Kontrol Seragam Lapisan Pelapisan Magnetron Pada Permukaan Benda Kerja Yang Kompleks

Kontrol seragam lapisan pelapisan magnetron pada permukaan benda kerja yang kompleks

Makalah ini memperkenalkan mekanisme pelapisan film dan karakteristik teknis dari permukaan benda kerja dengan rongga yang kompleks. Bertujuan untuk masalah seperti konsumsi bahan target yang tidak rata, cincin erosi cekung, dan ketebalan film yang tidak rata dan padat dalam proses pelapisan benda kerja yang kompleks, target sputtering magnetron columnar berputar digunakan dalam percobaan. Beberapa target dan bahan dipasang di berbagai posisi mesin pelapis. Target dapat berputar dengan bebas untuk menyadari perlunya pelapisan terarah; Menggunakan beberapa target sputtering magnetron dan menetapkan medan magnet tambahan dari peningkatan struktur target katoda sputtering magnetron tidak seimbang, untuk meningkatkan ruang vakum lapisan plasma, sehingga meningkatkan artefak sputtering bias pelapisan deposisi arus, dll. Seri penelitian inovatif, dimaksudkan untuk mencapai di bidang yang sama, dengan bentuk kompleks dan struktur rongga bagian dalam pada seragam ketebalan lapisan benda kerja, film komposit fungsional yang padat dan berkesinambungan.

Pada tepi dan jauh lebih kompleks daripada pelapisan permukaan rongga, teknologi pelapisan kimia pada saat ini di rumah dan di luar negeri lebih, seperti yang juga dilakukan pada pengobatan pelapisan permukaan benda kerja dari teknologi magnetron film sputtering film, saat ini sebagian besar di aturan dan permukaan datar mempersiapkan untuk membran tunggal atau komposit, dan banyak digunakan dalam mesin, elektronik, energi, bahan, informasi , aerospace dan bidang lainnya, beton seperti alat pemotong, alat perangkat keras, ponsel, komputer notebook , berbagai jenis sensor dan bagian memiliki persyaratan khusus, dll. Karena karakteristik teknologi pembentukan film vakum, sulit dan rumit untuk mengontrol ketebalan film, keseragaman dan kekuatan ikatan proses pembentukan film sputtering pada permukaan benda kerja yang kompleks. Dengan pesatnya perkembangan industri pembuatan mesin, berbagai aplikasi teknologi pelapisan permukaan benda kerja diperluas dari alat pemotong hingga cetakan stamping presisi, bagian aerospace, dan plug-in aksesori elektronik. Lapisan film berkinerja tinggi baru terus bermunculan, seperti TiAlCN, AlCrN, TiSiN, lapisan seperti berlian, dll., Yang meningkatkan masa pakai dan efisiensi permesinan die. Sangat penting untuk mempelajari kontrol yang seragam dari teknologi pelapisan magnetron pada permukaan benda kerja yang kompleks.

1. Mekanisme dan karakteristik teknis dari pelapisan magnetron sputtering

1.1 mekanisme pelapisan magnetron sputtering

Mekanisme kerja magnetron sputtering adalah bahwa di bawah aksi medan listrik E, elektron bertabrakan dengan atom argon dalam proses terbang ke substrat dan mengionisasi ion positif Ar dan elektron baru. Elektron baru terbang ke substrat, ion berakselerasi ke target katoda di bawah aksi medan listrik, dan membombardir permukaan target dengan energi tinggi, sehingga putters target . Dalam partikel sputtering, atom atau molekul target netral diendapkan pada substrat untuk membentuk film tipis, dan elektron sekunder yang dihasilkan akan dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet untuk menghasilkan drift EB, yang lintasan geraknya mirip dengan cycloid. Elektron bergerak dalam gerakan melingkar pada permukaan target dan terikat ke wilayah plasma pada permukaan target. Di wilayah ini, sejumlah besar ion terionisasi untuk membombardir target, sehingga mencapai tingkat pengendapan yang tinggi. Dengan bertambahnya jumlah tumbukan, energi dari elektron sekunder habis, dan mereka berangsur-angsur menjauh dari permukaan target, dan akhirnya mengendap pada substrat di bawah aksi medan listrik. E. Sputtering magnetron adalah proses tumbukan antara partikel kejadian dan target. Ini melewati beberapa momentum ke atom target melalui proses hamburan kompleks dan tumbukan atom target. Atom target bertabrakan dengan atom target lain untuk membentuk proses kaskade.

