang ini terbentuk oleh setetes tetesan yang tergagap di permukaan. Ketika arus sumber busur meningkat, kecepatan terbang tetesan tergagap besar, dan mereka tidak langsung bertabrakan dengan partikel lain dalam atmosfer plasma dan mencapai permukaan substrat (sampel) secara langsung. Jika partikel-partikel tetesan ini tidak dapat tergagap oleh sputtering terbalik sekunder (D dalam Gambar 2), partikel-partikel ini akan tetap berada dalam film, dan beberapa dari mereka bahkan menembus seluruh film dari substrat (seperti yang ditunjukkan oleh panah A dan B pada Gambar. 3). Semakin besar sumber arus busur, semakin jelas fenomena ini akan terjadi.

Gbr. 3 Tetesan besar yang menembus film TiN