Klasifikacija i teorija PVD tehnologije premazivanja

Klasifikacija i teorija PVD tehnologije premazivanja

Tanak sloj kao vrsta specijalnog oblika može biti amorfan, polikristalni i monokristalni. Može biti napravljen od jednostavnih elemenata ili spojeva, neorganskih materijala ili organskih materijala.

Tehnologija tankog filma uključuje fizičko taloženje pare (isparavanje, prskanje, ionsko oblaganje, oblaganje plazmom, plazma) i kemijsko taloženje para. Tehnologija koja se koristi u našoj fabrici je fizičko taloženje pare (PVD).

One.Vakumska prevlaka za isparavanje

Isparavanje otpora grijanja i isparavanje grijanja elektronskim snopom:

1. Osnovni principi:

Proces u kojem se supstrat ili obradak stavlja u komoru visokog vakuuma i zagrijava da ispari (ili sublimira) materijal koji formira film i nanosi se na površinu supstrata ili obratka da bi se formirao tanki film.

2. Vrsta izvora isparavanja:

(a b c d)

3. Faktori koji utiču na kvalitet filma:

A. Položaj podloge

Pravilno postavljanje podloge je preduslov za dobijanje jednoličnog filma.

B. Da bi se osigurala masa membrane, pritisak mora biti nizak kao Pr (Pa).

L predstavlja udaljenost od izvora isparavanja do supstrata kao L (cm).

C. Brzina isparavanja. Kada je brzina isparavanja mala, molekule gasa se odmah apsorbuju na deponovanim membranskim atomima (ili molekulima), što dovodi do labave strukture membrane, grubih čestica i mnogih defekata. Naprotiv, struktura membrane je jednolika i kompaktna, mehanička čvrstoća je visoka, a naprezanje unutar membrane je veliko.

D. U normalnim okolnostima, kada je temperatura podloge visoka, kinetička energija adsorbovanih atoma se prema tome povećava, a formirani film se lako kristalizira i smanjuje defekte rešetke. Kada je temperatura podloge niska, nema dovoljno energije za snabdevanje adsorbovanih atoma, tako da je lako formirati amorfni film.

Two.Magnetron sputtering premaz

Magnetronsko raspršivanje je novi tip metode raspršivanja premaza razvijenog na bazi katodnog raspršivanja 1970-ih. Budući da efikasno prevazilazi fatalnu slabost niske brzine katodnog prskanja i povećanje temperature podloge uzrokovane elektronima, ona je dobila brzi razvoj i široku primjenu.

1. Magnetron prskanje:

Fenomen da su atomi na ciljnoj površini pogođeni jonskim bombardiranjem ciljanog materijala naziva se prskanje. Folija za raspršivanje se ostvaruje kada se atomi nastali prskanjem talože na površinu podloge (radni komad).

Osnovni principi magnetronskog raspršivanja:

Magnetronsko raspršivanje bilo je u zoni prskanja i magnetno polje okomito na smjer električnog polja, u ortogonalnom električnom intenzitetu i magnetskom polju BE jednadžba kretanja elektrona, elektronika u obliku cikloidnog kotača duž ciljne površine do okomice na pravac E i B su paralelne, čime se uvelike proširio elektronski itinerar, povećali sudari elektrona sa molekulama gasa, poboljšali efikasnost ionizacije. Tako sekundarno elektronsko magnetno polje pod kontrolom kolosijeka, može se koristiti za ionizacijsku energiju, kada se iscrpljena energija apsorbira samo od strane anode (šasije). Sljedeća slika:

Ovi elektroni se ubrzavaju pomoću električnog polja i dobijaju energiju, a zatim se sudaraju sa atomima ili molekulima gasa, čak i ako se ioniziraju, tako da se plazma može održati.

Magnetronsko prskanje je da kontrolira kretanje elektrona dodavanjem magnetnog polja piste na ciljnu površinu, produžava njihovo kretanje oko ciljne površine i poboljšava gustoću plazme, tako da je brzina raspršivanja znatno poboljšana.

Sekundarni prinos elektrona:

Sekundarni elektronski prinos se odnosi na broj sekundarnih elektrona po jonu koji bombardira metu. Teorijska analiza pokazuje da je prinos sekundarnog elektrona metalne mete neovisan o energiji iona kada je energija iona manja od 500eV (zapravo manje od 1000eV).

Prinos prskanja:

Magnetronsko raspršivanje ima radni napon od 200 ~ 500V, koji određuje da je maksimalna energija iona meta 500eV, a ubrzani argonski ion je okomit na cilj.

