Vakuumli qoplama texnologiyasi, PVD sifatida qisqartirilgan, vakuum sharoitida moddiy manba sirtini atomlar, molekulalar yoki ionlarga bug'lash va substrat yuzasida ma'lum bir maxsus funktsiyaga ega bo'lgan nozik bir plyonkani joylashtirish uchun fizik usullardan foydalanadigan texnikadir. Vakuumli qoplama uskunasining qoplama texnologiyasi asosan uchta toifaga bo'linadi: bug 'birikishi, püskürtme va ion qoplamasi. Bug'lanishni qoplash texnologiyasining uch turi mavjud: qarshilik bug'lanishi, elektron nurli bug'lanish va induksion isitish bug'lanishi.
Vakuumli qoplama uskunalarida qoplama texnologiyasining uchta asosiy yo'nalishi mavjud: bug'lanish bilan qoplash texnologiyasi, ion qoplama texnologiyasi va magnetronli püskürtme qoplama uskunalari. Har bir qoplama texnologiyasi o'zining afzalliklari va kamchiliklariga ega va turli substratlar va maqsadlar turli qoplama texnologiyalari bilan qoplangan.
Qarshilik bug'lanishini qoplash texnologiyasi odatda alyuminiy, oltin, kumush, rux sulfid, magniy ftorid, xrom trioksid va boshqalar kabi past erish nuqtasi bo'lgan materiallarni bug'lantirish uchun ishlatiladigan qarshilik isitish bug'lanish manbasining bug'lanish qoplama texnologiyasini qabul qiladi; Isitish rezistorlari odatda volfram, molibden, tantal va boshqalardan tayyorlanadi. Noyob afzalliklar, oddiy tuzilish va arzon narx. Kamchilik: Materiallar tigel bilan reaksiyaga kirishadi, yupqa plyonkaning tozaligiga ta'sir qiladi va yuqori erish nuqtasi dielektrik yupqa plyonkalarni bug'lashtira olmaydi; Past bug'lanish darajasi.
Qarshilik bug'lanish qoplamasi elektron nurli bug'lanish - bu materiallarni bug'lash va bug'lantirish uchun yuqori tezlikda elektron nurli isitishdan foydalanadigan va keyinchalik substrat yuzasida plyonkaga kondensatsiyalanadigan texnologiya. Elektron nurli issiqlik manbasining energiya zichligi 104-109w/sm2 ga yetishi va 3000 darajadan oshishi mumkin. U yuqori erish nuqtasi bo'lgan metallarni yoki volfram, molibden, germaniy, SiO2, AL2O3 va boshqalar kabi dielektrik materiallarni bug'lashi mumkin.
Elektron nurli bug'lanishning asosiy printsipi shundaki, yuqori vakuumli muhitda elektron qurol tomonidan chiqarilgan yuqori energiyali elektronlar elektr va magnit maydonlar ta'sirida maqsadli materialning sirtini bombardimon qilib, kinetik energiyani issiqlik energiyasiga aylantiradi. Maqsadli material qiziydi, eriydi yoki to'g'ridan-to'g'ri bug'lanadi, substrat yuzasiga yupqa plyonka qo'yadi.
Elektron nurli isitish uchun bug 'cho'kish manbalarining ikki turi mavjud: to'g'ridan-to'g'ri avtomat elektron qurollar va elektron turdagi elektron qurollar (shuningdek, dumaloq). Elektron nur manbadan chiqariladi va plyonka materialini bombardimon qilish va isitish uchun magnit maydon bo'lagi tomonidan yo'naltiriladi va buriladi. Uning afzalliklari orasida har qanday materialni bug'lash qobiliyati, plyonkaning yuqori tozaligi, materialning yuzasiga bevosita ta'sir qilish va yuqori issiqlik samaradorligi kiradi. Elektron qurollarning kamchiliklari orasida murakkab tuzilish, yuqori narx, cho'kish paytida birikmalarning oson parchalanishi va kimyoviy muvozanatni o'z ichiga oladi.