1.2 karakteristik aplikasi teknis

Magnetron sputtering adalah proses sputtering kecepatan tinggi di bawah tekanan rendah. Laju ionisasi gas harus ditingkatkan secara efektif. Kepadatan plasma dapat ditingkatkan dengan memasukkan medan magnet pada permukaan katoda target dan menggunakan batasan medan magnet pada partikel bermuatan untuk meningkatkan laju sputtering.

Dalam magnetron sputtering, pergerakan elektron dalam medan magnet oleh gaya lorentz, lintasannya bengkok dan bahkan menghasilkan gerakan spiral, jalur gerak, sehingga meningkatkan jumlah tabrakan dengan gas yang bekerja, kepadatan plasma meningkat, sehingga laju sputtering magnetron sangat ditingkatkan, dan dapat bekerja di bawah tekanan sputtering dan tekanan udara rendah, mengurangi kecenderungan polusi membran; Pada saat yang sama, insiden energi atom pada permukaan substrat meningkat, sehingga kualitas film dapat ditingkatkan secara luas. Elektron yang kehilangan energi karena tumbukan berulang mencapai anoda dan menjadi elektron berenergi rendah sehingga substrat tidak terlalu panas. Oleh karena itu, magnetron sputtering memiliki kelebihan "kecepatan tinggi" dan "suhu rendah". Kelemahan lapisan magnetron sputtering adalah tidak dapat membuat film isolator, dan medan magnet yang tidak rata yang digunakan dalam elektroda magnetron akan menyebabkan etsa yang tidak rata dari target secara signifikan. bahan, menghasilkan tingkat pemanfaatan yang rendah dari bahan target, yang umumnya hanya 20% ~ 30%. Tingkat pemanfaatan target sputtering magnetron adalah parameter penting untuk desain teknik dan biaya proses akuntansi akuntansi sumber sputtering magnetron. untuk meningkatkan tingkat pemanfaatan bahan target, berbagai bentuk target dinamis dipelajari, di antaranya target silinder berputar bidang magnet adalah target utama dan banyak digunakan di industri, dan tingkat pemanfaatan bahan target tersebut setinggi 70% . Target sputtering magnetron umum dapat dibagi menjadi tiga jenis dari bentuk geometris: target bidang persegi panjang, bidang melingkar ta rget dan target silindris.

2. Kontrol seragam lapisan sputtering pada permukaan benda kerja dengan rongga yang kompleks

2.1 masalah teknis yang ada

(1) target katoda adalah spartering planar, yang disebabkan oleh sputtering kuat lokal yang disebabkan oleh komponen medan magnet yang tidak rata, sehingga konsumsi yang tidak rata dari target dan cincin erosi cekung. (2) permukaan benda kerja diendapkan dan dilapisi dengan beberapa lapisan film, dan kekuatan ikatan antara lapisan bawah dan lapisan film tidak seragam dan tegas. Pada saat yang sama, ada fenomena sputtering komponen yang berbeda dan efek anti-sputtering lapisan film, menghasilkan perbedaan besar dalam komposisi lapisan film dan target.

2.2 analisis teknis dan konsepsi ilmiah

(1) permukaan benda kerja dengan banyak tepi dan sudut dan banyak rongga diendapkan dan dilapisi dengan beberapa lapisan film. Direncanakan untuk mengadopsi target sputtering magnetron kolumnar berputar, dan beberapa target dan bahan dipasang di berbagai posisi mesin pelapis. Target dapat berputar secara bebas untuk mencapai kebutuhan lapisan terarah. (2) beberapa target sputtering magnetron dan medan magnet tambahan ditetapkan untuk meningkatkan struktur target kateter sputtering magnetron yang tidak seimbang, meningkatkan kepadatan plasma di ruang pelapisan vakum, dan lebih lanjut meningkatkan aliran bias benda kerja sputtering untuk mencapai deposisi dan pelapisan. (3) komponen medan magnet yang tidak rata dari target katoda sputtering menghasilkan cincin erosi cekung di target. Hal ini dimaksudkan untuk mengubah distribusi medan magnet untuk mencapai tekanan internal isotropik benda kerja kompleks dalam sputtering pada substrat, dan untuk menggabungkan film padat, kontinyu dan seragam.

2.3 metode eksperimental dan rute teknis

2.3.1 bahan percobaan

Peralatan sputtering magnetron enam stasiun digunakan dalam percobaan, yang terutama terdiri dari sistem akuisisi vakum, deteksi vakum, tungku vakum, magnetron katoda, sistem input gas dan catu daya. Deposisi uap fisik proses sputtering magnetron PVD digunakan. Bahan katode: Ti, TiN, TiAlN, Ti terlapis, TiN, TiN, TiAlN, film multi-lapisan multielemen.

