تصنيف ونظرية تكنولوجيا طلاء PVD

تصنيف ونظرية تكنولوجيا طلاء PVD

كنوع من المواد ذات الأشكال الخاصة ، يمكن أن يكون الفيلم الرقيق غير متبلور ، متعدد الكريستالات وأحادي البلورية. يمكن أن تكون مصنوعة من عناصر أو مركبات بسيطة أو مواد غير عضوية أو مواد عضوية.

تشتمل تكنولوجيا الأغشية الرقيقة على ترسبات بخار فعلية (التبخر والخرق والطلاء الأيوني والطلاء بالقوس والطلاء بالبلازما) وترسيب البخار الكيميائي. التكنولوجيا المستخدمة في المصنع هي ترسيب البخار الفعلي (PVD).

واحد. فراغ التبخر طلاء

تبخر تسخين المقاومة وتسخين شعاع الإلكترون:

1. المبادئ الأساسية:

هي عملية يتم فيها وضع الطبقة السفلية أو الشغل المراد طلاءها في غرفة مفرغة عالية ويتم تسخينها لتبخير (أو تسامي) مادة تشكيل الفيلم وترسبها على سطح الركيزة أو قطعة الشغل لتشكيل طبقة رقيقة.

2. نوع مصدر التبخر:

(ا ب ت ث)

3. العوامل التي تؤثر على جودة الفيلم:

أ موقف الركيزة

الموضع المناسب للركيزة هو الشرط المسبق للحصول على فيلم موحد.

من أجل ضمان كتلة الغشاء ، يجب أن يكون الضغط منخفضًا مثل Pr (Pa).

يمثل L المسافة من مصدر التبخر إلى الركيزة مثل L (cm).

معدل التبخر. عندما يكون معدل التبخر صغيرًا ، يتم امتصاص جزيئات الغاز فورًا على ذرات الأغشية المودعة (أو الجزيئات) ، مما ينتج عنه بنية غشائية فضفاضة وجزيئات خشنة والعديد من العيوب. على العكس من ذلك ، فإن بنية الغشاء موحد ومدمج ، والقوة الميكانيكية عالية ، والإجهاد داخل الغشاء كبير.

في ظل الظروف العادية ، عندما تكون درجة حرارة الركيزة مرتفعة ، تزداد الطاقة الحركية للذرات الممتصة تبعا لذلك ، ويسهل بلورة الفيلم المتشكل وتقليل عيوب الشبكة. عندما تكون درجة حرارة الركيزة منخفضة ، لا توجد طاقة كافية لتزويد الذرات الممتصة ، لذلك من السهل تكوين فيلم غير متبلور.

اثنان. المغنطرون الاخرق طلاء

الاخرق المغنطروني هو نوع جديد من طريقة الطلاء الاخرق تم تطويره على أساس الاخرق بالكاثود في السبعينيات. نظرًا لأنه يتغلب بشكل فعال على الضعف القاتل في معدل إراقة الكاثود المنخفض وزيادة درجة حرارة الركيزة التي تسببها الإلكترونات ، فقد حصل على تطور سريع وتطبيق واسع.

1. المغنطرون الاخرق:

وتسمى الظاهرة المتمثلة في إصابة الذرات على السطح المستهدف بالقصف الأيوني للمادة المستهدفة بالخرق. يتحقق فيلم الاخرق عند ترسب الذرات الناتجة عن الاخرق على سطح الركيزة (الشغل).

المبادئ الأساسية للخرق المغنطروني:

كان الاخرق المغنطروني في منطقة البداية ومجالًا مغناطيسيًا متعامدًا مع اتجاه الحقل الكهربائي ، في معادلة الكثافة الكهربائية المتعامدة والحقل المغناطيسي BE ، الإلكترون ، والإلكترونيات في شكل عجلة دائرية على طول السطح المستهدف إلى الاتجاه العمودي إلى الاتجاه من E و B بالتوازي ، وبالتالي تمديد خط سير الإلكترونية إلى حد كبير ، وزيادة تصادمات الإلكترون مع جزيئات الغاز ، وتحسين كفاءة التأين. وبالتالي فإن الحقل المغناطيسي الإلكترون الثانوي الخاضع للتحكم في المسار ، يمكن استخدامه جميعًا في طاقة التأين ، عندما يتم امتصاص الطاقة فقط بواسطة الأنود (الهيكل). الشكل التالي:

يتم تسريع هذه الإلكترونات بواسطة المجال الكهربائي واكتساب الطاقة ، ثم تصطدم مع ذرات أو جزيئات الغاز ، حتى لو كانت مؤينة ، بحيث يمكن الحفاظ على البلازما.