Interakcija između incidentnih iona i materijala:

Interakcija između jona koji nose energiju i ciljne površine rezultira u:

A. Površinske čestice: atomi prskanja, atomi povratnog raspršenja, atomi nečistoće desorpcije i sekundarni elektroni.
B. Površinski fizičko-hemijski fenomeni: čišćenje, nagrizanje i kemijske reakcije.
C. Točkasti defekti, defekti linija, vrući čepovi, kaskadne sudare, jonske implantacije, amorfna stanja i spojevi u površinskom sloju materijala.

Tehnike prskanja:

Tehnologija prskanja može se podijeliti na:

A. Diodno raspršivanje pomoću istosmjernog pražnjenja;

B. Tripolno raspršivanje lučnim pražnjenjem vruće žice;

C. Rf prskanje uz rf iscjedak;

D. Kontrola magnetnog raspršivanja žarenja u zatvorenom magnetnom polju piste.

2 magnetronska katodna struktura:

Trenutno, magnetronski uređaji za raspršivanje za industrijsku upotrebu uglavnom koriste pravokutni ravninski magnetronski katodni raspršivač (slika a). Općenito, korištena ciljna veličina materijala ima dvije specifikacije: VT stroj: dužina širine debljine (450,5 120 6) mm; ZCK mašina: 460 100 6. Cilindrični magnetronski katodni raspršivač se postupno koristi iu proizvodnji (slika b). U poređenju sa njima, stepen iskorišćenja avionskog materijala je samo 20-30%, što znači da je stepen iskorišćenja nizak.

Slika a slika b

Slika a je vrsta magnetskog polja koje stvara statički magnetni pravac pravokutnog ravnine magnetronskog katodnog raspršivanja, a ciljni materijal je u kontaktu sa polnom cipelom. Izvan ciljnog materijala duž cipele N pola, na sredini cipele S pola, cipela N i S pola, podvrgnute su, dakle, reverznom polaritetu stroncijum ferita ili ndfeb permanentnih magneta. Postavite propusnost čistog željeza natrag spojite drugi kraj stalnog magneta, odnosno proizvesti magnetno polje magnetskog kruga piste.

Slika b je cilindrična šuplja magnetronska katoda, koja je katodna meta sa magnetom postavljenim u cilindričnu metu, sa N i S polovima dobro raspoređenim, vodeno hlađenje i dinamičko zaptivanje.
Funkcija polne cipele: da formira zatvoreni magnetni krug sa vrlo malim magnetskim otporom.

Trenutno se najčešće koriste permanentni magnetni materijali: barijev ferit (BaO · 6F1e2O3), stroncijum ferit (SrO · 6F1e2O3), ndfeb permanentni magnet.
Magnetronska elektroda za raspršivanje:
Praktične elektrodne elektrode za raspršivanje imaju sljedeće četiri osnovne strukture:

(a) koaksijalni cilindar; (b) tip stana; (c) tip konusa (S pištolj); (d) ravnog ili cilindričnog šupljeg tipa
1 - podloga; 2 - ciljni materijal; 3 - štit

3 proces prskanja:
Dijagram sistema crtanja stroja za nanošenje magnetronskog raspršivanja:

Parametri procesa prskanja:

Odnos između ciljnog napona u rasprskavanja i ciljne gustoće struje J je sljedeći: uJ = K1
Gdje je K1 dozvoljena vrijednost ciljne gustoće snage, konstanta.

Ciljna gustoća struje može se odrediti prema odabranom ciljnom naponu i dopuštenoj ciljnoj gustoći snage.

Smanjenje Ar pritiska je korisno za poboljšanje brzine taloženja i za poboljšanje adhezije i gustoće premaza. Magnetronsko raspršivanje Ar pritisak obično se bira kao 0.5 Pa, impedancija gasnog pražnjenja sa smanjenjem Ar pritiska raste. Magnetron sputtering, može podesiti Ar pritisak na odgovarajući način, čine ciljnu gustoću snage i napon, respektivno, u isto vrijeme blizu svoje ciljne vrijednosti i najbolje vrijednosti. Stoga, poboljšati princip procesa odlaganja je: što je moguće bliže vrijednosti ciljne gustoće snage; Ciljni napon je što je moguće bliži optimalnoj vrijednosti.

A. Prašivanje čistog metalnog filma:
U fizičkom taloženju para, i isparavanje i raspršivanje pogodni su za čiste metalne filmove, ali je brzina isparavanja veća.
Trenutno, ciljni materijali koji se koriste su: Al, Ti, Cu, Cr, itd

B. Raspršivanje filma od legure:
Među tehnikama fizičkog taloženja na paru, raspršivanje je najpogodnije za taloženje filmova od legure. Metode prskanja uključuju multi-target sputtering, Mosaic target sputtering i legure target sputtering.
Materijali koji se trenutno koriste uključuju AlTi, ZrTi, CuTi i tako dalje.