Induksion isitish bug'lanishi - bu yuqori chastotali elektromagnit maydonning induksion isitishidan materiallarni bug'lash va bug'lantirish, ularni substrat yuzasida plyonkaga kondensatsiya qilish uchun ishlatiladigan texnologiya. Uning afzalliklari yuqori bug'lanish tezligini o'z ichiga oladi, bu qarshilik bug'lanish manbasidan taxminan 10 baravar yuqori bo'lishi mumkin. Bug'lanish manbasining harorati barqaror bo'lib, u chayqalishga kamroq moyil bo'ladi. Tigel harorati past va tigel materialida membrananing ifloslanishi kamroq bo'ladi. Uning kamchiliklari bug'lanish moslamasini himoya qilish zarurati, yuqori narx va murakkab uskunalarni o'z ichiga oladi.
Vakuumli qoplama uskunalari uchun ushbu uchta bug'lanish qoplama texnologiyasining tamoyillari bir xil bo'lsa-da, ularning barchasi qoplama uchun materiallarni bug'lash uchun yuqori haroratli bug'lanishdan foydalanadi. Biroq, ular qo'llaniladigan muhitlar har xil va qoplama materiallari va substratlar ham turli talablarga ega.
Yuqori chastotali induksion isitish bug'lanishi - bu yuqori chastotali spiral lasanning markazida qoplama materialini o'z ichiga olgan tigelni joylashtirish jarayoni bo'lib, yuqori chastotali elektromagnit maydon induksiyasi ostida qoplama materialining kuchli girdab oqimlari va histerezis ta'sirini keltirib chiqaradi. kino qatlamining bug'lanishi va bug'lanishiga qadar qizdirilishida. Bug'lanish manbai odatda suv bilan sovutilgan yuqori chastotali lasan va grafit yoki keramik (magniy oksidi, alyuminiy oksidi, bor oksidi va boshqalar) tigeldan iborat. Yuqori chastotali elektr ta'minoti 10000 dan bir necha yuz ming gertsgacha bo'lgan chastotani ishlatadi, kirish quvvati bir necha yuz kilovattgacha. Membrananing material hajmi qanchalik kichik bo'lsa, induksiya chastotasi shunchalik yuqori bo'ladi. Induksion lasan chastotasi odatda suv bilan sovutilgan mis quvurlar yordamida ishlab chiqariladi. Yuqori chastotali induksion isitishning bug'lanish usulining nochorligi shundaki, kirish quvvatini nozik sozlash oson emas. U quyidagi afzalliklarga ega:
1. Yuqori bug'lanish darajasi:
2. Bug'lanish manbasining harorati bir xil va barqaror bo'lib, qoplama tomchilarining chayqalishini hosil qilish oson emas.
3. Bug'lanish manbasini bir marta yuklash, haroratni nazorat qilish nisbatan oson va operatsiya oddiy.
Magnitronli sputtering qoplama texnologiyasining afzalliklari quyidagilardan iborat
1. Sedimentatsiyaning yuqori darajasi. Yuqori tezlikli magnetron elektrodlaridan foydalanish tufayli katta ion oqimini olish mumkin, bu qoplama jarayonining cho'kish tezligini va chayqalish tezligini samarali yaxshilaydi. Boshqa püskürtme qoplama jarayonlari bilan solishtirganda, magnetronli püskürtme yuqori ishlab chiqarish quvvatiga va ishlab chiqarishga ega va turli sanoat ishlab chiqarishlarida keng qo'llaniladi.
2. Yuqori quvvat samaradorligi. Magnetronni püskürtme maqsadlari odatda 200V-1000V, odatda 600V diapazonidagi kuchlanishlarni tanlaydi, chunki 600V kuchlanish quvvat samaradorligining eng yuqori samarali diapazonida.
Kam chayqalish energiyasi. Magnitron nishoniga qo'llaniladigan past kuchlanish va magnit maydon plazmani katod yaqinida ushlab turadi, bu esa yuqori energiyali zaryadlangan zarrachalarning substratga tushishini oldini oladi.
3. Substrat harorati past. Anodik zaryadsizlanish paytida hosil bo'lgan elektronlar substratni qo'llab-quvvatlash uchun topraklama zaruratisiz ishlatilishi mumkin, bu esa substratdagi elektron bombardimonini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. Shuning uchun, substratning harorati nisbatan past bo'lib, u yuqori haroratga juda chidamli bo'lmagan ba'zi plastik substratlarni qoplash uchun juda mos keladi.