يقوم الاخرق المغنطروني بالتحكم في حركة الإلكترونات عن طريق إضافة مجال مغنطيسي للممر إلى السطح المستهدف ، وتمديد انتقاله حول السطح المستهدف ، وتحسين كثافة البلازما ، وبالتالي فإن معدل الطلاء المتقشر يتحسن إلى حد كبير.

العائد الإلكتروني الثانوي:

يشير عائد الإلكترون الثانوي إلى عدد الإلكترونات الثانوية لكل أيونات تقصف الهدف. يظهر التحليل النظري أن العائد الإلكتروني الثانوي للهدف المعدني مستقل عن الطاقة الأيونية عندما تكون طاقة الأيونات أقل من 500eV (في الواقع أقل من 1000eV).

الاخرق العائد:

تبلغ قوة عمل المغنطرون من 200 إلى 500 فولت ، والذي يحدد أن الطاقة الأيونية القصوى للهدف هي 500eV ، وأيون الأرجون المعجل عمودي على الهدف.

التفاعل بين أيونات الحادث والمواد:

يؤدي التفاعل بين الأيونات الحاملة للطاقة والسطح المستهدف إلى:

أ. جزيئات السطح: ذرات متقلبة ، ذرات مبعثرة ، ذرات شوائب الامتزاز ، والإلكترونات الثانوية.
ب. الظواهر الفيزيائية والكيميائية السطحية: التنظيف والحفر والتفاعلات الكيميائية.
C. عيوب النقطة ، عيوب الخطوط ، الأزرار الساخنة ، شلالات التصادم ، زرع الأيونات ، الحالات غير المتبلورة ، والمركبات في الطبقة السطحية للمواد.

تقنيات الاخرق:

يمكن تقسيم تقنية الاخرق إلى:

أ. ديود الاخرق عن طريق التفريغ توهج العاصمة ؛

ب. الاخرق الاخرق عن طريق تصريف قوس من الأسلاك الساخنة.

جيم الترددات اللاسلكية الاخرق باستخدام تفريغ الترددات اللاسلكية.

D. المغنطرون التحكم الاخرق من تصريف الوهج باستخدام المجال المغناطيسي المدرج المغلقة.

2 المغنطرون الاخرق هيكل الكاثود:

في الوقت الحاضر ، تستخدم أجهزة الاخرق المغنطرونية للاستخدام الصناعي بشكل رئيسي الكاثود الاخرق المستوي المغنطروني المستطيلي الشكل (الشكل أ). عمومًا ، يكون لحجم المادة المستهدفة المستخدم نوعان من المواصفات: آلة VT: سمك عرض الطول (450.5 120 6) مم ؛ آلة ZCK: 460 100 6. يستخدم الكاثود الأسطواني المغنطروني الأسطواني تدريجياً في الإنتاج (الشكل ب). مقارنة معهم ، فإن معدل استخدام المواد المستهدفة في الطائرة هو فقط 20-30 ٪ ، أي أن معدل الاستخدام منخفض.

الرقم الشكل ب

الشكل (أ) هو نوع من المجال المغنطيسي ينتج عن طريق مغناطيس دائم مستوي المغنطرون ذو مستطيل مغناطيسي دائم ، المادة المستهدفة على اتصال بحذاء القطب. خارج المواد المستهدفة على طول الحذاء N القطبية ، في وسط الحذاء S القطبية ، يتعرض الحذاء N و S القطبية على التوالي إلى قطبية عكسية من الفريت Strontium أو مغناطيس ndfeb الدائم. ضع نفاذية من الحديد النقي مرة أخرى ربط الطرف الآخر من المغناطيس الدائم ، وهي لإنتاج المجال المغناطيسي للدائرة المغناطيسية للمدرج.

الشكل (ب) هو عبارة عن كاثود مغنطرون مجوف أسطواني ، وهو هدف للكاثود مع مغناطيس يوضع في هدف أسطواني ، مع أقطاب N و S مرتبة بشكل جيد ، وتبريد بالماء وختم ديناميكي.
وظيفة الحذاء القطب: لتشكيل دائرة مغناطيسية مغلقة مع مقاومة مغناطيسية صغيرة جدا.