C. Nanošenje slojevitog filma:
Složeni film se obično odnosi na filmski sloj koji se formira uzajamnom kombinacijom metalnih elemenata sa C, N, B, S i drugim nemetalnim elementima. Metode oplata uključuju dc raspršivanje, rf prskanje i reaktivno prskanje.

1. Mora se koristiti dc prskanje slojevitog sloja, na primjer, provodne mješavine kao što su SnO2, TiC, MoB i MoSi2 se obično proizvode u metalurgiji praha, što je vrlo skupo. raspršivanje složenog filma.

2. Rf prskanje nije ograničeno da li je meta provodljiva ili ne. Može biti metalna ili izolirana keramička meta.

3. Reaktivno prskanje je kada metalni meta raspršuje, istovremeno u komoru za oblaganje u gas koji sadrži potrebne ne-ksinske elemente. TiC (crna) USES Ti meta, a radni plin je Ar + C2H2 ili Ar + CH4.

U reaktivnom raspršivanju, ubrizgani reakcioni plin ne samo da reaguje sa atomima filma koji se talože na radnom predmetu kako bi se formirao složeni film, već i reaguje sa materijalom metom kako bi se formiralo jedinjenje na ciljnoj površini, što može napraviti brzinu skidanja meta materijal i na taj način smanjuju količinu premaza čak i za red veličine, što je lako izazvati trovanje meta.

Na početku spojeva u procesu prskanja, samo u čisti Ar, zatim postepeno povećavaju reakcioni gas (C2H2 ili N2, itd.), Na početku reakcionog gasa samo prolazi, promena brzine prskanja nije velika kada reakcioni gas dostigne određenu granicu, brzina prskanja predstavlja očiglednu promenu, a zatim nastavlja da povećava reakcioni gas, brzina prskanja je ponovo pokazala trend stabilnosti. Utvrđeno je da se smer obrnutog procesa u određenom rasponu između krivulje neusklađenosti pojavljuje na slici "histerezne krivulje". Ovo se naziva "kriva ciljnog trovanja". Pogledajte ispod:

Krivulja trovanja cilja
Mjere za sprečavanje trovanja meta:
. Poboljšati brzinu vađenja vakuumskog sistema;
Smanjite reakcioni gas.
Izolacija reakcionog gasa od cilja.

Primeri nanošenja slojevitih filmova su sledeći:

Materijal materijala
artefakata
function
TiN,
Brzi rezač i glodalo za rezanje
Otporan na habanje
Kućište od nehrđajućeg čelika i remen
Zlatna dekoracija
Keramika i pločice
Zlatna dekoracija
ITO
Prozirno provodljivo staklo
Prozirna provodljiva
SiO2
Prozirno provodljivo staklo
Sprečiti difuziju natrijumovih iona
Al2O3
Integrirani silikonski čip
Pasivacija izolacije
MgF2
Optičko sočivo
Minus antirefleksije
TiC
Kutija za telefon od nehrđajućeg čelika i dijelovi
dekoracija

Magnetron tehnologija ionskog nanošenja prskanjem:

Nakon 80 sekundi, spojite magnetnu raspršenost koja se naziva magnetna raspršivanje ionske ploče, koja se u nastavku naziva raspršivanje ionske ploče (Spurtreing Ion Plating, skraćenica SIP). Naša fabrika trenutno uključuje korištenje opreme izrađene od Plating filma, odnosno korištenje tehnologije.

1. Proces izrade dekorativnog premaza (TiN ili TiC) tehnologijom magnetnog raspršivanja ionskim nanošenjem:

2. PVD proces oblaganja:

Sažetak: prema zahtjevima filma, nivo vakuuma igra ključnu ulogu u kvaliteti filma. Za proizvode proizvedene u našoj tvornici, stupanj vakuuma prije formiranja filma je potreban da dostigne 5.0 10-3pa (vrijeme pumpanja je oko 30-60 minuta).

Pumpanje grijanja: kada se dostigne stupanj vakuuma (npr. 2,0 10-2pa), započnite grijanje i otvorite okretni okvir.

Cilj: smanjiti ili eliminirati adsorbirani plin na površini proizvoda i vakuumskoj komori pečenjem, kako bi se poboljšao kvalitet i performanse filma kako bi se zadovoljili zahtjevi, ali treba napomenuti da:

O: U pravom dometu, grejanje se može uključiti, što može sprečiti oksidaciju površine robe.
B. Okretna ploča se mora otvoriti kada se uključi grijanje.

Čišćenje cilja (takođe poznato kao ciljni cilj): meta se može otvoriti i očistiti samo kada nivo vakuuma dostigne određeni opseg (potreban opseg proizvoda proizvedenih u našoj fabrici je 7.0 10-3 ~ 5.0 10-3pa).

