ההתפתחות האחרונה ומגמה של מגנטרון sputtering ציפוי הטכנולוגיה

ההתפתחות האחרונה ומגמה של מגנטרון sputtering ציפוי הטכנולוגיה

התהליך הבסיסי של זוהר פלזמה זוהר היא כי תחת פעולה של יונים נושאת אנרגיה פלזמה זוהר על האלקטרודה השלילית, אטומי המטרה הם sputtered מתוך היעד ולאחר מכן מרוכז על המצע כדי ליצור סרט דק. בתהליך זה, אלקטרונים משניים נפלטים בו זמנית ממשטח המטרה, אשר ממלאים תפקיד מפתח בשמירה על קיומה יציב של פלסמה. המראה והיישום של הטכנולוגיה המקרטעת עברו שלבים רבים. לאחר יותר מ -30 שנות פיתוח, הטכנולוגיה magnetron sputtering התפתח לשיטה שאין לה תחליף להכנת אולטרה קשה, ללבוש עמידים, מקדם חיכוך נמוך, עמיד בפני קורוזיה, דקורטיביים, אופטי, חשמל וסרטים פונקציונליים אחרים. מגנטטרון מגולף sputtering היא התפתחות חשובה נוספת בתחום זה. זה כמעט בלתי אפשרי להשיג סרטים צפופים, ללא פגם בידוד, בעיקר סרטים קרמיים, על ידי dc תגובתי תגובתי reuttering, בגלל שיעור בתצהיר נמוך, את התרחשות קלה של פריקה קשת של חומרי המטרה ואת השינוי של המבנה, הרכב וביצועים. פעמונית מגנטרון sputtering הטכנולוגיה ניתן להשתמש כדי להתגבר על חסרונות אלה. תדר פעמו הוא 10 ~ 200kHz, אשר יכול למעשה למנוע את החומר היעד פריקה קשת לייצב את תהליך תגובתי תגובתי תגובתי, כדי להשיג בתצהיר במהירות גבוהה של סרטים תגובתי באיכות גבוהה.המחברים בעיקר לדון בטכנולוגיה מגנטרון sputtering לא מאוזן מגנטרון sputtering, פעמו מגנטרון sputtering התקדמות, כמו גם את השליטה המגנטית sputtering בתצהיר, sputtering, במהירות גבוהה גבוהה טוהר בהכנה נמוכה לחץ הממברנה ולשפר את איכות התגובה sputtering התקדמות הטכנולוגיה הסרט שנערך על ניתוח מעמיק, את השיחה האחרונה של סין התעשייה הפטרוכימית צריך במרץ את הפיתוח והיישום של הטכנולוגיה magnetron sputtering.

אי - שיווי משקל מגנטרון הטכנולוגיה המקרטעת

לעומת מגנטרון קונבנציונאלי המקרטעת, לא שיווי משקל מגנטרון המקרטעת הטכנולוגיה יש הבדל קטן בעיצוב, אבל מוביל הבדל עצום במאפיינים בתצהיר. תאנה. 1 תרשים סכמטי של מאפייני אזור פלזמה של איזון שיווי משקל magnetron הטכנולוגיה המקרטעת מגנטרון קונבנציונאלי הטכנולוגיה sputtering

