Klasifikasi Dan Teori Teknologi Pelapisan PVD

Klasifikasi dan teori teknologi pelapisan PVD

Sebagai sejenis bahan bentuk khusus, film tipis dapat berbentuk amorf, polikristalin, dan monokristalin. Dapat dibuat dari unsur atau senyawa sederhana, bahan anorganik atau bahan organik.

Teknologi film tipis termasuk deposisi uap fisik (penguapan, sputtering, pelapisan ion, pelapisan busur, pelapisan plasma) dan deposisi uap kimia. Teknologi yang digunakan di pabrik kami adalah Physical Vapor Deposition (PVD).

Satu. Lapisan penguapan vakum

Penguapan pemanasan resistensi dan penguapan berkas elektron:

1. Prinsip dasar:

Suatu proses di mana substrat atau benda kerja yang akan dilapisi ditempatkan di ruang vakum tinggi dan dipanaskan untuk menguapkan (atau menyublimasikan) bahan pembentuk film dan diendapkan pada permukaan substrat atau benda kerja untuk membentuk film tipis.

2. Jenis sumber penguapan:

(a) (b) (c) (d)

3. Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas film:

A. Posisi media

Penempatan media yang tepat adalah prasyarat untuk mendapatkan film yang seragam.

B. Untuk memastikan massa membran, tekanan harus serendah Pr (Pa).

L mewakili jarak dari sumber penguapan ke substrat sebagai L (cm).

C. Tingkat penguapan. Ketika laju penguapan kecil, molekul gas segera teradsorpsi pada atom membran (atau molekul), menghasilkan struktur membran yang longgar, partikel kasar dan banyak cacat. Sebaliknya, struktur membran seragam dan kompak, kekuatan mekaniknya tinggi, dan tekanan di dalam membran itu besar.

D. Dalam keadaan normal, ketika suhu substrat tinggi, energi kinetik dari atom yang teradsorpsi meningkat sesuai, dan film yang terbentuk mudah untuk mengkristal dan mengurangi cacat kisi. Ketika suhu substrat rendah, tidak ada energi yang cukup untuk memasok atom yang teradsorpsi, sehingga mudah untuk membentuk film amorf.

Dua. Lapisan sputtering Magnetron

Magnetron sputtering adalah jenis baru metode pelapisan sputtering yang dikembangkan berdasarkan katoda sputtering pada tahun 1970-an. Karena secara efektif mengatasi kelemahan fatal dari tingkat sputtering katoda rendah dan peningkatan suhu substrat yang disebabkan oleh elektron, ia telah memperoleh perkembangan yang cepat dan aplikasi yang luas.

1. Magnetron tergagap:

Fenomena bahwa atom-atom pada permukaan target dihantam oleh ion yang membombardir bahan target disebut sputtering. Film sputtering diwujudkan ketika atom yang dihasilkan oleh sputtering diendapkan pada permukaan substrat (benda kerja).

Prinsip dasar magnetron sputtering:

Magnetron sputtering berada di zona percikan dan medan magnet tegak lurus terhadap arah medan listrik, dalam intensitas listrik ortogonal dan medan magnet BE persamaan gerak elektron, elektronik dalam bentuk roda sikloidal di sepanjang permukaan target ke tegak lurus ke arah E dan B adalah paralel, sehingga sangat memperpanjang jadwal elektronik, meningkatkan tumbukan elektron dengan molekul gas, meningkatkan efisiensi ionisasi. Jadi medan magnet elektron sekunder di bawah kendali lintasan, semuanya bisa digunakan untuk energi ionisasi, ketika energinya habis, hanya diserap oleh anoda (sasis). Gambar berikut:

Elektron ini dipercepat oleh medan listrik dan mendapatkan energi, dan kemudian bertabrakan dengan atom atau molekul gas, bahkan jika mereka terionisasi, sehingga plasma dapat dipertahankan.

