Klasifikace a teorie PVD povlakových technologií

Klasifikace a teorie technologie PVD nátěrů

Jako druh materiálu speciálního tvaru může být tenký film amorfní, polykrystalický a monokrystalický. Může být vyrobena z jednoduchých prvků nebo sloučenin, anorganických materiálů nebo organických materiálů.

Tenkovrstvá technologie zahrnuje fyzikální depozici par (odpařování, naprašování, iontové pokovování, obloukové pokovování, plazmové pokovování) a chemické ukládání par. Technologie používaná v naší továrně je Physical Vapor Deposition (PVD).

Jednorázové odpařování

Odpařovací odpor a odpařování elektronovým paprskem:

1. Základní principy: \ t

Způsob, ve kterém je substrát nebo obrobek, který má být potažen, umístěn do komory s vysokým podtlakem a zahříván pro odpařování (nebo sublimaci) materiálu tvořícího film a nanesení na povrch substrátu nebo obrobku za vzniku tenkého filmu.

2. Typ zdroje odpařování:

(abeceda)

3. Faktory ovlivňující kvalitu filmu:

A. Poloha substrátu

Správné umístění podkladu je předpokladem pro získání stejnoměrného filmu.

B. Aby se zajistila hmotnost membrány, musí být tlak tak nízký jako Pr (Pa).

L představuje vzdálenost od zdroje odpařování k substrátu jako L (cm).

C. Rychlost odpařování. Když je rychlost odpařování malá, molekuly plynu jsou okamžitě adsorbovány na uložených membránových atomech (nebo molekulách), což má za následek uvolněnou strukturu membrány, hrubé částice a mnoho defektů. Naopak membránová struktura je jednotná a kompaktní, mechanická pevnost je vysoká a napětí uvnitř membrány je velké.

D. Za normálních okolností, když je teplota substrátu vysoká, kinetická energie adsorbovaných atomů se odpovídajícím způsobem zvyšuje a vytvořený film se snadno krystalizuje a snižuje defekty mřížky. Když je teplota substrátu nízká, není dostatek energie na dodávku adsorbovaných atomů, takže je snadné vytvořit amorfní film.

Dva. Magnetronové naprašování

Magnetronové naprašování je nový typ metody nanášení rozprašováním, který byl vyvinut na základě katodového naprašování v 70. letech. Protože účinně překonává smrtelnou slabost nízké rychlosti katodového naprašování a zvýšení teploty substrátu způsobené elektrony, dosáhlo rychlého vývoje a širokého uplatnění.

1. Magnetronové naprašování:

Fenomén, že atomy na cílovém povrchu jsou zasaženy iontovým bombardováním cílového materiálu, se nazývá naprašování. Rozprašovací film je realizován, když jsou atomy generované naprašováním uloženy na povrchu substrátu (obrobku).

Základní principy magnetronového naprašování:

Magnetronové naprašování bylo v rozstřikovací zóně a magnetické pole kolmé ke směru elektrického pole, v ortogonální elektrické intenzitě a magnetickém poli BE elektronová pohybová rovnice, elektronika ve formě cykloidního kola podél cílového povrchu ke kolmici ke směru E a B je paralelní, což značně rozšířilo elektronickou trasu, zvýšilo kolize elektronů s molekulami plynu, zlepšilo účinnost ionizace. Takže sekundární elektronové magnetické pole pod kontrolou dráhy, to vše může být použito pro ionizační energii, když je energie vyčerpána, je absorbována pouze anodou (šasi). Následující obrázek:

Tyto elektrony jsou urychlovány elektrickým polem a získávají energii a pak se srazí s atomy nebo molekulami plynu, i když ionizují, takže plazma může být udržována.

Magnetronové naprašování má řídit pohyb elektronů přidáním magnetického pole dráhy k cílovému povrchu, prodloužit jejich pohyb kolem cílového povrchu a zlepšit hustotu plazmy, takže rychlost rozprašování povlaku se značně zlepší.

Výtěžek sekundárního elektronu:

Sekundární elektronový výtěžek označuje počet sekundárních elektronů na iont bombardující cíl. Teoretická analýza ukazuje, že sekundární elektronový výtěžek kovového cíle je nezávislý na iontové energii, když iontová energie je menší než 500eV (ve skutečnosti menší než 1000eV).

Výprašový výtěžek:

Magnetronové naprašování má pracovní napětí 200 ~ 500V, které určuje, že maximální iontová energie cíle je 500eV a urychlený iont argonu je kolmý k cíli.