ב מגנטרון קונבנציונאלי sputtering, הפלזמה הוא מוגבל לחלוטין לאזור היעד, ואת הערך הטיפוסי הוא על 6 ס"מ על פני היעד. איור 1 ג (הנקרא פולשני) מגנטרון מזויף, עוצמת השדה החיצוני המגנטי, עוצמת השדה המגנטי גבוה יותר מאשר קווי מרכז של כוח מגנטי לא ליצור לולאה סגורה בין המרכז לפריפריה, חלק החיצוני של פני השטח של המגנטי קווי שדה המורחבת אל המצע, מה שהופך חלק האלקטרון המשני יכול להגיע אל פני השטח של המצע לאורך שורות של כוח מגנטי, פלזמה אינו מוגבל עוד לאזור המטרה, אבל כדי להיות מסוגל להגיע אל פני השטח של המצע, המצע יון להגדיל צפיפות קרן, בדרך כלל יכול להגיע יותר מ 5 MA / cm2. בדרך זו, המקור המקרטע הוא גם מקור יון המפציץ את המצע. צפיפות קרן היונים של המצע פרופורציונלית לצפיפות הנוכחית של חומר המטרה. הצפיפות הנוכחית של חומר המטרה עולה, שיעור התצהיר עולה, ואת צפיפות קרן יון של המצע מגדילה.גודל 1b (נקרא לכידות) הוא עוד שדה שיווי משקל לא מאוזן, אשר מאופיין על ידי שדה גבוה יותר בתחום השדה המגנטי מאשר פריפריה, קווי שדה מגנטי לא סגור אך מכוונים אל הקיר של המכשיר, צפיפות פלזמה נמוכה על פני המצע. בשל צפיפות נמוכה של קרן יון המצע, שיטה זו משמשת לעתים נדירות. עם זאת, מחקרים הראו כי שיטה זו יכולה להשיג סרטים עם משטח ספציפי גבוה פעילות גבוהה, נקבוביות של הסרט המתקבל יכול להיות יותר מ 1000 פעמים זה של השטח צפוף, ואת נקבוביות ניתן לשלוט בו זמנית. סרטים נקבוביים יש יישומים חשובים כמו זרזים, התקני הצתה blackbodies. פיתוח נוסף של שיווי המשקל מגנטרון sputtering (CFUBMS) מאופיינת על ידי שימוש מרובים שאינם שיווי משקל magnetron המקרטעת מקורות מותקן בדרך מסוימת, אשר משמש כדי להתגבר על הקושי הגדול של שימוש במטרה אחת להפקיד אחיד סרטים דקים על פני השטח של מערכת מורכבת multirates.In מרובה היעד, הקשר בין שתי מטרות סמוכות ניתן להציב במקביל או קרוב משפחה. יש גם שני מצבי שדה מגנטי מטרות סמוכים, כפי שמוצג FIG. 2. כאשר הקטבים המגנטיים הסמוכים מנוגדים, הם נקראים מצבי שדה מגנטיים סגורים. כאשר קטבים מגנטיים סמוכים זהים, זה נקרא מצב שדה מגנטי מראה. בדרך של שדה מגנטי סגור, קווי שדה מגנטי בין חומר מטרה שונים נסגר, על ידי אובדן הקיר פחות אלקטרוניים, צפיפות הפלזמה על פני השטח של המצע הוא גבוה, הוא היחס בין יונים האטומים להגיע אל פני השטח של המראה המצע שדה מגנטי או יעד אחד יותר מ 2 ~ 3 פעמים של שדה מגנטי לא מאוזן, כאשר המרווח ואת המרווח היעד גדל, השדה המגנטי סגור על פני השטח של יון המצע ואת ההשפעה של יחס האטום הוא משמעותי יותר. במצב המראה, קו השדה המגנטי מופנה אל הקיר, ואת האלקטרונים המשניים הם נצרך על ידי הקיר לאורך השדה המגנטי, וכתוצאה מכך ירידה של צפיפות פלזמה על פני המצע.

על בסיס של איזון שיווי משקל מגנטרון הטכנולוגיה, משתנה שדה מגנטי עוצמת magnetron sputtering הטכנולוגיה התפתחה לאחרונה, אשר מאופיין על ידי מיקום מוט מגנטי מתכווננת. על ידי שינוי המרחק בין שני קטבים מגנטיים פני השטח של היעד, עוצמת השדה המגנטי על פני השטח של היעד ניתן לשנות. עיצוב שדה מגנטי משתנה מספק פרמטרים טכניים חדשים, יישום של יוני משקעים, אטומים מאשר התאמה בסדר, כגון שלב משקע מתחילים לקוות קרן יון גבוהה יותר, כדי לשפר את הידבקות הסרט, אבל עוד הפיקדון של קרן יון יכול להוביל גבוה מתח סרט דק פגם, בכל עת לשנות את השדה המגנטי יכול לשנות את קרן יון ולבטל את הבעיה. כאשר הפקדת הסרט Gradient ו multilayer הסרט, טכניקה זו יכולה להשיג את השילוב הטוב ביותר של מאפייני הסרט השונים. טכנולוגיה זו יכולה גם לשלוט על מאפייני קורוזיה המקרטעת של היעד ולהשיג את sputtering אחיד של המטרה.