Magnitron purkash nishonlari yuzasida notekis surtish. Magnitron purkash nishonlarining sirtining notekis qirralanishi maqsadli magnit maydonlarining notekisligi tufayli yuzaga keladi, bu maqsadning mahalliy joylarida yuqori surtish tezligiga va maqsadli materialdan samarali foydalanish darajasining pastligiga olib keladi (faqat 20% -30% foydalanish darajasi). . Shu sababli, maqsadli materiallardan foydalanish tezligini yaxshilash uchun magnit maydon taqsimotini ma'lum vositalar orqali o'zgartirish yoki katodda harakat qilish uchun magnitlardan foydalanish kerak, bu ham maqsadli materiallardan foydalanish tezligini yaxshilashi mumkin.
4. Kompozit maqsad. Kompozit maqsadli qoplangan qotishma plyonkalar ishlab chiqarilishi mumkin. Hozirgi vaqtda Ta Ti qotishmasi, (Tb Dy) - Fe va Gb Co qotishma plyonkalari kompozit magnetronli püskürtme texnologiyasidan foydalangan holda muvaffaqiyatli yotqizilgan. Kompozit nishonlar uchun to'rt turdagi tuzilmalar mavjud, ya'ni dumaloq o'rnatilgan nishonlar, kvadrat ichiga o'rnatilgan nishonlar, kichik kvadrat ko'milgan nishonlar va fan shaklidagi o'rnatilgan nishonlar. Ularning orasida fan shaklidagi ko'milgan maqsadli struktura eng yaxshi foydalanish effektiga ega.
5. Ilovalarning keng doirasi. Magnitronni püskürtme jarayoni ko'plab elementlarni, jumladan Ag, Au, C, Co, Cu, Fe, Ge, Mo, Nb, Ni, Os, Cr, Pd, Pt, Re, Rh, Si, Ta, Ti, Zr, SiO, AlO, GaAs, U, W, SnO va boshqalar.
Vakuumli ionli qoplama texnologiyasi
Vakuumli ion qoplama texnologiyasi(ion qoplamasi deb qisqartirilgan) birinchi marta D M. tomonidan ishlab chiqilgan. Mattox 1963 yilda bug'lanish va püskürtmeyi birlashtirgan qoplama texnologiyasi sifatida taklif qilingan va amaliyotga kiritilgan. U ion bombardimoniga asoslangan bo'lib, qoplangan material yoki ishlov beriladigan qismni eritilgan holatga qadar isitadi va yuqori energiyali ion bombardimonidan kimyoviy yotqizilgan metall yoki yarim o'tkazgichli yupqa plyonkalarni substrat yuzasiga yotqizish uchun ishlatadi va shu bilan o'ziga xos tuzilma va xususiyatlarga ega nozik plyonkalarni oladi.
Ion qoplamasi jarayoni bug'lanish manbasini anodga va ish qismini katodga ulashdan iborat. Uchdan besh ming voltgacha bo'lgan yuqori voltli to'g'ridan-to'g'ri oqim qo'llanilganda, bug'lanish manbai va ishlov beriladigan qism o'rtasida boshq zaryadsizlanishi hosil bo'ladi. Vakuum qopqog'iga to'ldirilgan inert argon gazi tufayli argon gazining bir qismi razryadli elektr maydoni ta'sirida ionlanadi va katod ish qismi atrofida plazma qorong'i zonasini hosil qiladi. Ijobiy zaryadlangan argon ionlari katodning manfiy yuqori kuchlanishi bilan tortiladi va ishlov beriladigan qismning sirtini zo'ravonlik bilan bombardimon qiladi, bu esa ishlov beriladigan qismning yuzasida zarralar va axloqsizlikning sachrashiga va tashqariga otilishiga olib keladi, bu esa ishlov beriladigan qismning sirtini bo'lishiga imkon beradi. ion bombardimoni bilan to'liq tozalanadi. Keyinchalik, bug'lanish manbasining o'zgaruvchan tok manbai ulanadi va bug'langan material zarralari eriydi va bug'lanadi, porlash zonasiga kiradi va ionlanadi. Katod tomonidan jalb qilingan musbat zaryadlangan bug'langan moddiy ionlar argon ionlari bilan birga ish qismi tomon shoshiladi. Ishlov beriladigan buyum yuzasida to'plangan bug'langan material ionlari miqdori chayqalgan ionlar miqdoridan oshib ketganda, ular asta-sekin yig'ilib, ishlov beriladigan buyum yuzasida mahkam yopishgan qoplama hosil qiladi.