في الوقت الحاضر ، استخدمنا المواد المغناطيسية الدائمة: فاريوم الباريوم ( BaO · 6F1e2O3) ، فريت السترونتيوم (SrO · 6F1e2O3) ، مغناطيس دائم ndfeb.
المغنطرون الاخرق الكهربائي:
الأقطاب المغناطيسية الاخرق العملية لها الهياكل الأساسية الأربعة التالية:

(أ) الاسطوانة المحورية ؛ (ب) النوع المسطح ؛ (ج) مخروط (بندقية S) نوع ؛ (د) الطائرة أو نوع أسطواني أجوف
1 - الركيزة ؛ 2 - المواد المستهدفة ؛ 3 - الدرع

3 عملية الاخرق:
رسم نظام الرسم من آلة طلاء الاخرق المغنطرون:

معايير عملية الاخرق:

العلاقة بين الجهد المستهدف u في الاخرق وكثافة التيار المستهدف J هي كما يلي: uJ = K1
حيث K1 هي القيمة المسموح بها لكثافة القدرة المستهدفة ، ثابت.

يمكن تحديد كثافة التيار المستهدف وفقًا للجهد المستهدف المحدد وكثافة القدرة المستهدفة المسموح بها.

تقليل ضغط Ar مفيد في تحسين معدل الترسب ، وتحسين التصاق الطلاء وكثافة الفيلم. عادة ما يتم اختيار ضغط الأخرق المغنطروني بـ 0.5 باسكال ، ومقاومة تصريف الغاز مع انخفاض ضغط AR. يمكن أن يضبط الاخرق المغنطروني ضغط Ar بطريقة مناسبة ، ويجعل كثافة الطاقة والجهد المستهدفين ، على التوالي ، في الوقت نفسه على مقربة من القيمة المستهدفة وأفضل قيمة. لذلك ، فإن تحسين مبدأ عملية معدل الترسب هو: أقرب ما يمكن من قيمة كثافة القدرة المستهدفة ؛ الجهد المستهدف قريب من القيمة المثلى قدر الإمكان.

أ الاخرق من فيلم المعدن النقي:
في ترسبات البخار المادية ، كلا من التبخر والإخرق مناسب للأغشية المعدنية النقية ، ولكن معدل التبخر أعلى.
في الوقت الحاضر ، المواد المستهدفة المستخدمة هي: Al ، Ti ، Cu ، Cr ، إلخ

الاخرق من فيلم سبيكة:
من بين تقنيات الترسيب الفيزيائي للبخار ، يعتبر الإخرق هو الأنسب لترسيب أفلام السبائك. وتشمل أساليب الاخرق الاخرق متعدد الاهداف ، الاخرق الفسيفساء المستهدف والاخرق المستهدف للسبائك.
تشمل المواد المستهدفة المستخدمة حاليًا AlTi و ZrTi و CuTi وما إلى ذلك.

C. الاخرق من الفيلم المركب:
يشير الفيلم المركب عادة إلى طبقة الفيلم المكونة من مزيج متبادل من العناصر المعدنية مع C ، N ، B ، S وغيرها من العناصر غير المعدنية. وتشمل أساليب الطلاء الاخرق العاصمة ، الاخرق الترددات اللاسلكية والاخرق التفاعلي.

1. يجب استخدام فيلم مركب Dc sputtering ، على سبيل المثال ، عادة ما تصنع الأهداف المركبة الموصلة مثل SnO2 و TiC و MoB و MoSi2 بواسطة مسحوق المعادن ، وهو مكلف للغاية. إن طلاء فيلم موصل شفاف ITO هو تطبيق صناعي للتيار المستمر الاخرق مركب الفيلم.

2. Rf الاخرق لا يقتصر على ما إذا كان الهدف هو موصل أو لا. يمكن أن يكون الهدف المعدني أو السيراميك المعزول.

3. الاخرق التفاعلي هو عندما يكون الاخرق المعدني الهدف ، في نفس الوقت لغرفة الطلاء في الغاز الذي يحتوي على العناصر غير xin المطلوبة. يستخدم TiC (أسود) هدف Ti ، وغاز العمل هو Ar + C2H2 أو Ar + CH4.

في الاخرق التفاعلي ، لا يتفاعل غاز التفاعل المحقون فقط مع ذرات الفيلم المودعة على قطعة العمل لتشكيل فيلم مركب ، ولكن يتفاعل أيضًا مع المادة المستهدفة لتشكيل مركب على السطح المستهدف ، مما يجعل معدل تجريد الهدف تقلل المادة من معدل الطلاء بالتساوي حتى من حيث الحجم ، وهو سهل التسبب في التسمم.

