Розробка та застосування технології магнетронного розпилення

Розробка та застосування технології магнетронного розпилення

В останні роки, з розробкою нових матеріалів, особливо розробки та використання тонкоплівкових матеріалів, швидке розвиток технології оприскування відтінків відіграло незамінну роль у галузі наукових досліджень та промислового виробництва. Цей документ в основному представляє процес та розробку технології нанесення розпилювача осадження, характеристики різних основних технологій магнетронного розпилення та вводить основне застосування магнетронного розпилення в різних галузях.

Процес розпилення покриттів полягає, головним чином, у створенні цільових матеріалів у тонких плівках, які закріплюються на катоді системи напилення розпиленням, а субстрат тонких плівок, що наноситься, розміщується на аноді протилежної поверхні мішені. Система напилення нагнітається до високого вакууму і заповнюється аргоном і т. д. Між катодом і анодом встановлюється високий тиск, а між анодом і катодом утворюється тліючий розряд низького тиску. У плазмі, що утворюється шляхом розряду, позитивні іони аргону рухаються у бік катода під дією електричного поля і стикаються з цільовою поверхнею. Атомів-мішеней, що виділяються з поверхні мішені після зіткнення, називають атомами розпилення. Енергія атомів розпилення, як правило, знаходиться в діапазоні від однієї до десяти електронні вольт. Покриттів для паперу є використання позитивних іонів із аргону, що генеруються тліючим розрядом низького тиску для бомбардування катодної мішені на високій швидкості під дією електричного поля. Частки, такі як атоми або молекули в мішені, розпилюються і наносяться на поверхню субстрату або заготовки для формування необхідного плівкового шару. Проте процес осадження розпилювачем розподіляє частинки з дуже низькою енергією, що призводить до низької швидкості плівки.

Технологія магнетронного розпилення полягає в тому, щоб поліпшити швидкість утворення плівки на основі розпилення покриття, створення електричного перпендикулярного магнітного поля на поверхні мішені, швидкість іонізації газу аргону на 0,5% з 0,3% до 5% на 6%, так що вона може вирішити проблему насичення опромінення, низький рівень осадження, одна з основних методів точної обробки покриття. Магнетронні матеріали для розпилення катодів можуть бути отримані з широкого спектру матеріалів, всі метали, сплави та кераміка можуть бути підготовлені до мішеней. Магнетронне розпилення покриття підходить для масового та високоефективного промислового виробництва завдяки швидкому осадженню та компактній плівці та хорошій адгезії до підкладки під впливом вертикального магнітного поля та електричного поля.

1. Процес магнетронного розпилення

У процесі магнетронного напилення специфічний процес сильно впливає на ефективність плівки, основний процес полягає в наступному:

(l) очищення підкладки, головним чином, шляхом очищення паром з ізопропілового спирту, після чого швидко висихання після замочування субстрату етанолом та ацетоном для видалення масла на поверхні;

(2) вакуум. Вакуум повинен контролюватися вище 2 * ^10-4 Па, щоб забезпечити чистоту плівки;

(3) нагрівання, для того, щоб видалити вологу поверхневої поверхні, поліпшити міцність адгезії плівки та підкладки; необхідно підігрівати підкладку; температура зазвичай вибирається між 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) парціальний тиск аргону, як правило, в межах 0,01 лПа, для задоволення умов тиску тліючого розряду;

(5) препровождение. Витіснення - це видалення окисної плівки на поверхні цільового матеріалу шляхом бомбардування іоном, щоб не впливати на якість плівки.

(6) розпилення. Позитивні іони, утворені аргоном, іонізовані, можуть під дією ортогонального магнітного поля та електричного поля бомбардувати цільовий матеріал на високій швидкості, роблячи частинки-мішені, що випускаються шляхом розпилення, досягати поверхні субстрату та вкладати у плівку.

(7) при відпалі коефіцієнт теплового розширення плівки та підкладки відрізняється, а сила зв'язування мала. Взаємна дифузія плівки та атомів підкладки під час відпалу може ефективно підвищити адгезію.

2. Розробка технології нанесення магнетронного напилення

В останні роки розвиток магнетронного напилення технологія дуже швидка. Типовими методами є збалансований магнетронний розпилювач, реактивне магнетронне напилення, магнетронне розпилення середніх частот та магнетронне розпилення з високою енергією.

Збалансований магнетронний розпилювач: найбільш традиційна методика магнетронного напилення передбачає розміщення постійного магніту або електромагнітної котушки позаду цілі, яка утворює магнітне поле, перпендикулярне напрямку електричного поля на поверхні мішені. В іонізації аргонового газу під високим тиском в плазмі іони Ar + за допомогою бомбардувального катодним матеріалом прискорення електричного поля, вторинні електрони розпилюють цільовий матеріал, а електрон у ролі перпендикулярного електричного поля та магнітного поля, зв'язаного на катоді, поблизу поверхня цільового матеріалу підвищує ризик зіткнення електрон і газу, що збільшує швидкість іонізації газу аргону, змушує аргоновий газ також підтримувати розряд під низьким газом, тому магнетронне напилення зменшує тиск розпилення газу, але також покращує ефективність напилення та швидкості осадження. Проте є деякі недоліки звичайного магнетронного розпилення. Наприклад, обидва електрони, що генеруються розрядом низького тиску, і другим електронами, що випускаються мішенню розпилення, пов'язані з площею навколо цільової поверхні близько 60 мм, так що заготовку можна розміщувати лише в діапазоні від 50 мм до 100 мм на цільовій поверхні. Такий невеликий діапазон покриттів обмежує розмір оброблюваної деталі.