Ion qoplamasining qoplama tuzilishi zich, teshiklarsiz, pufakchalarsiz va bir xil qalinlikda. Bu usul boshqa usullar bilan qoplash qiyin bo'lgan ichki teshiklari, oluklari va tor bo'shliqlari bo'lgan qismlarni qoplash uchun juda mos keladi va metall nodullar hosil qilmaydi. Ish qismining yuzasida chuqurlik kabi kichik yoriqlar va nuqsonlarni tuzatish qobiliyati tufayli, bu jarayon sirt sifatini va qoplangan qismlarning fizik-mexanik xususiyatlarini samarali ravishda yaxshilashi mumkin. Charchoq sinovlari shuni ko'rsatdiki, agar to'g'ri ishlov berilsa, ishlov beriladigan qismning charchash muddati qoplamadan oldingi bilan solishtirganda 20% dan 30% gacha oshirilishi mumkin.
Vakuumli ion qoplamasining xususiyatlari
Bug'lanish va püskürtme bilan solishtirganda, ion qoplamasi quyidagi xususiyatlarga ega:
(1) Qoplamaning yaxshi yopishish ko'rsatkichi
Oddiy vakuumli qoplama vaqtida ishlov beriladigan qismning sirtini va qoplamani bog'laydigan o'tish qatlami deyarli yo'q. Ion qoplamasi paytida, ionlar ish qismini yuqori tezlikda bombardimon qilganda, ular ishlov beriladigan qismning yuzasiga kirib, substratga chuqur joylashtirilgan diffuziya qatlamini hosil qilishi mumkin. Ion qoplamasining interfeys diffuziya chuqurligi to'rt-besh mikrometrga yetishi mumkin. Qoplamaning dastlabki bosqichida purkash va cho'kma bir vaqtning o'zida mavjud bo'lib, plyonka va substrat o'rtasidagi interfeysda pseudo diffuziya qatlami deb ataladigan o'tish qatlami yoki aralash qatlam qatlami hosil bo'lishi mumkin, bu esa yopishqoqlikni samarali ravishda yaxshilashi mumkin. kino qatlamidan.
(2) Kuchli qoplama qobiliyati
Ion qoplamasi paytida bug'langan material zarralari zaryadlangan ionlar shaklida elektr maydonining yo'nalishi bo'ylab harakatlanadi. Shuning uchun, elektr maydoni mavjud bo'lgan joyda yaxshi qoplamani olish mumkin, bu faqat to'g'ridan-to'g'ri yo'nalishda qoplamani olishi mumkin bo'lgan oddiy vakuumli qoplamadan ancha ustundir. Shuning uchun, bu usul ichki teshiklar, oluklar va tor bo'shliqlar kabi boshqa usullar bilan plastinka qilish qiyin bo'lgan qoplamali qismlardagi joylar uchun juda mos keladi.
(3) Yaxshi qoplama sifati
Ion qoplamasining qoplamasi zich tuzilishga ega, teshiklari, pufakchalari va bir xil qalinligi mavjud. Hatto qirralar va oluklar ham bir xilda qoplanishi mumkin va iplar kabi qismlar ham yuqori qattiqlik, yuqori aşınma qarshilik (past ishqalanish koeffitsienti), yaxshi korroziyaga chidamlilik va kimyoviy barqarorlik bilan qoplanishi mumkin, buning natijasida plyonka qatlamining ishlash muddati uzoqroq bo'ladi; Shu bilan birga, kino qatlami ishlov beriladigan qismning tashqi ko'rinishini va dekorativ ishlashini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin.
(4) Tozalash jarayonini soddalashtiring
Ko'pgina mavjud qoplama jarayonlari oldindan ishlov beriladigan qismni qattiq tozalashni talab qiladi va jarayon nisbatan mas'uliyatlidir. Ion qoplamasi jarayonida porlashdan hosil bo'lgan ko'p sonli yuqori energiyali zarrachalar sirtda katodli püskürtme effektini yaratish uchun ishlatiladi, bu esa substrat yuzasida adsorbsiyalangan gaz va moyni sepish orqali tozalaydi, substrat yuzasini tozalaydi. butun qoplama jarayoni tugallandi, bu qoplamadan oldin ko'plab tozalash ishlarini soddalashtiradi.