في بداية المركبات في عملية الاخرق ، فقط في Ar النقي ، ثم قم بزيادة غاز التفاعل تدريجياً (C2H2 أو N2 ، إلخ) ، في بداية غاز التفاعل الذي يمر فقط ، تغيير معدل الاخرق ليس كبيرًا عندما يصل غاز التفاعل إلى حد معين ، فإن معدل الإراقة يقدم تغييرًا واضحًا ، ثم يواصل زيادة غاز التفاعل ، أظهر معدل الإراقة اتجاهًا ثابتًا مرة أخرى. وقد وجد أن اتجاه العملية العكسية في نطاق معين بين منحنى الاختلال ، تظهر صورة "منحنى التباطؤ". وهذا ما يسمى "منحنى التسمم الهدف". انظر أدناه:

منحنى التسمم الهدف
تدابير لمنع التسمم المستهدف:
. تعزيز معدل استخراج نظام فراغ.
تقليل غاز التفاعل.
عزل غاز التفاعل من الهدف.

فيما يلي أمثلة على الاخرق المركب للأفلام:

غشاء المواد
الآثار
وظيفة
القصدير،
بت عالية السرعة الصلب وطحن القاطع
من الصعب ارتداء مقاومة
حالة الفولاذ المقاوم للصدأ وحزم
زخرفة الذهب
السيراميك والبلاط
زخرفة الذهب
ITO
زجاج موصل شفاف
موصل شفاف
SiO2
زجاج موصل شفاف
منع انتشار ايون الصوديوم
AL2O3
رقاقة السيليكون الدائرة المتكاملة
عزل التخميل
MgF2
عدسة بصرية
ناقص المضادة للانعكاس
التشنج
حالة الهاتف الفولاذ المقاوم للصدأ وقطع الغيار
زخرفة

المغنطرون الاخرق تقنية الطلاء أيون:

بعد الثمانينيات من القرن العشرين ، يتم ربط انحياز الإخرق المغنطروني بالطلاء الأيوني المغنطروني ، والذي يشار إليه فيما بعد باسم الطلاء الأيوني المتقطع (Sputtreing Ion Plating ، اختصار SIP). يتضمن المصنع حاليًا استخدام المعدات المصنوعة من فيلم الطلاء ، وهي استخدام التكنولوجيا.

1. عملية تصنيع الطلاء الزخرفي (TiN أو TiC) عن طريق تقنية الطلاء المغنطيسي الاخرق:

2. عملية طلاء PVD:

الخلاصة: وفقًا لمتطلبات الفيلم ، يلعب مستوى الفراغ دورًا مهمًا في جودة الفيلم. بالنسبة للمنتجات التي ينتجها المصنع ، فإن درجة الفراغ قبل تشكيل الفيلم مطلوبة للوصول إلى 5.0 10-3pa (وقت الضخ حوالي 30-60 دقيقة).

تسخين الضخ: عندما يتم الوصول إلى درجة الفراغ (على سبيل المثال ، 2.0 10-2pa) ، ابدأ في التسخين وافتح إطار التدوير.

الهدف: تقليل أو إزالة الغاز المضاف على سطح المنتجات وغرفة الفراغ عن طريق الخبز ، وذلك لتحسين جودة وأداء الفيلم لتلبية المتطلبات ، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه:

أ. في المدى الحقيقي ، يمكن تشغيل التسخين ، مما يمكن أن يمنع أكسدة سطح البضاعة.
يجب فتح القرص الدوار عند بدء التسخين.

التنظيف المستهدف (المعروف أيضًا باسم هدف النقطة): لا يمكن فتح الهدف وتنظيفه إلا عندما تصل درجة الفراغ إلى نطاق معين (النطاق المطلوب من المنتجات التي ينتجها المصنع هو 7.0 10-3 ~ 5.0 10-3pa).

الهدف: إزالة الغاز الممتص وتنظيف الطلاء على سطح الهدف.

التنظيف الأيوني: القطع الأثرية بعد المعالجة المسبقة للتسخين ، سيظل هناك بعض الأوساخ ، قد يكون لها أيضًا طبقة أكسيد طفيفة ، التنظيف الأيوني هو إزالة الأوساخ وطبقة الأكسدة السطحية هي إحدى الطرق الفعالة. بالنسبة لغاز Ar الذي يملأ الضغط العالي في غرفة الفراغ ، والقطع الأثرية والانحياز السلبي الناجم عن تفريغ التوهج في نفس الوقت ، عن طريق تأين Ar ion تحت تأثير المجال الكهربائي ، والقطع الأثرية عالية الطاقة ، وتحقيق الأوساخ على سطح الشغل يطفو خارج ، نظيفة والغرض من التنشيط على سطح البضائع.

