Vývoj a aplikácia Magnetron Sputtering Coating Technology

Vývoj a aplikácia magnetrónovej technológie nanášania povlakom

V posledných rokoch s vývojom nových materiálov, najmä vývojom a aplikáciou tenkých filmových materiálov, rýchly vývoj technológie nanášania naprašovaním zohrával nenahraditeľnú úlohu v oblasti vedeckého výskumu a priemyselnej výroby. Tento príspevok predovšetkým prináša proces a vývoj technológie nanášania nanášaním naprašovaním, vlastnosti rôznych veľkých magnetronových technológií pokovovania a zavádza hlavnú aplikáciu technológie rozprašovania magnetrónov v rôznych oblastiach.

Proces rozprašovania je hlavne určený na výrobu cielených materiálov na tenké filmy, ktoré sú pripevnené na katódu systému nanášania naprašovaním a substrát tenkých vrstiev, ktoré sa majú ukladať, je umiestnený na anóde opačného cieľového povrchu. Sprašovací systém sa čerpá do vysokého vákua a naplní sa argónom atď. Vysoký tlak sa aplikuje medzi katódou a anódou a medzi anódou a katódou sa vytvára nízkotlakový žeravý výboj. V plazme generovanej výbojom sa argón pozitívne ióny pohybujú smerom k katóde pod pôsobením elektrického poľa a zrážať sa s cieľovým povrchom. Cieľové atómy emitované z cieľového povrchu po zrážke sa nazývajú rozprašovacie atómy. Energia rozprašovacích atómov je vo všeobecnosti v rozmedzí od jednej do desiatok elektrónových voltov. Pomocou povlaku sa používajú argón-pozitívne ióny generované nízkotlakovým žiarením na bombardovanie cieľa katódy pri vysokej rýchlosti pri pôsobení elektrického poľa. Častice, ako sú atómy alebo molekuly v cieli, sa naprašujú a usadzujú na povrchu substrátu alebo obrobku, aby vytvorili požadovanú vrstvu filmu. Napriek tomu nanášanie naprašovaním spôsobuje rozprašovanie častíc s veľmi nízkou energiou, čo vedie k nízkej rýchlosti filmu.

Technológia rozprašovania Magnetron je zlepšiť rýchlosť tvorby filmu na základe rozprašovacieho povlaku, usadenia a kolmého magnetického poľa elektrického poľa na povrchu cieľa, rýchlosť ionizácie argónového plynu o 0,5% nárast z 0,3% na 5% 6%, takže môže vyriešiť problém rozprašovania povlaku nanášanie rýchlosť je nízka, jednou z hlavných metód sú presné povlaky priemyslu. Magnetronové rozprašovacie katódové materiály môžu byť pripravené zo širokej škály materiálov, všetky kovy, zliatiny a keramika môžu byť pripravené na ciele. Magnetronový náter je vhodný pre hromadnú a vysokoúčinnú priemyselnú výrobu vďaka rýchlej rýchlosti nanášania a kompaktnej fólii a dobrej priľnavosti k podkladu pod vplyvom vertikálneho magnetického poľa a elektrického poľa.

1. Proces magnetronového naprašovania

Pri procese rozprašovania magnetrónov má špecifický proces veľký vplyv na výkon filmu a hlavný proces je nasledujúci:

l) čistenie substrátu, hlavne čistením parou s izopropylalkoholom a následným rýchlym sušením po namočení substrátu s etanolom a acetónom na odstránenie oleja na povrchu;

(2) vákuum. Vákuum musí byť ovládané nad 2 x ^10-4 Pa, aby sa zaistila čistota filmu;

(3) vykurovanie, s cieľom odstrániť povrch substrátu vlhkosti, zlepšiť priľnavosť pevnosti fólie a substrátu, potreba na vykurovanie substrát, teplota zvyčajne vybrať medzi 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) parciálny tlak argónu, všeobecne v rozmedzí 0,01 lPa, na splnenie tlakových podmienok žeravého výboja;

(5) predvolanie. Predpláchnutím je odstránenie oxidačného filmu na povrchu cieľového materiálu ionizovaným bombardovaním, aby sa neovplyvnila kvalita filmu.

(6) rozprašovanie. Pozitívne ióny tvorené ionizovaným argónom môžu pod pôsobením ortogonálneho magnetického poľa a elektrického poľa bombardovať cieľový materiál vysokou rýchlosťou, čím sa cieľové častice emitované rozprašovaním dostanú na povrch substrátu a uloží sa do filmu.