פעמון מגנטרון פועם (PMS)

מגנטרון פעמו sputtering נוצר על ידי החלפת מקור כוח DC המסורתית עם מקור כוח dc פעמו. טכנולוגיה זו יש סדרה של יתרונות מרשימים, כגון טמפרטורת בתצהיר נמוך, במהירות גבוהה ללא פגם הקרמיקה סרט בתצהיר. לדוגמה, בעת הפקדת סרטים תחמוצת, מטרות מתכת ניתן להשתמש באופן מסורתי, תגובתי תגובתי תגובתי באווירה חמצן מבוקרת כראוי, או rf (בדרך כלל 13156MHz) המקרטעת תחמוצת היעד תחמוצת. עם זאת, שתי השיטות יש מגבלות. סרטים באיכות גבוהה ניתן להשיג על ידי rf sputtering עם שיעור בתצהיר נמוך מאוד (מ '/ גובה) ו מערכות מורכבות. הבעיה של תגובתי תגובתי היא כי היעד הוא מורעל. במהלך sputtering תגובתי, אזור הזוהר העיקרי על פני השטח מכוסה על ידי משקעים בידוד, המוביל הצטברות של תשלום בידוד בידוד שכבת היעד עד להתרחשות פריקה קשת. פריקה ARC עושה את הרכיבים של חומר המטרה מתאדות בצורה של טיפות וגורם ליקויים שונים בסרט כאשר מופקדים על פני המצע, כגון מבנה רופף של הסרט, גרגר גס, הרכב או הפרדה המבנה, וכו ', אשר יש השפעה שלילית מאוד על הביצועים של את הסרט, במיוחד את ההתנגדות אופטית וקורוזיה. פעימה מגנטרון הטכנולוגיה sputtering יכול למעשה לעכב את הדור של ARC ולסלק את הפגמים הסרט, ולשפר באופן משמעותי את שיעור בתצהיר של sputtering להגיע לשיעור בתצהיר של מתכת טהורה, כלומר, 10 מ '/ ש'. בתהליך ההדבקה הפועמת, מתח הדופק המוסף על המטרה זהה לזה של מגנטרון כללי (400 ~ 500V), וזמן הפרשות עם מתח נוסף על המטרה נשלט על מנת להבטיח שהיעד אינו מורעל ו פריקה arc מתרחשת. ואז מתח היעד הוא כבוי, אפילו עושה את היעד חיובי טעון. בגלל מהירות האלקטרונים בפלזמה הוא הרבה יותר גבוה מאשר מהירות יון, המתח החיובי של חומר היעד המרה בדרך כלל רק צריך 10% ~ 20% של מתח הטיה שלילית, אשר יכול למנוע את פריקה קשת (סוג זה של אספקת החשמל הוא שנקרא אספקת כוח דו קוטבית דו קוטבית dc). מחקרים הראו כי כאשר תדר הדופק הוא נמוך מ 20kHz, את ההתרחשות של פריקה קשת לא יכול להיות מעוכב. כאשר תדר הדופק גבוה מ -20 קילו-הרץ, פריקת הקשת יכולה להיות מדוכאת לחלוטין. יחד עם זאת, רוחב הדופק (היחס בין מתח חיובי ושלילי לזמן) ממלא תפקיד מפתח. למתח החיובי אין השפעה ברורה על פריקה של קשת או לא, אך יש לה השפעה רבה על שיעור התצהיר. כאשר המתח החיובי עולה מ -10% ל -20% (לעומת המתח השלילי), ניתן להגדיל את שיעור התצהיר ב -50%. השפעה זו נחשבת משופרת על ידי מתח חיובי גבוה לניקוי המטרה. טכנולוגיית PMS ניתן להשתמש עבור מגנטרון דו קוטבית sputtering, ושני מגנטרון המקרטעת מטרות הן בהתאמה חיובי ושלילי מוטות. בתהליך העבודה, יעד אחד הוא המקרטע בעוד השני הוא ניקוי, ואת מחזור חוזר. טכנולוגיה זו יש יתרונות רבים, כגון זמן רב (300h) פעולה יציבה, ויש לו יישום חשוב בתצהיר של סרטים רזים אופטי המשמשים בבנייה, רכב וחומרי פולימר. התפתחות נוספת נוספת היא היישום של הדופק משוא פנים על מצעים. הדופק הטיה יכול לשפר מאוד את קרן יון על המצע. ב magnetron sputtering, כאשר הטיה שלילית dc הוא הוסיף בדרך כלל ל -100v, יון המצע הקורה תגיע הרוויה. הגדלת הטיה שלילית לא יגדיל את הקורה יון המצע. זה נחשב בדרך כלל כי הנוכחי הרוויה היא קרן יון ואלקטרונים לא יכול להתקרב משטח המצע. התוצאות מראות כי הדופק הטיה לא רק מגביר את המצע הנוכחי הרוויה, אלא גם מגביר עם הטיה שלילית. כאשר תדר הדופק עולה, ההשפעה משמעותית יותר. המנגנון עדיין לא ברור, אשר עשוי להיות קשור שיעור יינון פלזמה ואת טמפרטורת אלקטרונים גבוהה המיוצר על ידי שדה חשמלי נדנוד. הטיה שלילית של הדופק המצע מספק שיטה חדשה כדי לשלוט ביעילות צפיפות המצע הנוכחי, ואת האפקט הזה יכול להיות מיושם כדי לייעל מבנה הממברנה, הידבקות, לקצר את זמן הפרקת ניקוי זמן המצע. עם ההתקדמות של מכני, כוח, שליטה וטכנולוגיות אחרות הקשורות, מגנטרון sputtering הטכנולוגיה יפותח עוד יותר. לדוגמה, לאחרונה, בשל היישום של מגנט קבוע כדור הארץ נדירה, כוח השדה המגנטי על משטח היעד היה אמור להיות רק 300 ~ 500Gs, אבל עכשיו זה השתפר ל 1kGs, אשר עוד יותר משפר את היעילות ואת יכולת מגנטרון המקרטעת .