Cilj: ukloniti adsorbovani plin i očistiti premaz na površini mete.

Ionsko čišćenje: artefakti nakon tretmana predgrejavanjem, površina će i dalje biti prisutna neka nečistoća, može imati i lagani oksidni sloj, ionsko čišćenje je da se ukloni nečistoća i površinski oksidacioni sloj je jedna od efikasnih metoda. Za gasove Ar, koji istodobno ispunjavaju visoki pritisak u vakuumskoj komori, artefakte i negativne prednaponosti uzrokovane sjajnim pražnjenjem, ionizacijom Ar jona pod dejstvom električnog polja, artefakti visokih energija i postizanje prljavštine na površina radnog komada iscure, čisti i svrha aktiviranja na površini tereta.

Formiranje filma: kada pritisak radnog gasa argona dostigne određeni nivo, cilj se otvara i dodaje se odgovarajuća količina reaktivnog gasa za prskanje, i na kraju se dobija traženi film. Trenutno se nitridni film, oksidni film i karbidni film dobijaju kroz dušik (N2), kisik (O2), metan (CH4), acetilen (C2H2), ugljični monoksid (CO) i druge plinove.

Pitanja koja zahtijevaju pažnju u procesu oblikovanja filma:

1. Da li je protok Ar i pritisak normalan?
2. Pre otvaranja cilja, dati napon prednapona, pokrenuti okretni okvir i provjeriti postoji li kratki spoj u teretu.
3. Prilikom formiranja filma treba obratiti pažnju na ciljni napon, ciljnu struju, pritisak i struju prednapona.

Hlađenje: visoka temperatura će se generisati tokom procesa formiranja filma, kako bi se izbegao filmski sloj od naprezanja uzrokovanog temperaturnom razlikom između unutrašnje i spoljašnje strane vakuumske komore. Nakon formiranja filma, potrebno je pravilno hlađenje prije nego se film oslobodi.
Vakuumska komora. Teretna jedinica i čišćenje vakuumske komore.

Srodni parametri magnetnog nanošenja jona:

Magnetron radni komad ima tri vrste električnih priključaka: uzemljenje, ovjes i prednapon.
Uređaj za oblaganje je obično tlo vakuumske komore kao anoda, i nulti potencijal.
Suspenzija je proces izolacije izratka iz anode (kućišta) i katode i obustave u plazmi.
Bias je da doda na desetine volti na stotine volti negativnog prednapona na radnom predmetu, kada je odstupanje nula koje je uzemljeno.

1. Omjer dolaska jona:

U ionskom oplatu, utjecaj upadnih iona na strukturu i svojstva filma uglavnom ovisi o energiji iona i protoku iona.
U ionskom oplatu, energija dobijena od upadnog iona na svakom od nanetog atoma naziva se energetska dobit.
Ea = Ei (ev)
Tip Ei je energija upadnog iona (ev), I / Φ Φ za dosezanje iona od a.

2. Bias i struja:

Praktični procesni parametri ionskog oplata su prednapon i gustoća struje radnog komada. Trenutno, naša tvornica u TiN-u ili TiC procesu, kontrola dodira u -100 ~ -400V, struja pristranosti u 2 ~ 6A ili oko .

3. Pulsirajuće prskanje:

Pulsno prskanje obično koristi napone pravokutnog talasa.

Period impulsa je T, vrijeme ciljnog prskanja u svakom ciklusu je t-delta T, delta T je pozitivno vrijeme impulsa (širina) dodano meti. V- i V + su amplituda napona negativnih i pozitivnih impulsa dodanih cilj.

4. Nenormalni slučajevi tokom rada:

Trenutno, glavni modeli koji se koriste u proizvodnji su: vt-1200, SVS i COM mašina za kontinuirano premazivanje, zck-1500 i druge različite vrste ciljne opreme.

Nenormalna pojava
Posledice
a.
Štit automobila nije dobro kada je meta oprana
Površina robe je kontaminirana, što je rezultiralo filmom robe nakon premaza eksplozije
B
Prilikom čišćenja jona dolazi do kratkog spoja
Funkcionalni test NG nakon formiranja filma (odbijen)
C
Tokom procesa formiranja filma, brzina protoka reakcionog gasa je prevelika (npr. C2H2), što dovodi do trovanja cilja
Nakon što proizvodi izađu iz peći, očigledan je fenomen premaza filma ili boja
D
Ciljna rashladna voda se ne otvara za vrijeme otvaranja cilja
Oštećenje opreme, ozbiljne žrtve

IKS PVD, mašina za vakuumsko premazivanje, kontaktirajte: iks.pvd@foxmail.com