(7) počas žíhania koeficient tepelnej rozťažnosti filmu a substrátu je iný a väzbová sila je malá. Vzájomná difúzia filmu a atómov substrátu počas žíhania môže účinne zlepšiť adhéziu.

2. Vývoj technológie poťahovania magnetrónovým rozprašovaním

V posledných rokoch je vývoj technológie rozprašovania magnetrónov veľmi rýchly. Typické metódy zahŕňajú vyvážené magnetronové naprašovanie, reaktívne magnetronové rozprašovanie, stredné frekvenčné rozprašovanie magnetrónov a vysokoenergetické impulzné magnetronové rozprašovanie.

Vyvážené magnetrónové rozprašovanie: najtradičnejšia technika magnetrónového naprašovania zahŕňa umiestnenie permanentného magnetu alebo elektromagnetickej cievky za cieľ, ktorý tvorí magnetické pole kolmé na smer elektrického poľa na povrchu cieľa. Pri ionizácii argónového plynu pod vysokým tlakom do plazmy je Ar + ión bombardovacím katódovým materiálom z akcelerácie elektrického poľa, sekundárne elektróny sú rozprašovaním cieľového materiálu a elektrón v úlohe kolmého elektrického poľa a magnetického poľa, viazaného na katóde, v blízkosti povrch cieľového materiálu zvyšuje riziko kolízie medzi elektrónom a plynom, čo zvyšuje ionizačnú rýchlosť argónu, takže argónový plyn môže tiež udržiavať vypúšťanie pod nízkym plynom, čím magnetrónové rozprašovanie znižuje tlak rozprašovacieho plynu, ale aj zlepšuje účinnosť rozprašovania a rýchlosti nanášania. Avšak existujú určité nevýhody konvenčného magnetronového naprašovania. Napríklad ako elektróny generované nízkotlakovým výbojom, tak aj druhý elektrón emitovaný rozprašovačom je viazaný na oblasť okolo cieľového povrchu približne 60 mm, takže obrobok môže byť umiestnený len v rozmedzí od 50 mm do 100 mm mm na cieľovej ploche. Takáto malá škála povlakov obmedzuje veľkosť obrobku, ktorý sa má pokovovať.

Reaktívny magnetronový rozprašovač: s vývojom povrchového inžinierstva sa stále viac a viac používajú rôzne druhy tenkých tenkých vrstiev. Zložené filmy môžu byť pripravené rozprašovaním na ciele vyrobené zo zlúčenín priamo alebo reaktívnymi plynmi pri rozprašovaní na kovových alebo zliatinových terčoch. Posledne menovaný sa nazýva reaktívny magnetrónový rozprašovač. Vo všeobecnosti je ľahšie získať vysokokvalitné zložené filmy pomocou čistého kovu ako cieľovej a plynovej reakcie.

Magnetronový naprašovací systém s vysokou frekvenciou: táto metóda poťahovania mení napájací zdroj magnetrónu naprašovaním z konvenčného jednosmerného až stredne frekvenčného napájacieho zdroja striedavého prúdu. V procese rozprašovania, keď je napätie aplikované v systéme v zápornom polovičnom cykle striedavého prúdu, sa bombarduje a naprašuje pozitívnymi iónmi, zatiaľ čo v pozitívnom polovičnom cykle je povrch cieľového materiálu bombardovaný a naprašovanie elektrónmi v plazme a súčasne sa neutralizujú nahromadené kladné náboje na povrchu cieľového materiálu a fenomén obliekania je potlačený.Ak je frekvencia magnetrónového naprašovacieho zdroja energie zvyčajne medzi 10 a 80 kHz, frekvencia je vysoká, čas zrýchlenia kladných iónov je krátky, energia je nízka pri zasiahnutí cieľa a rozprašovanie rýchlosť ukladania klesá podľa toho. Medený magnetronový rozprašovací systém má všeobecne dva ciele, ktoré sa striedajú ako katóda a anóda periodicky . Na druhej strane eliminuje aj fenomén, ktorý spôsobuje oblúk.