Magnetron sputtering adalah untuk mengontrol pergerakan elektron dengan menambahkan medan magnet runway ke permukaan target, memperpanjang perjalanannya di sekitar permukaan target, dan meningkatkan kepadatan plasma, sehingga laju pelapisan sputtering sangat meningkat.

Hasil elektron sekunder:

Hasil elektron sekunder mengacu pada jumlah elektron sekunder per ion yang membombardir target. Analisis teoritis menunjukkan bahwa hasil elektron sekunder dari target logam tidak tergantung pada energi ion ketika energi ion kurang dari 500eV (sebenarnya kurang dari 1000eV).

Hasil sputtering:

Magnetron sputtering memiliki tegangan kerja 200 ~ 500V, yang menentukan bahwa energi ion maksimum dari target adalah 500eV, dan ion argon yang dipercepat tegak lurus terhadap target.

Interaksi antara ion dan material yang terjadi:

Interaksi antara ion pembawa energi dan permukaan target menghasilkan:

A. Partikel permukaan: atom sputtering, atom backscatter, atom pengotor desorpsi, dan elektron sekunder.
B. Fenomena fisikokimia permukaan: pembersihan, etsa dan reaksi kimia.
C. Cacat titik, cacat garis, stud panas, tumbukan tabrakan, implantasi ion, keadaan amorf, dan senyawa dalam lapisan permukaan material.

Teknik Sputtering:

Teknologi sputtering dapat dibagi menjadi:

A. Diode sputtering oleh debit cahaya dc;

B. Triput sputtering oleh pelepasan busur dari kawat panas;

C. Rf sputtering menggunakan rf discharge;

D. Kontrol sputtering magnetron dari pelepasan cahaya menggunakan medan magnet landasan tertutup.

2 magnetron sputtering katoda struktur:

Saat ini, perangkat magnetron sputtering untuk keperluan industri terutama menggunakan magnetron sputtering planar persegi panjang (gambar a). Secara umum, ukuran bahan target yang digunakan memiliki dua spesifikasi: Mesin VT: ketebalan lebar panjang (450,5 120 6) mm; Mesin ZCK: 460 100 6. Katoda magnetron sputtering silinder juga secara bertahap digunakan dalam produksi (gambar b). Dibandingkan dengan mereka, tingkat pemanfaatan bahan target pesawat hanya 20-30%, yaitu tingkat pemanfaatannya rendah.

Gambar a angka b

Gambar a adalah sejenis medan magnet yang diproduksi oleh magnet permanen track persegi panjang magnetron sputtering cathode, bahan target yang bersentuhan dengan sepatu kutub. Di luar bahan target di sepanjang sepatu tiang N, di tengah sepatu tiang S, sepatu tiang N dan S masing-masing mengalami pembalikan polaritas magnet permanen strontium ferrite atau ndfeb. Letakkan permeabilitas besi murni kembali menghubungkan ujung magnet permanen, yaitu untuk menghasilkan medan magnet dari sirkuit magnetik landasan.

Gambar b adalah katoda magnetron berongga silinder, yang merupakan target katoda dengan magnet ditempatkan pada target silinder, dengan kutub N dan S disusun dengan baik, pendingin air dan penyegelan dinamis.
Fungsi sepatu kutub: untuk membentuk sirkuit magnetik tertutup dengan resistansi magnetik yang sangat kecil.

Saat ini, kami biasa menggunakan bahan magnet permanen: barium ferrite (BaO · 6F1e2O3), strontium ferrite (SrO · 6F1e2O3), magnet permanen ndfeb.
Magnetron sputtering electrode:
Elektroda magnetron sputtering yang praktis memiliki empat struktur dasar berikut:

(a) silinder koaksial; (b) tipe datar; (c) jenis kerucut (S gun); (D) bidang atau jenis berongga silinder
1 - substrat; 2 - bahan target; 3 - perisai

3 proses sputtering:
Sistem diagram menggambar mesin pelapisan magnetron sputtering:

Parameter proses sputtering:

Hubungan antara tegangan target u dari sputtering dan kepadatan arus target J adalah sebagai berikut: uJ = K1
Di mana K1 adalah nilai yang diijinkan dari kepadatan daya target, sebuah konstanta.