חדש מגנטרון המקרטעת ציפוי הטכנולוגיה

החל מהמטרה הנפוצה של המתכת, התפרצות תגובתית, הטיה מתגמלת וכו ', יחד עם הביקוש התעשייתי והופעתה של טכנולוגיות מגנטרון מגמגמות חדשות, טכנולוגיות חדשות כגון הפרעות בלחץ נמוך, בתצהיר מהיר, משטח הנדסה דופק המקרטעת הפכו את מגמת הפיתוח בתחום זה. הבעיה העיקרית של התפרצות בלחץ נמוך היא כי בלחץ נמוך (בדרך כלל <011pa), ההסתברות="" התנגשות="" בין="" אלקטרונים="" ואטומי="" גז=""> ב מגנטרון קונבנציונאלי המקרטעת הטכנולוגיה, זה לא מספיק כדי לשמור על פריקה זוהר על פני השטח של חומר המטרה, וכתוצאה מכך חוסר היכולת של התצהיר sputtering להמשיך. על ידי אופטימיזציה של עיצוב השדה המגנטי, מרחק התנועה של מרחב האלקטרון הוא ממושך, ואיזון שיווי משקל magnetron הטכנולוגיה המקרטעת יכול להבין בתצהיר ספוגרקה באקום ברמה של 10-2pa.In בנוסף, בתצהיר המקרטעת בלחץ נמוך ועוצמה גבוהה יותר יכול להתממש על ידי תנועה אלקטרונים מרסנת עם שדה אלקטרומגנטי חיצוני. בתצהיר במהירות גבוהה יכול לשפר באופן משמעותי את יעילות העבודה, להפחית את צריכת הדלק ולקבל סרט חדש. הבעיה העיקרית שיש לפתור בתצהיר במהירות גבוהה היא כי הצפיפות הנוכחית של החומר היעד הוא גדל ללא פריקה arcing. עם הגידול בצפיפות הספק, יש לשפר את יכולת הקירור של חומר המטרה ואת המצע. נכון לעכשיו, צפיפות הכוח היעד הוא מעל 100W / cm2, ושיעור בתצהיר הוא מעל 1 מ '/ דקות. בתצהיר במהירות גבוהה היא אלטרנטיבה אטרקטיבית electroplating קונבנציונאלי. בתהליך של בתצהיר במהירות גבוהה, על ידי הגדלת שיעור יינון של חלקיקים המקרטעת, גז עובד ניתן לחתוך את התצהיר הפרשות יכול להישמר, כלומר, תמיכה עצמית מפרפר בתצהיר יכול להיווצר. תמך עצמית בתצהיר sputtering ממלא תפקיד חשוב בשיפור ההדבקה בין הסרט דק המצע, ביטול פגמים פנימיים של סרט דק והכנה גבוהה סרט טוהר דק. השילוב של הטכנולוגיה מגנטרון sputtering וטכנולוגיה אחרים הנדסת פני השטח הוא עוד כיוון פיתוח עיקרי של הטכנולוגיה מגנטרון המקרטעת.למרות magnetron sputtering הטכנולוגיה יש יתרונות רבים, היא עדיין תופסת נתח קטן בתחום ההנדסה השטח התעשייתי, ואת הטכנולוגיה משטח מסורתי עדיין תופס עמדה דומיננטית. אחת הסיבות העיקריות המשפיעות על היישום שלה היא כי חומרים המצע כגון פלדה סגסוגת נמוכה וסגסוגת טיטניום הם רכים מדי כדי להתאים עם אולטרה קשה סרטים המתקבל על ידי הטכנולוגיה המקרטעת. המצע הוא רך מדי לעמוד בלחצים לטעון בניגוד לציפויים קשים מאוד. לעומת זאת, עבור יישומים עמידים בפני קורוזיה, פגמים pinprick יכול לגרום לכשל ציפוי. כדי להתגבר על בעיות אלה, מספר טכנולוגיות הנדסה פני השטח פותחו, כלומר, מספר טכנולוגיות הנדסה פני השטח שימשו לשנות את החומרים ברצף, ואת שכבות שינוי פני השטח שהושגו היו יתרונות שאין כמו על פני השטח הטכנולוגיה. דוגמה טיפוסית לכך היא בתצהיר n ואחריו בתצהיר sputtering, המספק מתחת לפני השטח של עובי 500 מ 'וקשיחות של 10GPa, ואחריו בתצהיר של 3 ~ 5 מ' TiN. TiN מספק התנגדות ללבוש גבוהה ו- n שכבת מספק עומס עומס גבוה ועמידות עייפות.

