Ảnh hưởng của nguồn Arc hiện tại trên hình thái bề mặt của màng thiếc mỏng

Hình 1 cho thấy hình ảnh electron thứ cấp SEM của hình thái bề mặt của bộ phim được chuẩn bị ở cường độ dòng điện nguồn khác nhau. Có thể thấy rằng khi dòng nguồn cung cấp tăng lên, số lượng giọt trên bề mặt của bộ phim tăng lên, kích thước cũng trở nên lớn hơn, và chất lượng bề mặt của màng giảm.

a) I = 40A, b) I = 50A, c) I = 70A, d) I = 80A, e) I = 90A, f) I = 100A

Hình 1 Hình thái bề mặt của màng TiN được tạo ra dưới các dòng nguồn vòng cung khác nhau

Dòng nguồn vòng cung có tác động lớn hơn đến số lượng và kích thước của các giọt nước trên bề mặt của phim. Từ nguyên lý cơ bản của phép mạ ion hồ quang, có thể biết rằng trong điều kiện chân không, cực âm kim loại (mục tiêu nguồn cung) và điện cực kích hoạt xả ở điện áp xung 10 kV, trong khi cực âm cực có mật độ dòng xả mạnh (106 A / cm2 ~ 108 A / cm2) và tập trung vào một khu vực vòng cung rất nhỏ từ 5μm đến 6μm (Hình 2), dẫn đến nhiệt độ cao trên 6000 ° C, cho phép sự bay hơi nhanh chóng của vật liệu âm cực trong khi tạo ra cường độ phát xạ trường nhiệt và ion hóa để tạo thành plasma kim loại mật độ cao. Vì mật độ công suất của điểm vòng cung quá tập trung nên hồ quang sâu hơn và tạo thành thể tích lỏng quá mức. Khi điểm vòng cung phát ra các hạt (electron, ion, nguyên tử, nhóm nguyên tử, vv), các hạt cũng có tác dụng chống ăn mòn trên bề mặt chất lỏng của điểm vòng cung. Nó làm cho các ion tăng tốc thông qua tiềm năng vỏ bọc lên bề mặt chất lỏng trong khi nó dội chất lỏng với động năng lớn, do đó một lượng lớn nguyên tử lỏng trong bồn tắm đồng thời nhận được nhiều năng lượng hơn năng lượng liên kết, dẫn đến một số lượng lớn các nguyên tử tập trung phát xạ để tạo thành giọt phát thải. Mật độ công suất xả lớn hơn của mục tiêu nguồn cung, hồ bơi hàn càng hình thành trên bề mặt của mục tiêu nguồn cung, và đường kính điểm lớn hơn, do đó kích thước của công suất xả sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc tạo ra các giọt. Biểu thức là:

P = IU / S

I — Dòng xả trung bình; U - Điện áp xả; S — Diện tích bề mặt của mục tiêu catôt

Từ phương trình, có thể thấy rằng dòng nguồn cung tăng lên, mật độ công suất phát xạ mục tiêu nguồn cung cấp tăng lên theo đó, số lượng và kích thước của các giọt được tạo ra cũng tăng lên để làm giảm chất lượng bề mặt của màng.

N: Nitơ, M: Các giọt Ti. Quá trình chính: A- hạt tích cực di chuyển đến bề mặt, các hạt B trung hòa lắng đọng trên bề mặt, sự phún xạ thứ cấp của các hạt trung tính C, sự phún xạ thứ cấp của các giọt D-Ti, các mục tiêu phún xạ E-hạt. Phản ứng chính: X + e-1 → X * + e-1, X * → X + hv, các hạt X trung tính, các hạt X *-tăng, hv-năng lượng, khi các ion Ti và N ion gặp nhau trên đế, TiN được hình thành.

Hình 2 Quá trình hình thành màng TiN mạ ion nhiều lớp và các giọt bề mặt

Trong suốt chuyến bay từ mục tiêu nguồn cung tới bề mặt (mẫu) của các giọt được phun ra từ mục tiêu nguồn cung catốt, một số hạt sẽ va chạm với những hạt khác và trở nên nhỏ hơn, nhưng một số hạt vẫn còn lớn, vì vậy có nhiều kích cỡ khác nhau các giọt trong bề mặt màng TiN. Ngoài ra, với sự gia tăng của dòng nguồn cung, một số hố xuất hiện trên bề mặt của phim. Dòng điện càng lớn thì hiện tượng này càng rõ ràng hơn, nó có thể được nhìn thấy từ hình 1. Những hố này được hình thành bởi sự sụt giảm của những giọt li ti trên bề mặt. Khi dòng điện hồ quang tăng lên, tốc độ bay của các hạt phóng xạ lớn, và chúng sẽ không trực tiếp va chạm với các hạt khác trong không khí plasma và tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của chất nền (mẫu). Nếu các hạt li ti này không thể bị phún xạ bởi sự phún xạ ngược thứ cấp (D trong hình 2), chúng sẽ vẫn còn trong phim, và một số trong chúng thậm chí xuyên qua toàn bộ màng từ bề mặt (như thể hiện bằng các mũi tên A và B trong hình. 3). Dòng nguồn cung lớn hơn, hiện tượng này càng rõ ràng hơn.

Hình 3 Các giọt lớn xuyên màng TiN