Kerapatan arus target dapat ditentukan sesuai dengan tegangan target yang dipilih dan kerapatan daya target yang diijinkan.

Mengurangi tekanan Ar sangat membantu untuk meningkatkan laju pengendapan, dan untuk meningkatkan adhesi lapisan dan kerapatan film. Magnetron sputtering Tekanan Ar biasanya dipilih sebagai 0,5 Pa, impedansi pelepasan gas dengan penurunan tekanan Ar meningkat. Magnetron sputtering, dapat mengatur tekanan Ar dengan tepat, membuat kerapatan daya target dan voltase, secara berurutan, mendekati nilai target dan nilai terbaiknya. Oleh karena itu, meningkatkan prinsip proses laju pengendapan adalah: sedekat mungkin dengan nilai kerapatan daya target; Tegangan target sedekat mungkin dengan nilai optimal.

A. Sputtering film logam murni:
Dalam deposisi uap fisik, baik evaporasi dan sputtering cocok untuk film logam murni, tetapi laju penguapan lebih tinggi.
Saat ini, bahan target yang digunakan adalah: Al, Ti, Cu, Cr, dll

B. Sputtering film paduan:
Di antara teknik pengendapan uap fisik, pemercikan adalah yang paling cocok untuk pengendapan film paduan. Metode sputtering meliputi multi-target sputtering, Mosaic target sputtering dan alloy target sputtering.
Bahan target yang digunakan saat ini termasuk AlTi, ZrTi, CuTi dan sebagainya.

C. Sputtering film majemuk:
Compound film biasanya mengacu pada lapisan film yang dibentuk oleh kombinasi timbal balik antara elemen logam dengan C, N, B, S dan elemen non-logam lainnya. Metode pelapisan meliputi dc sputtering, rf sputtering dan sputtering reaktif.

1. Film senyawa sputtering Dc harus digunakan, Misalnya, target senyawa konduktif seperti SnO2, TiC, MoB dan MoSi2 biasanya dibuat oleh metalurgi serbuk, yang sangat mahal. Pelapisan film konduktif transparan ITO adalah aplikasi industri dari dc film campuran sputtering.

2. Rf sputtering tidak dibatasi oleh apakah targetnya konduktif atau tidak. Itu bisa logam atau target keramik terisolasi.

3. Sputtering reaktif adalah ketika sputtering target logam, pada saat yang sama ke ruang pelapisan ke gas yang mengandung elemen non-xin yang diperlukan. TiC (hitam) MENGGUNAKAN target Ti, dan gas yang bekerja adalah Ar + C2H2 atau Ar + CH4.

Dalam sputtering reaktif, gas reaksi yang disuntikkan tidak hanya bereaksi dengan atom film yang diendapkan pada benda kerja untuk membentuk film senyawa, tetapi juga bereaksi dengan bahan target untuk membentuk senyawa pada permukaan target, yang dapat membuat laju pengupasan target. bahan dan dengan demikian mengurangi laju pelapisan bahkan dengan urutan besarnya, yang mudah menyebabkan keracunan target.

Pada awal senyawa dalam proses sputtering, hanya ke dalam Ar murni, kemudian secara bertahap meningkatkan gas reaksi (C2H2 atau N2, dll), pada awal reaksi gas hanya melewati, perubahan laju sputtering tidak besar , ketika gas reaksi mencapai batas tertentu, laju sputtering menunjukkan perubahan yang jelas, dan kemudian terus meningkatkan gas reaksi, laju sputtering menunjukkan tren stabil kembali. Ditemukan bahwa arah proses invers dalam rentang tertentu antara kurva misalignment, muncul gambar "kurva histeresis". Ini disebut "kurva keracunan target". Lihat di bawah:

Kurva keracunan target
Langkah-langkah untuk mencegah keracunan target:
. Tingkatkan laju ekstraksi sistem vakum;
Kurangi gas reaksi.
Isolasi gas reaksi dari target.