(5) Keng tarqalgan qoplamali materiallar
Ion qoplamasi - ishlov beriladigan qismning sirtini bombardimon qilish uchun yuqori energiyali ionlardan foydalanish, ishlov beriladigan qismning yuzasida katta miqdordagi elektr energiyasini issiqlik energiyasiga aylantirish va shu bilan sirt to'qimalarida va ishlov beriladigan qismda diffuziya va kimyoviy reaktsiyalarni rag'batlantirish jarayoni. yuqori harorat ta'sir qilmaydi. Shuning uchun, bu qoplama jarayoni keng ko'lamli ilovalarga ega va kamroq cheklangan. Odatda, turli metallar, qotishmalar, shuningdek, ma'lum sintetik materiallar, izolyatsiya materiallari, termosensitiv materiallar va yuqori erish nuqtasi bo'lgan materiallar qoplanishi mumkin. Metall ish qismlarini metall bo'lmagan yoki metallar, shuningdek, metall yoki metall bo'lmagan, hatto plastmassa, kauchuk, kvarts, keramika va boshqalar bilan qoplash mumkin.
Vakuum-ionli qoplamaning tasnifi
Turli xil bug'lanish manbalari va atomlari uchun ionlash va qo'zg'alish usullarining turli kombinatsiyalari mavjud bo'lib, ko'plab bug'lanish manbalarini ion qoplama usullari paydo bo'lishiga olib keladi. Keng tarqalgan usullar orasida membrana zarralarini olishga asoslangan ionli qoplama va bug'lanish ionli qoplama kiradi.
1. Sputtering turi ion qoplamasi
Membrana materialining sirtini sochish uchun yuqori energiyali ionlar yordamida metall zarralari hosil bo'ladi. Metall zarralari gaz chiqarish bo'shlig'ida metall ionlariga ionlanadi va ular cho'kish va plyonka hosil qilish uchun salbiy moyillik ostida substratga etib boradi.
Bug'lanishli ion qoplamasi
Metall bug'ini bug'lash va ishlab chiqarish uchun turli xil isitish usullari orqali qoplama materialini isitish, keyinchalik u metall ionlariga ionlash uchun turli yo'llar bilan hayajonlangan gaz chiqarish maydoniga kiritiladi. Ushbu ionlar salbiy ta'sir ostida substratga etib boradi va plyonkaga tushadi.
Ular orasida bug'lanish ionli qoplamani turli tushirish printsiplariga ko'ra DC ikki bosqichli ion qoplamasi, ichi bo'sh katodli ion qoplamasi, issiq simli yoy ion qoplamasi va katodli ion qoplamasiga bo'linishi mumkin. DC ikkilamchi ion qoplamasi barqaror porlash deşarjidir; Bo'shliq katodli ion qoplamasi va issiq simli yoyli ion qoplamasi ham termal yoy deşarjlari bo'lib, elektronlarning paydo bo'lishining sababi metall materiallarning yuqori haroratga qizdirilishi tufayli yadrodan tashqarida elektronlarning termal emissiyasi sifatida sodda tarzda umumlashtirilishi mumkin; Katodik yoy ion qoplamasining tushirish turi oldingi ion qoplama turlaridan farq qiladi va u sovuq yoy deşarjdan foydalanadi.
(1) Bo'shliq katodli ion qoplamasi (HCD)
Plazma elektron nurini hosil qilish uchun ichi bo'sh issiq katodli razryaddan foydalanish. Bo'shliq katodli ion qoplamasining xususiyatlari: ① HCD ichi bo'sh katodli qurol membrana materialini gazlashtirish uchun issiqlik manbai va bug'langan zarrachalar uchun ionlash manbai bo'lib, ionlash usuli past bosimli elektron nurlarining to'qnashuvidan foydalanishdir; ② 0V dan bir necha yuz voltgacha boʻlgan tezlanish kuchlanishidan foydalangan holda ionlanish va ion tezlashuvi mustaqil ishlaydi. Reaktiv ion qoplamasini yaxshi bajara oladi; ④ Substratning harorat ko'tarilishi kichik va qoplama paytida substrat hali ham qizdirilishi kerak; ⑤ Yuqori ionlash samaradorligi, katta elektron nurli nuqta va turli plyonkalarga yotqizilishi mumkin.
(2) Katodik yoy ion qoplamasi
Katodik yoy ion qoplamasi sovuq yoy deşarjlarini qabul qiladigan va ko'plab PVD qoplama texnologiyalari orasida eng yuqori zarracha ionlash tezligiga ega bo'lgan asosiy ion qoplama texnologiyasining cho'qqisi hisoblanadi.