Vysokoenergetické impulzné magnetronové naprašovanie: po prvýkrát od švédskych vedcov používajúcich vysokoenergetický impulz ako magnetrónový naprašovací napájací režim a nanášanie tenkého filmu Cu, HPPMS, pretože s vysokou mierou ionizácie kovov zvyšuje pozornosť v posledných rokoch, magnetronová technológia rozprašovania je použitie vysokého impulzného špičkového výkonu a nízkych pulzných pomerov zaťaženia vytvárajú vysokú rýchlosť naprašovania kovov ionizačnou rýchlosťou technológie rozprašovania magnetrónu, kvôli krátkemu trvaniu impulzov, priemerný výkon nie je vysoký, táto katóda nie je v prehriatí a zvyšuje cieľové požiadavky na chladenie. Jeho špičkový výkon je 100-násobok bežného magnetronového naprašovania, ktorý je približne 1000-3000w / cm2. Hustota plazmy môže dosahovať až 1018 m-3 rádovo. Rýchlosť ionizácie rozprašovacieho materiálu je veľmi vysoká a rozprašovací cieľ Cu môže byť až 70%.

3. Aplikácia technológie magnetrónového nanášania povlakom

Technológia nanášania magnetrónovým nanášaním sa používa predovšetkým na nanášanie kovových alebo zložených tenkých vrstiev z plastov, keramiky, skla, kremíka a ďalších výrobkov, aby sa získali svetlé, krásne a ekonomické produkty povrchovej metalizácie z plastov a keramiky. Filmová technológia dekorácie, lampy, nábytok, hračky, umenie a remeslá, dekorácie a iné obytné polia zvyčajne využívajú metódu magnetronového naprašovania, ktorá sa používa aj v priemyselných oblastiach vojenského ochranného filmu, optického výrobku, magnetického záznamového média, dosky plošných spojov , fólia odolná proti vlhkosti a priepustnosti, fólia odolná voči opotrebovaniu, odolnosť proti korózii a odolnosť voči korózii.

Magnetronové rozprašovanie sa nepoužíva len vo vedeckom výskume a priemyselných odvetviach, ale rozširuje sa aj na množstvo denných dodávok, ktoré sa používajú hlavne pri príprave ťažkých tenkých vrstiev chemickým vylučovaním z plynnej fázy. Technológia rozprašovania Magnetron sa už mnoho rokov používa pri príprave elektronických obalov a optických tenkých vrstiev, hlavne pokročilá stredne frekvenčná nerovnovážna magnetronová rozprašovačka bola tiež aplikovaná v optických tenkých vrstvách a transparentnom vodivom skle. V súčasnej dobe sa v súčasnosti široko používa priehľadné vodivé sklo, ako sú televízne obrazovkové zobrazovacie zariadenia, elektromagnetické mikrovlnné a rádiofrekvenčné ochranné zariadenia a zariadenia, solárne články a podobne. Navyše, technológia nanášania magnetrónovým rozprašovaním zohráva dôležitú úlohu v optickej pamäti. Okrem toho je táto technológia široko používaná v povrchovej funkčnej fólii, samomaznej fólii, extrémne tvrdom filme atď.

Okrem vyššie uvedených polí, ktoré boli široko používané, zohráva významnú úlohu aj technológia nanášania magnetrónovým nanášaním povlaku pri výskume vysokoteplotných, supravodivých tenkých vrstiev, obrovských magnetorezisívnych tenkých vrstiev, tenkých vrstiev feroelektrických vrstiev, luminiscenčných tenkých vrstiev, filmov a solárnych článkov.

4. Záver

Technológia nanášania magnetronu sa stáva jednou z hlavných techník na prípravu tenkých vrstiev kvôli jej pozoruhodným výhodám. Nerovnomerné rozprašovanie magnetrónu zlepšuje distribúciu plazmy a kvalitu filmu. Vývoj technológie strednefrekvenčného nanášania povlaku účinne prekonal jav v oblasti reaktívneho rozprašovania, znížil štrukturálne defekty filmu a významne zvýšil rýchlosť nanášania filmu. Technológia vysokorýchlostného rozprašovania a vysokoenergetického impulzného magnetrónu rozprašuje novú oblasť výskumu rozprašovacích fólií. V budúcich štúdiách bude nová technológia rozprašovania, ktorá sa bude propagovať v oblasti života, kombináciou technológie nanášania magnetrónu s naprašovaním a počítačom sa stane horúcou výskumnou témou s využitím počítačovej simulácie povlaku, keď sa magnetické pole, elektrické pole, teplotné pole, a distribúcia plazmy, bude ponúkať technológiu rozprašovacieho povlaku na rozvoj rozšírenia obrovského priestoru, podporovať technológiu nanášania magnetrónovým nanášaním náterov na transformáciu priemyselných a obytných polí.