Contoh-contoh film senyawa sputtering adalah sebagai berikut:

Bahan membran
artefak
fungsi
Timah,
Bit baja berkecepatan tinggi dan pemotong frais
Tahan aus
Kasing dan tali stainless steel
Dekorasi emas
Keramik dan ubin
Dekorasi emas
ITO
Kaca konduktif transparan
Konduktif transparan
SiO2
Kaca konduktif transparan
Cegah difusi ion natrium
Al2O3
Chip silikon sirkuit terpadu
Pasifasi isolasi
MgF2
Lensa optik
Minus anti-refleksi
TiC
Kasing dan komponen telepon dari stainless steel
dekorasi

Teknologi magnetron sputtering ion plating:

Setelah tahun 80-an, hubungkan bias sputtering magnetron yang disebut dengan magnetron sputtering Ion Plating, yang selanjutnya disebut pelapisan Ion sputtering (Sputtreing Ion Plating, singkatan SIP). Pabrik kami saat ini termasuk penggunaan peralatan yang terbuat dari film Plating, yaitu penggunaan teknologi.

1. Proses pembuatan lapisan dekoratif (TiN atau TiC) dengan teknologi pelapisan ion magnetron sputtering:

2. Proses pelapisan PVD:

Abstrak: sesuai dengan persyaratan film, tingkat kekosongan memainkan peran penting dalam kualitas film. Untuk produk yang diproduksi oleh pabrik kami, tingkat vakum sebelum pembentukan film diperlukan untuk mencapai 5,0 10-3pa (waktu pemompaan sekitar 30-60 menit).

Pemanasan memompa: ketika tingkat vakum tercapai (misalnya, 2,0 10-2pa), mulai pemanasan dan buka bingkai yang berputar.

Tujuan: untuk mengurangi atau menghilangkan gas yang teradsorpsi pada permukaan produk dan ruang vakum dengan memanggang, sehingga dapat meningkatkan kualitas dan kinerja film untuk memenuhi persyaratan, tetapi harus dicatat bahwa:

A. Dalam kisaran yang benar, pemanasan dapat dihidupkan, yang dapat mencegah permukaan barang tidak teroksidasi.
B. Meja putar harus dibuka saat pemanasan dimulai.

Pembersihan target (juga dikenal sebagai target titik): target hanya dapat dibuka dan dibersihkan ketika tingkat vakum mencapai kisaran tertentu (kisaran yang diperlukan dari produk yang diproduksi oleh pabrik kami adalah 7,0 10-3 ~ 5,0 10-3pa).

Tujuan: untuk menghilangkan gas yang teradsorpsi dan membersihkan lapisan pada permukaan target.

Pembersihan ion: artefak setelah perlakuan pemanasan, permukaan masih akan ada beberapa kotoran, mungkin juga memiliki lapisan oksida ringan, pembersihan ion adalah untuk menghilangkan kotoran dan lapisan oksidasi permukaan adalah salah satu metode yang efektif. Untuk gas Ar yang mengisi tekanan tinggi di ruang vakum, artefak dan bias negatif yang disebabkan oleh pelepasan cahaya pada saat yang sama, dengan ionisasi ion Ar di bawah aksi medan listrik, artefak bombarding berenergi tinggi, dan mencapai kotoran pada permukaan benda kerja terciprat, bersih, dan tujuan aktivasi di permukaan kargo.