מעמד ופיתוח מקומי בתעשייה הפטרוכימית

מגנטרון sputtering הטכנולוגיה כבר בשימוש נרחב בתחומי חומרי בניין, קישוט, אופטיקה, מניעת קורוזיה, חיזוק כלי טחינה בסין. נכון לעכשיו, הכנת סרטים פונקציונליים כגון פוטואלקטריות, photothermal, מגנטיות, מוליכות, דיאלקטרי, ו קטליזה על ידי מגנטרון sputtering הטכנולוגיה היא נקודה חמה המחקר. עם זאת, לגבי איזון שיווי משקל מגנטרון הטכנולוגיה המקרטעת, במיוחד תהליך בתצהיר חדש, כמה יחידות כבר הבינו ולמד בסין. לאחר חיפוש, נמצא כי ישנם רק פחות מ -20 מאמרים מדעיים בסינית עד כה, ומספר יחידות המחבר הוא אפילו פחות. אנטי קורוזיה וקשיות קשיות גבוהה יכול לשחק תפקיד חשוב בשיפור הביצועים והחיים של נפט, מקדם חיכוך נמוך, סיכה, שקית אנטי בוץ, קטליזה, אופטיקה וסרט פונקציונלי אחר כאשר מוחל על תעשיית הפטרוכימיה צפויה לשפר באופן משמעותי את יעילות העבודה, איכות המוצר והגנה על הסביבה, בטיחות וכן הלאה. עם פיתוח ויישום של מגנטרון חדש sputtering הטכנולוגיה ואת התהליך, ואת הביקוש הגובר לשיפור יעילות הייצור, איכות הסביבה ובטיחות בתעשיית הכימיה והכימיה, את החשיבות של מגנטרון המקרטעת הטכנולוגיה לתעשיית הנפט והכימיה ימשיכו לגדול. עם זאת, כיום, לתעשייה הפטרוכימית בסין אין מספיק הבנה ויישום של הטכנולוגיה magnetron המקרטעת, ואין מוסדות מיוחדים העוסקים בתחום זה. לכן, המחבר קורא לחזק את התמיכה של מגנטרון sputtering הטכנולוגיה.

IKS PVD, ציוד ציפוי ואקום מסין, פנה: iks.pvd@foxmail.com