Pelapisan TiCN Berdasarkan Pelat Ion Vakum

Metode pembuatan lapisan TiCN

Sejak tahun 1985, setelah Knotke pertama kali menerbitkan penelitian tentang teknologi lapisan TiCN, People menyatakan ketertarikannya terhadap ketahanan oksidasi suhu tinggi yang sangat baik dan kinerja aplikasi yang baik, dan sejauh ini telah mengembangkan berbagai teknologi vapordeposisi fisik. Saat ini, ada tiga metode pembuatan lapisan TiCN, yaitu metode pelapisan ion magnetron sputter, metode sputtering radiofrekuensi dan metode penyemprotan ion multi-busur, dimana metode pelapisan ion magnetron sputter dan metode penyemprotan ion multi-bus paling banyak dilakukan. digunakan dan biaya rendah.

Magnetron sputter ion plating.

Teknik sputtering Magnetron dikembangkan pada awal tahun 1970an, seiring dengan pendalaman teknologi dan penelitian, telah banyak digunakan di bidang industrialisasi film, optik listrik dan energi, industri mekanik dll dan menjadi salah satu persiapan TiCN yang paling banyak digunakan. metode film Dalam proses pelapisan, ion Ti dihasilkan dengan menggunakan ion Ar yang dihasilkan oleh pelepasan cahaya gas Ar untuk mengebom target Ti, dan dengan percepatan elektrostatik terbang ke bagian pekerjaan dan dengan demikian film pengendapan. Metode ini memiliki tingkat pengendapan yang tinggi, ketebalan film keseragaman, dan pelapisan ion dapat meningkatkan kemampuan penggabungan lapisan dan antarmuka substrat dan membuat kelembagaan film menjadi padat. Pada saat yang sama, target rentan terhadap polusi, dan tingkat deposisi yang rendah dalam proses pelapisan merupakan kelemahan utamanya. Telah ditemukan, ketika tekanan parsial karbon dan nitrogen meningkat, laju deposisi akan melambat.

Pelapisan ion multi-busur.

Penyemprotan ion multi-arc milik metode pelapisan ion yang lebih baik, yang pertama kali dikembangkan oleh Soviet, pada awal 1980-an, pertama praktis oleh US Multi-Arc. Prinsip dasarnya adalah mengambil sumber target logam sebagai katoda, pemakaian busur di antara cangkang anoda dan membuat penguapan target dan pengionisasi, membentuk plasma ruang, dan kemudian menyetel lapisan pada bagian pekerjaan. Dibandingkan dengan teknologi membran lainnya, keuntungannya adalah katoda menghasilkan plasma secara langsung, dan target katoda dapat diatur secara sewenang-wenang, yang sangat menyederhanakan perlengkapan sampel. Selain itu, partikel serbaguna partikel energi tinggi, tingkat ionisasi bisa mencapai 60% ~ 80%, kepadatan membran tinggi, kekuatan dan daya tahannya bagus, antarmuka film dan matriks mudah menghasilkan difusi atom. dan adhesi film itu bagus.

Teknik penyemprotan ion vakum menggunakan medan elektromagnetik plasma untuk menyaring, yang secara efektif dapat mengurangi atau menghilangkan partikel besar. Dibandingkan dengan pelapis pelapis ion busur konvensional, lapisan lengkung busur lengkung tipe busur makro tidak mengandung kotoran, struktur homogen, padat, dan mampu memenuhi persyaratan optik, film mikroelektronika. Ada juga beberapa kelemahan pada sumber busur yang disaring, yaitu diameter baloknya kecil, biasanya kurang dari 200nm, dan sulit untuk membentuk array sumber multi-busur, sehingga produksi massal area besar tidak dapat dicapai, dan transmisi Efisiensi tidak tinggi, efisiensi transmisi maksimum dari struktur tikungan kira-kira sekitar 30%, arus ion hanya 2% sampai 3% arus busur.

Pengaruh aliran gas pada struktur pelapis

Perubahan tekanan parsial N ₂ akan menyebabkan kerapatan ion nitrogen sputtering dan perubahan energi, yang berdampak pada penggabungan dengan atom logam, sehingga membuat perubahan orientasi pertumbuhan yang disukai, sehingga mempengaruhi kinerja lapisan. Reseracher menemukan bahwa pada kondisi tekanan total 0.8Pa dan Ar flow 20sccm, bila aliran nitrogen kurang dari 6sccm orientasi yang disukai adalah (111), ketika aliran nitrogen lebih besar dari 6sccm, (111) intensitas puncak berkurang, dan (200 ) Intensitas puncak meningkat, terutama karena dalam struktur fcc-TiCN, (111) energi permukaan pesawat rendah, di bawah atom arus nitrogen rendah bermigrasi ke bidang (111), dengan peningkatan aliran nitrogen, tingkat migrasi atom menurun, Tapi (200) permukaan kristal dengan energi permukaan tinggi memiliki kerapatan langkah tinggi, dan jarak difusi jauh dari titik grid berenergi rendah pendek, memberi manfaat pada pertumbuhan preferensial kristal sepanjang permukaan kristal (200). Reseracher menemukan bahwa ketika aliran nitrogen 1sccm, sampel yang diperoleh adalah struktur amorf, ketika aliran nitrogen lebih dari 2 sccm, ada struktur kolumnar dalam film, batas butir yang ada, ketika aliran nitrogen meningkat menjadi 6sccm, film menjadi padat, dan masing lebih menyukai mikrostruktur isotropik dan penyempurnaan butiran, terutama karena peningkatan aliran nitrogen, tingkat migrasi atom berkurang, perubahan permukaan membran pada potensi kimia lokal. Para peneliti menemukan bahwa dengan meningkatnya aliran nitrogen, butiran yang terkumpul di film kurang, permukaan menjadi padat dan halus, kekasarannya menurun secara bertahap sampai konstan.