Interakce mezi dopadajícími ionty a materiály:

Interakce mezi ionty energie a cílovým povrchem má za následek:

A. Povrchové částice: atomy rozprašování, atomy zpětného rozptylu, atomy desorpční nečistoty a sekundární elektrony.
B. Povrchově fyzikálně-chemické jevy: čištění, leptání a chemické reakce.
C. Bodové defekty, defekty čár, horké čepy, kolizní kaskády, implantace iontů, amorfní stavy a sloučeniny v povrchové vrstvě materiálu.

Techniky rozprašování:

Technologie rozprašování lze rozdělit na:

A. Diodové naprašování stejnosměrným zářením;

B. Naprašování Tripole obloukovým výbojem horkého drátu;

C. Rf rozprašování za použití rf výboje;

D. Řízení magnetického rozprašování žhavého výboje pomocí uzavřeného magnetického pole dráhy.

2 magnetronová naprašovací katodová struktura:

V současné době používají magnetronová rozprašovací zařízení pro průmyslové použití hlavně obdélníkovou planární magnetronovou naprašovací katodu (obr. A). Obecně platí, že použitá velikost cílového materiálu má dvě specifikace: stroj VT: tloušťka šířky (450,5 120 6) mm; Stroj ZCK: 460 100 6. Ve výrobě se postupně používá i válcová magnetronová naprašovací katoda (obrázek b). Ve srovnání s nimi je míra využití materiálu rovinného cíle pouze 20-30%, to znamená, že míra využití je nízká.

Obrázek b. Obr

Obrázek a je druh magnetického pole vytvořeného permanentní magnetickou dráhou magnetronového naprašovacího katodu, který je v kontaktu s pólovou patkou. Mimo cílový materiál podél patky N, na středu patky S pólu, pólů N a S, které jsou vystaveny opačné polaritě feritových nebo ndfebových permanentních magnetů stroncia. Přiložte propustnost čistého železného hřbetu na druhý konec permanentního magnetu, a to na magnetické pole magnetického obvodu dráhy.

Obrázek b je válcová dutá magnetronová katoda, která je katodovým terčem s magnetem umístěným ve válcovém terči s dobře uspořádanými póly N a S, vodním chlazením a dynamickým těsněním.
Funkce pólové patky: vytvoření uzavřeného magnetického obvodu s velmi malým magnetickým odporem.

V současné době se běžně používají permanentní magnetické materiály: ferium barnatý (BaO · 6F1e2O3), ferit stroncia (SrO · 6F1e2O3), permanentní magnet ndfeb.
Magnetronová rozprašovací elektroda:
Praktické magnetronové naprašovací elektrody mají následující čtyři základní struktury:

a) koaxiální válec; b) plochý typ; (c) kuželový typ (S); d) rovinný nebo válcový dutý typ
1 - substrát; 2 - cílový materiál; 3 - štít

3 proces rozprašování:
Výkresový diagram stroje pro magnetronové naprašování:

Parametry procesu rozprašování:

Vztah mezi cílovým napětím u naprašování a cílovou hustotou proudu J je následující: uJ = K1
Kde K1 je přípustná hodnota cílové hustoty výkonu, konstanta.

Cílová proudová hustota může být určena podle zvoleného cílového napětí a přípustné cílové hustoty výkonu.

Snížení tlaku Ar je užitečné pro zlepšení rychlosti nanášení a pro zlepšení adheze povlaku a hustoty filmu. Magnetronové naprašování Ar je obvykle voleno jako 0,5 Pa, stoupá impedance výboje plynu s klesajícím tlakem Ar. Magnetronové naprašování může vhodně přizpůsobit tlak Ar, nastavit cílovou hustotu výkonu a napětí současně na svou cílovou hodnotu a nejlepší hodnotu. Zlepšení principu procesu depozice je tedy: co nejblíže cílové hodnotě hustoty výkonu; Cílové napětí je co nejblíže optimální hodnotě.

A. Rozprašování čistého kovového filmu:
Pro fyzikální depozice par jsou vhodné jak odpařování, tak naprašování pro čisté kovové fólie, ale rychlost odpařování je vyšší.
V současné době jsou použitými cílovými materiály: Al, Ti, Cu, Cr, atd

B. Rozprašování legovaného filmu:
Mezi fyzikálními technikami depozice par je pro nanášení legovaných filmů nejvhodnější rozprašování. Rozprašovací metody zahrnují vícecílové naprašování, Mosaic terčové naprašování a naprašování.
Cílové materiály používané v současné době zahrnují AlTi, ZrTi, CuTi a tak dále.