Pembentukan film: ketika tekanan argon gas yang bekerja mencapai tingkat tertentu, target dibuka dan jumlah yang sesuai dari gas reaktif ditambahkan untuk sputtering, dan akhirnya film yang diperlukan diperoleh. Saat ini, film nitrida, film oksida dan film karbida diperoleh melalui nitrogen (N2), oksigen (O2), metana (CH4), asetilena (C2H2), karbon monoksida (CO) dan gas lainnya.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam proses pembentukan film:

1. Apakah aliran dan tekanan Ar normal?
2. Sebelum membuka target, berikan tegangan bias, mulai bingkai berputar, dan periksa apakah ada hubungan pendek di kargo.
3. Tegangan target, arus target, tekanan dan arus bias harus diperhatikan selama proses pembentukan film.

Pendinginan: suhu tinggi akan dihasilkan selama proses pembentukan film, sehingga untuk menghindari lapisan film dari stres yang disebabkan oleh perbedaan suhu antara bagian dalam dan luar ruang vakum. Setelah pembentukan film, pendinginan yang tepat diperlukan sebelum film dirilis.
Ruang vakum. Unit kargo dan pembersihan ruang vakum.

Parameter terkait dari magnetron sputtering ion plating:

Benda kerja magnetron sputtering memiliki tiga jenis sambungan listrik: pentanahan, suspensi, dan bias.
Perangkat pelapis biasanya merupakan ruang perumahan dari ruang vakum sebagai anoda, dan ketentuan potensial nol.
Suspensi adalah proses mengisolasi benda kerja dari anoda (rumah) dan katoda dan menangguhkannya dalam plasma.
Bias adalah untuk menambahkan puluhan volt hingga ratusan volt bias negatif pada benda kerja, ketika bias nol yang membumi.

1. Rasio kedatangan ion:

Dalam pelapisan ion, efek ion-ion insiden pada struktur dan sifat-sifat film terutama tergantung pada energi ion dan fluks ion.
Dalam pelapisan ion, energi yang diperoleh oleh ion kejadian pada setiap atom yang disimpan disebut nilai perolehan energi.
Ea = Ei (ev)
Jenis Ei adalah energi ion kejadian (ev), I / Φ untuk mencapai ion daripada a.

2. Bias dan saat ini:

Parameter proses praktis dari pelapisan ion adalah tegangan bias dan kerapatan arus benda kerja. Saat ini, pabrik kami dalam proses pelapisan TiN atau TiC, kontrol bias ditambahkan pada -100 ~ -400V, arus bias dalam 2 ~ 6A atau lebih .

3. Berdebar sputtering:

Sputtering berdenyut umumnya MENGGUNAKAN tegangan gelombang persegi panjang.

Periode pulsa adalah T, waktu sputtering target dalam setiap siklus adalah t-delta T, delta T adalah waktu pulsa positif (lebar) yang ditambahkan ke target. V- dan V + adalah amplitudo tegangan pulsa negatif dan positif yang ditambahkan ke target, masing-masing.

4. Kasus abnormal selama operasi:

Saat ini, model utama yang digunakan dalam produksi adalah: vt-1200, SVS dan mesin pelapis kontinyu COM, zck-1500 dan berbagai jenis peralatan target lainnya.

Fenomena abnormal
Konsekuensinya
Sebuah.
Perisai mobil tidak baik ketika target dicuci
Permukaan barang terkontaminasi, menghasilkan film barang setelah lapisan ledakan
B
Bias terjadi hubungan singkat selama pembersihan ion
Tes fungsi NG setelah pembentukan film (ditolak)
C
Selama proses pembentukan film, laju aliran gas reaksi terlalu besar (misalnya, C2H2), yang mengakibatkan keracunan target
Setelah produk keluar dari tungku, lapisan film atau fenomena warna tidak rata jelas
D
Air pendingin target tidak dibuka selama pembukaan target
Kerusakan peralatan, serius menyebabkan korban

IKS PVD, mesin pelapis vakum, hubungi: iks.pvd@foxmail.com