تشكيل الفيلم: عندما يصل ضغط غاز الأرجون العامل إلى مستوى معين ، يتم فتح الهدف وتضاف كمية مناسبة من الغاز التفاعلي للتفاخر ، وأخيرا يتم الحصول على الفيلم المطلوب. في الوقت الحاضر ، يتم الحصول على فيلم النتريد وغشاء الأكسيد وأغشية الكاربيد من خلال النيتروجين (N2) والأكسجين (O2) والميثان (CH4) والأسيتيلين (C2H2) وأول أكسيد الكربون (CO) وغازات أخرى.

المسائل التي تحتاج إلى اهتمام في عملية تشكيل الفيلم:

1. هو تدفق Ar والضغط الطبيعي؟
2. قبل فتح الهدف ، أعط جهد التحيز ، وابدأ إطار التدوير ، وتحقق مما إذا كانت هناك دائرة كهربائية قصيرة في الشحنة.
3. يجب إيلاء الاهتمام للجهد المستهدف والتيار المستهدف والضغط والانحراف خلال عملية تشكيل الفيلم.

التبريد: سيتم إنشاء درجة حرارة عالية أثناء عملية تشكيل الفيلم ، وذلك لتجنب طبقة الفيلم من الإجهاد الناجم عن اختلاف درجة الحرارة بين داخل وخارج فراغ الغرفة. بعد تشكيل الفيلم ، يلزم التبريد المناسب قبل إصدار الفيلم.
غرفة فراغ. وحدة الشحن وتنظيف الغرفة بالفراغ.

المعلمات ذات الصلة من المغنطرون الاخرق الطلاء أيون:

تحتوي الشغل المغنطيسي المتقطع على ثلاثة أنواع من التوصيلات الكهربائية: التأريض ، التعليق والتحيز.
عادةً ما يكون جهاز الطلاء أرضًا لغرفة الفراغ كأنود ، وأحكام الصفر المحتمل.
تعليق هو عملية عزل الشغل من الأنود (السكن) والكاثود وتعليقه في البلازما.
Bias هو إضافة عشرات من volts لمئات فولت من التحيز السلبي على الشغل ، عندما يكون الانحياز هو الصفر الذي تم تأريضه.

1. نسبة وصول ايون:

في الطلاء الأيوني ، يعتمد تأثير الأيونات العارضة على بنية وخصائص الفيلم بشكل أساسي على الطاقة الأيونية وتدفق الأيونات.
في الطلاء الأيوني ، تسمى الطاقة الناتجة عن أيون العارضة على كل ذرة مودعة قيمة كسب الطاقة.
Ea = Ei (ev)
نوع Ei هو طاقة أيون الحادث (ev) ، I / Φ Φ للأيونات للوصول إلى أكثر من a.

2. التحيز والحالية:

المعلمات العملية للطلاء الأيوني هي الجهد التحيز والكثافة الحالية لشغل الشغل. في الوقت الحاضر ، لدينا مصنع في عملية الطلاء TiN أو TiC ، والتحكم في التحيز المضافة في -100 ~ -400V ، والتحيز الحالي في 2 ~ 6A أو نحو ذلك .

3. الاخرق النبضي:

يستخدم الاخرق النبضي بشكل عام فرق جهد موجة مستطيلة.

فترة النبضة هي T ، وقت التمايل المستهدف في كل دورة هو T-delta T ، دلتا T هي وقت النبضة الموجب (العرض) المضاف إلى الهدف. V- و V + هما سعة الجهد للنبضات السلبية والإيجابية المضافة إلى الهدف ، على التوالي.

4. الحالات الشاذة أثناء العملية:

في الوقت الحاضر ، النماذج الرئيسية المستخدمة في الإنتاج هي: آلة الطلاء المستمر vt-1200 ، SVS و COM ، zck-1500 وأنواع مختلفة من المعدات المستهدفة.

ظاهرة غير طبيعية
النتائج
ا.
درع السيارة ليس جيدًا عند غسل الهدف
كان سطح البضاعة ملوثا ، مما أدى إلى فيلم البضاعة بعد طلاء الانفجار
ب
يحدث انحراف الدائرة القصيرة أثناء التنظيف الأيوني
اختبار وظيفة NG بعد تشكيل الفيلم (رفض)
C
أثناء عملية تشكيل الفيلم ، يكون معدل تدفق غاز التفاعل كبيرًا جدًا (على سبيل المثال ، C2H2) ، مما يؤدي إلى تسمم الهدف
بعد خروج المنتجات من الفرن ، تكون طبقة الطلاء أو ظاهرة اللون غير المستوية واضحة
د
لا يتم فتح ماء التبريد المستهدف أثناء فتح الهدف
تلف المعدات ، تسبب خسائر خطيرة

IKS PVD ، آلة طلاء الفراغ ، اتصل: iks.pvd@foxmail.com