C. Rozprašování složeného filmu:
Složená fólie se obvykle týká filmové vrstvy vytvořené vzájemnou kombinací kovových prvků s prvky C, N, B, S a jinými nekovovými prvky. Metody pokovování zahrnují stejnosměrné naprašování, vysokofrekvenční naprašování a reaktivní naprašování.

1. Musí být použit Dc rozprašovací směs, například vodivé sloučeniny, jako jsou SnO2, TiC, MoB a MoSi2, jsou obvykle vyráběny práškovou metalurgií, což je velmi drahé. rozprašovací směs filmu.

2. Rf rozprašování není omezeno tím, zda je cíl vodivý nebo ne. Může to být kovový nebo izolovaný keramický terč.

3. Reaktivní naprašování je, když se kovový cíl rozprašuje, současně do nátěrové komory do plynu obsahujícího požadované nexinové prvky. TiC (černý) POUŽITÍ Ti cíl a pracovní plyn je Ar + C2H2 nebo Ar + CH4.

V reaktivním rozprašování reaguje vstřikovaný reakční plyn nejen s atomy filmu nanesenými na obrobku za vzniku složeného filmu, ale také reaguje s cílovým materiálem za vzniku sloučeniny na cílovém povrchu, což může způsobit rychlost stripování cíle. materiál a odpovídajícím způsobem snižují rychlost potahování dokonce o řád, který je snadno způsobitelný otravou terčem.

Na začátku sloučenin v procesu naprašování, pouze do čisté Ar, pak postupně zvyšovat reakční plyn (C2H2 nebo N2, atd.), Na začátku reakčního plynu jen projít, změna rozprašování rychlost není velká Když reakční plyn dosáhne určitého limitu, rychlost rozprašování představuje zjevnou změnu a pak pokračuje ve zvyšování reakčního plynu, přičemž rychlost rozprašování opět vykazuje stabilní trend. Bylo zjištěno, že směr inverzního procesu v určitém rozsahu mezi křivkou nesouososti se zobrazuje jako obraz "hysterezní křivky". To se nazývá "cílová otrava". Viz. níže:

Cílová krivka otravy
Opatření k zabránění cílové otravy:
. Zvýšit rychlost extrakce vakuového systému;
Reakční plyn se sníží.
Reakční plyn se izoluje z terče.

Příklady filmů rozprašovacích sloučenin jsou následující:

Membránový materiál
artefakty
funkce
Cín,
Vysokorychlostní ocelový vrták a fréza
Odolná proti opotřebení
Pouzdro a pásek z ušlechtilé oceli
Zlatá dekorace
Keramika a dlažba
Zlatá dekorace
ITO
Průhledné vodivé sklo
Průhledný vodivý
Si02
Průhledné vodivé sklo
Zabraňte difúzi iontů sodíku
Al2O3
Silikonový čip s integrovaným obvodem
Izolační pasivace
MgF2
Optická čočka
Mínus antireflexe
TiC
Nerezová ocel telefon případ a díly
dekorace

Technologie pokovování magnetronovým rozprašováním:

Po 80 s, spojit předpětí magnetronového naprašování je nazýváno magnetronovým naprašováním iontové pokovování, dále označovaný jako naprašovací iontové pokovování (Sputtreing Ion Plating, zkratka SIP). Naše továrna v současné době zahrnuje použití zařízení z pokovování filmu, a to použití technologie.

1. Výrobní proces dekorativního nátěru (TiN nebo TiC) technologií magnetronového naprašování iontů: \ t

2. Proces povlékání PVD:

Abstrakt: V souladu s požadavky filmu hraje významnou roli v kvalitě filmu úroveň vakua. Pro výrobky vyráběné naší továrnou je nutný stupeň vakua před vytvořením filmu 5,0 10-3pa (doba čerpání je přibližně 30-60 minut).

Čerpání topení: když je dosažen stupeň podtlaku (např. 2,0 10-2pa), spusťte ohřev a otevřete otočný rám.

Cíl: snížit nebo eliminovat adsorbovaný plyn na povrchu výrobků a vakuové komory vypalováním, aby se zlepšila kvalita a výkonnost fólie tak, aby splňovala požadavky, ale je třeba poznamenat, že:

A. Ve skutečném rozsahu může být topení zapnuto, což může zabránit oxidaci povrchu zboží.
B. Otočný stůl musí být otevřen, když se zahřívá.

Cílové čištění (také známé jako bodový cíl): cíl může být otevřen a vyčištěn pouze tehdy, když stupeň vakua dosáhne určitého rozsahu (požadovaný rozsah výrobků vyráběných naší továrnou je 7,0 10-3 ~ 5,0 10-3pa).