Реактивне магнетронне напилення: з розвитком поверхневої техніки, все більше і більше використовуються різні види складових тонких плівок. Композиційні плівки можуть бути отримані шляхом розпилення на мішенях, з'єднаних безпосередньо або реактивними газами при розпилюванні на металеві або сплаві цілі. Останній називається реактивним магнетронним розпиленням. Загалом, легше отримувати високоякісні з'єднувальні плівки, використовуючи чистий метал як цільову та газову реакції.

Магнітронне розпилення частотним випромінюванням: цей метод покриття змінює подачу електроенергії на магнетронне напилення від звичайного джерела постійного струму до джерела змінного струму середньої частоти. У процесі напилення, коли напруга, накладена системою, знаходиться в негативному півциклі змінного струму, цільовий матеріал бомбардується і розпорошується позитивними іонами, в той час як у позитивному півциклі поверхня цільового матеріалу бомбардується і розпорошується електронами в плазмі, і в той же час накопичені позитивні заряди на поверхні цільового матеріалу нейтралізуються і дугові явища пригнічуються. Якщо частота магнетронного розпорошування джерела живлення, як правило, становить від 10 до 80 кГц, частота висока, час прискорення позитивних іонів короткий, енергія низька при попаданні на мішень і розпилення відповідно швидкість осадження зменшується. Система магнетронного розпилення середньої частоти, як правило, має дві цілі, які періодично поводяться з катодом і анодом З іншого боку, це також усуває яскравість дуги.

Висока енергія імпульсного магнетрона розпилення: вперше після того, як шведські вчені використовують імпульс високої енергії як режимі енергозабезпечення магнетрона та нанесення тонкої плівки Cu, HPPMS з тих пір, коли висока іонізація металів підвищує увагу в останні роки, імпульс високої енергії Технологія магнетронного напилення - це застосування високої імпульсної потужності та низьких імпульсних режимів, що забезпечують високу швидкість іонізації металів розпиленням методом магнетронного розпилення, завдяки короткій тривалості імпульсу, середня потужність не висока, цей катод не перегрівається і не збільшується цільові вимоги охолодження. Його пікова потужність в 100 разів перевищує звичайне магнетронне напилення, яке становить приблизно 1000-3000w / см2. Щільність плазми може становити 1018 м-3 по порядку. Швидкість іонізації матеріалу розпилення дуже висока, а опромінення Cu-мішені може становити до 70%.

3. Застосування технології нанесення магнетронного напилення

Технологія магнетронного розпилення використовується переважно для нанесення металевих або складових тонких плівок із пластмас, кераміки, скла, кремнію та інших виробів, для отримання яскравих, красивих та економних продуктів металізації поверхні з пластмас та кераміки. Технологія виготовлення плівок, ламп, меблів, іграшок, декоративно-прикладного мистецтва та інших живих полів, як правило, використовує метод магнетронного розпилення "USES", який також застосовується в промислових областях військової захисної плівки, оптичного продукту, магнітозапису, плати , вологонепроникна та проникна плівка, зносостійка плівка, стійкість до іржі та корозійна стійкість.

Магнетронне розпилення застосовується не тільки в науково-дослідних та промислових сферах, але також поширюється на багато щоденних витратних матеріалів, переважно використовується при підготовці складних тонких плівок хімічним осадженням парів. Технологія магнетронного розпилення була використана протягом багатьох років у процесі підготовки електронної упаковки та оптичних тонких плівок, особливо технологія магнетронного розпилення з невирівноважною проміжною частотою була застосована в оптичних тонких плівках та прозорому електропровідному склі. В даний час широко використовується прозоре електропровідне скло, такі як дисплеї телевізійних комп'ютерних панелей, електромагнітні мікрохвильові та радіочастотні захисні пристрої та пристрої, сонячні батареї тощо. Крім того, технологія нанесення магнетронного напилення відіграє важливу роль у оптичній пам'яті. Крім того, ця технологія широко використовується у поверхневій функціональної плівці, самозмащувальній плівці, надтвердих плівках тощо.

Окрім згаданих вище полів, які широко використовувались, технологія магнетронного розпилення також відіграє важливу роль у дослідженні високотемпературних, надпровідних тонких плівок, гігантських магніторезистивних тонких плівок, тонких плівок сегнетоелектриків, люмінесцентних тонких плівок, тонкої плівки пам'яті форми тонких плівки та сонячні батареї.

4. Висновок

Технологія магнетронного розпилення стала однією з основних методів підготовки тонких плівок завдяки своїм чудовим перевагам. Неравновесне магнетронне напилення покращує розподіл плазми та якість плівки. Розробка технології нанесення середньочастотного напилення ефективно подолала яскравість дуги в процесі реактивного розпилення, зменшила структурні дефекти плівки та значно збільшила швидкість осадження плівки. Високошвидкісна розпилення та технологія імпульсного магнетронного розпилення з високою енергією відкривають нове поле дослідження для розпилення плівок. У майбутніх дослідженнях нова технологія розпилення для просування в області життя, поєднання технології осадження магнетронного розпилення та комп'ютера стане гарячою темою дослідження, за допомогою комп'ютерного моделювання покриття при магнітному полі, електричному полі, температурному полі, і розподіл плазми, запропонує технологію розпилення покриття для розвитку розширення величезного простору, сприятиме технології магнетронного розпилення для перетворення промислових та живих полів.