2.3.2 deteksi kualitas lapisan film (tabel 1)

2.3.3 metode eksperimental

Lapisan sputtering film benda kerja yang kompleks dibuat dengan cara jika pelapisan ion sputtering. Untuk menyelesaikan masalah teknis pelapisan benda kerja yang kompleks, penelitian eksperimental berikut dilakukan.

(1) target katoda adalah percikan planar, dan percikan kuat lokal yang disebabkan oleh komponen medan magnet yang tidak rata menyebabkan konsumsi bahan target yang tidak merata. Dengan meningkatkan bentuk dan distribusi medan magnet, membuat magnet bergerak di dalam katoda, mengatur perisai dan langkah-langkah lainnya, disadari bahwa lapisan film benda kerja dengan banyak sisi dan sudut serta beberapa rongga sputtering pada substrat dapat menghasilkan stres internal isotropik, dan film ini kompak, kontinu dan seragam. Struktur target sputtering seimbang terutama terdiri dari baja magnetik luar, baja magnetik pusat, dan sepatu bot kutub magnet.

(2) sesuai dengan kebutuhan sputtering pada lapisan permukaan benda kerja yang kompleks dengan banyak tepi dan sudut dan banyak rongga untuk mencapai persyaratan struktural dari bahan target dan target, rotary spartering target magnetar columnar diadopsi. Menurut kondisi benda kerja yang berbeda, target sputtered dengan struktur magnetik atau struktur sputter digunakan. Target magnetron silindris Gyromagnetic adalah penggunaan medan magnet di sekitar paralel tabung target dan komponen medan listrik target vertikal, pada permukaan tabung di permukaan tabung target, bidang elektromagnetik ortogonal, pemasangan target di pusat ruang pengendapan, ke sekitar 360 ° arah pelapisan spin; Target sputtering magnetron silinder dipasang di sisi ruang pelapis. Tabung target berputar terus menerus selama proses pelapisan untuk memenuhi kebutuhan pelapisan terarah.

(3) fenomena selaput selektif dari komponen yang berbeda, tingkat anti-sputtering film dan adhesi berbeda, yang akan menyebabkan perbedaan besar antara film dan komponen target. Pemilihan kondisi proses yang sesuai akan meminimalkan efek anti-sputtering pada film.

(4) menggunakan beberapa target sputtering magnetron, dan pengaturan medan magnet tambahan di ruang lapisan merupakan medan magnet tertutup, kecuali ada distribusi medan magnet di depan target, target antara target dan dengan mengatur efek medan magnet bantu, saling membentuk efek silang, membuat kepadatan plasma meningkat, artefak melayang, sehingga lebih banyak tepi dan rongga benda kerja untuk mencapai tujuan pelapisan yang diendapkan. ARA. Gambar 1 menunjukkan diagram skematik medan magnet tertutup yang dibentuk oleh empat target sputtering magnetron non-kesetimbangan dan medan magnet bantu.

2.4 hasil eksperimen dan diskusi

Dari Desember 2012 hingga Februari 2013, masing-masing uji pelapisan sputtering dilakukan pada permukaan benda kerja die stamping kecil dan perangkat komunikasi. Sampel uji hasil uji benda kerja die stamping kecil: penampilan film baik, tanpa retak; Ketebalan film antara 1 m ~ 5 m; Keseragaman film kurang dari 5%; Laju lubang kecil; Kekerasan film hingga 2000 HV; Kekuatan ikatan tinggi; Adhesi yang kuat, tidak ada pengelupasan lapisan injeksi; Tahan korosi yang sangat baik, tahan panas dan tahan abrasi; Isotropik baik; tingkat ionisasi partikel bahan adalah 75% ~ 95%. Laju deposisi film dapat dikontrol (2.0 ~ 2000) nm / s; Kecepatan pembentukan film (2 ~ 13) m / h. Semua indeks dalam percobaan mencapai persyaratan desain, dan hasil film komposit pada permukaan perangkat komunikasi juga mencapai efek yang diharapkan.Hal ini layak untuk mempelajari langkah-langkah kontrol seragam pelapisan magnetron sputtering pada permukaan benda kerja dengan beberapa tepi dan sudut dan banyak rongga.

IKS PVD, Peralatan, model, dekoratif, teknologi pelapisan optik, kontak dengan kami sekarang, iks.pvd @ foxmail.com