Sekarang sumber karbon yang digunakan oleh preparasi peneliti TiCN adalah gas C ₂ H ₂ atau CH ₄ terutama, karena TiN dan TiC adalah struktur kubik wajah berpusat NaCl, jari-jari atom N dan atom C sangat dekat, N adalah 0,071nm, C adalah 0,077nm, keduanya dapat saling menggantikan untuk membentuk bahan fase tunggal TiC (N) atau TiN (C). Dalam kondisi tertentu, mungkin ada struktur dua fasa yang muncul. Dalam spektrum difraksi XRD, puncaknya sangat dekat, dan bahkan beberapa tumpang tindih, sehingga menghasilkan kompleksitas analisis fase, sehingga biasanya ditulis sebagai TiCxN1-x.

Pengaruh faktor kinerja lapisan TiCN

Suhu

Kualitas lapisan TiCN terutama dipengaruhi oleh faktor proses seperti komposisi, suhu dan atmosfer. Temperatur matriks yang berbeda akan menyebabkan ukuran butiran lapisan, bentuk, strukturnya benar-benar berbeda. Temperatur deposisi terlalu tinggi dan laju deposisi terlalu cepat akan menyebabkan lapisan kristal dilapisi bercabang tebal, mempengaruhi kualitas lapisan; Suhu deposisi terlalu rendah, cenderung membentuk endapan berpori dan longgar, yang mempengaruhi kekuatan pengikatan lapisan dan matriks. Oleh karena itu, pilihan suhu yang wajar adalah kondisi yang diperlukan untuk mendapatkan lapisan berkualitas tinggi. Mc.Cormell dll menyimpan lapisan TiCN pada baja tahan karat dengan metode PVD, termasuk kekerasan, kekuatan ikatan dan koefisien gesekannya tidak akan berubah bila suhu di bawah 250 ℃. Setelah 450 ℃ perlakuan panas terhadap sampel, koefisien gesekan lapisan TiCN adalah 0,2 sebelum 250 ℃, dan sampai 0,3 pada 250 ℃, namun masih lebih rendah dari koefisien gesekan TiN, hal itu karena pada lapisan TiCN C telah memainkan peran pelumas. Studi menunjukkan bahwa ketika suhu di bawah 200 ° C, koefisien gesekan dan tingkat keausan lapisan TiCN meningkat dengan meningkatnya suhu.

Bias berdenyut

Adanya bias berdenyut memainkan peran yang sangat penting untuk mengurangi tetesan dan memperbaiki kualitas lapisan. Bias negatif yang menarik muatan sputter kerja positif dapat membuat ion titanium di dekat target katoda mempercepat lalat, meningkatkan kemungkinan tabrakan dengan nitrogen dalam plasma dan tetesan, dan pada saat yang sama meningkatkan kekuatan ikatan titanium dan nitrogen. Jika mempertahankan tekanan vakum konstan, aliran nitrogen meningkat dengan meningkatnya bias negatif, namun kandungan nitrogen dalam film menurun seiring dengan meningkatnya bias negatif. Ini terutama kemampuan ikatan Ti-Ti yang lebih kuat dari Ti-N, dan dengan meningkatnya bias negatif, kemampuan sputtering titanium lebih kuat dari pada nitrogen. Selain itu, dengan meningkatnya bias, partikel plasma membuat partikel energi beralih ke perubahan matriks, yang mempengaruhi struktur organisasi film.

Arus busur

Dianggap dari perspektif aplikasi produksi industri, peningkatan arus busur dapat meningkatkan produktivitas dan kekerasan film dan ketahanan aus. Meningkatkan arus busur, berarti bahwa suhu keseluruhan target meningkat, tetesan yang sesuai akan meningkat, dan ukuran tetesan akan meningkat juga.

Peningkatan tetesan dan ukuran tetesan pasti akan menyebabkan penurunan ketahanan korosi pada film, terutama tetesan berdiameter besar, dengan sekitar 1/3 dikubur di film dengan arah tinggi dan lubang kecil yang tidak beraturan di bagian bawah. Saat menghadapi zat korosif seperti asam dan alkali dll, lubang ini pertama kali rusak dan membentuk lubang berbentuk jarum, oleh karena itu, eksistensinya adalah alasan utama mengapa ketahanan korosi pada lapisan berkurang. Oleh karena itu, dalam aplikasi praktis, untuk koordinasi kontradiksi antara peningkatan arus busur dan tetesan, beberapa cara optimal dapat digunakan, seperti untuk meningkatkan luas penguapan target, memperkuat efek pendinginan dari target atau desain sumber busur baru yang dapat Menghambat tetesan menghasilkan.