Cíl: odstranit adsorbovaný plyn a vyčistit povlak na povrchu terče.

Ionové čištění: artefakty po předehřátí, povrch bude stále tam je nějaká špína, může mít také mírné oxidové vrstvy, iontové čištění je odstranit nečistoty a povrch oxidační vrstva je jednou z účinných metod. Pro plyn Ar naplňující vysoký tlak ve vakuové komoře, artefakty a záporné vychýlení způsobené zářivým výbojem ve stejnou dobu, ionizací Ar iontu působením elektrického pole, vysokoenergetických bombardujících artefaktů a dosahováním nečistot na povrchu. povrch vyříznutého obrobku, čistý a účel aktivace na povrchu nákladu.

Tvorba filmu: když tlak pracovního plynu argon dosáhne určité úrovně, cíl se otevře a přidá se vhodné množství reaktivního plynu pro naprašování a nakonec se získá požadovaný film. V současné době se nitridový film, oxidový film a karbidový film získávají prostřednictvím dusíku (N2), kyslíku (O2), metanu (CH4), acetylenu (C2H2), oxidu uhelnatého (CO) a dalších plynů.

Záležitosti vyžadující pozornost v procesu formování filmu:

1. Je průtok a tlak Ar normální?
2. Před otevřením terče dejte předpětí, spusťte rotační rám a zkontrolujte, zda je v nákladu zkrat.
3. Cílové napětí, cílový proud, tlak a předpětí by měly být věnovány pozornost během procesu tváření filmu.

Chlazení: během procesu tváření fólie se vytvoří vysoká teplota, aby se zabránilo tomu, že vrstva filmu je vystavena působení teplotního rozdílu mezi vnitřní a vnější stranou vakuové komory. Po vytvoření filmu je před uvolněním fólie nutné správné chlazení.
Vakuová komora . Nákladní jednotka a čištění vakuové komory.

Související parametry pokovování magnetronovým naprašováním:

Magnetronový rozprašovací díl má tři typy elektrického připojení: uzemnění, odpružení a předpětí.
Povlakové zařízení je obvykle uzemnění skříně vakuové komory jako anoda a zařízení s nulovým potenciálem.
Suspenze je proces izolace obrobku z anody (pouzdra) a katody a jeho zavěšení v plazmě.
Bias má přidat desítky voltů ke stovkám voltů negativního zkreslení na obrobku, když je předpětí nula, která je uzemněna.

1. Poměr příjmu iontů:

V iontovém pokovování závisí vliv dopadajících iontů na strukturu a vlastnosti filmu především na energii iontů a tok iontů.
V iontovém pokovování se energie získaná dopadajícím iontem na každém uloženém atomu nazývá hodnota energetického zisku.
Ea = Ei (ev)
Typ Ei je energie dopadajícího iontu (ev), I / Φ Φ pro ionty, které mají dosahovat hodnoty vyšší než a.

2. Bias a proud:

Praktické procesní parametry iontové pokovování jsou bias napětí a proud hustoty obrobku.v současné době, naše továrna v pokovování TiN nebo TiC proces, předpětí kontroly přidané -100 ~ -400V, bias proud 2 ~ 6A nebo tak .

3. Pulzní naprašování:

Pulzní naprašování obecně používá obdélníkové vlnové napětí.

Pulsní perioda je T, čas cílového naprašování v každém cyklu je t-delta T, delta T je kladná doba impulsu (šířka) přidaná k cíli.V- a V + jsou napěťová amplituda záporných a kladných pulzů přidaných k cíl.

4. Abnormální případy během provozu:

V současné době jsou hlavní modely používané ve výrobě: vt-1200, SVS a COM kontinuální lakovací stroj, zck-1500 a další různé typy cílových zařízení.

Abnormální jev
Důsledky
A.
Štít auta není dobře, když je cíl umyt
Povrch zboží byl znečištěn, což mělo za následek vznik fólie po výbuchu
B
Při čištění iontů dochází ke zkratu
Funkční test NG po vytvoření filmu (odmítnuto)
C
Během procesu tváření filmu je průtok reakčního plynu příliš velký (např. C2H2), což vede k cílové otravě
Po vyjmutí produktů z pece je zřejmé, že filmový povlak nebo barevně nerovnoměrný jev
D
Cílová chladicí voda není otevřena během otevírání cíle
Poškození zařízení, vážná příčina obětí

IKS PVD, vakuový lakovací stroj, kontakt: iks.pvd@foxmail.com