Sự lắng đọng Ống Cathodic

Sự lắng đọng hồ quang cathode hoặc Arc-PVD là một kỹ thuật lắng đọng hơi vật lý trong đó một hồ quang điện được sử dụng để làm bay hơi vật liệu từ mục tiêu catốt . Các vật liệu bay hơi sau đó ngưng tụ trên một chất nền, tạo thành một màng mỏng . Kỹ thuật này có thể được sử dụng để chứa các màng kim loại , gốm sứ và composite .

Quá trình

Quá trình bốc hơi hồ quang bắt đầu bằng sự nổi lên của một đường cong điện áp cao , dòng điện cao trên bề mặt của cực âm (gọi là đích) làm tăng diện tích phát xạ năng lượng cao (thường là một vài micromet rộng) gọi là cực âm nơi. Nhiệt độ địa hoá ở điểm cực cực kỳ cao (khoảng 15000 ° C), dẫn đến tốc độ cao (10 km / s) của vật liệu cathode bị bốc hơi, để lại một miệng núi lửa phía sau trên bề mặt catốt. Đèn catốt chỉ hoạt động trong một khoảng thời gian ngắn, sau đó tự dập tắt và cháy lại trong một khu vực mới gần miệng núi lửa trước đó. Hành vi này gây ra chuyển động rõ ràng của hồ quang.

Vì đường cung là cơ bản dẫn dây dẫn, nó có thể bị ảnh hưởng bởi việc áp dụng một trường điện từ , trong thực tế nó được sử dụng để di chuyển nhanh vòng cung trên toàn bộ bề mặt của mục tiêu, để tổng bề mặt bị xói mòn theo thời gian.

Ống cong có mật độ năng lượng rất cao dẫn đến ion hóa cao (30-100%), nhiều ion tích điện , các hạt trung hòa, các cụm và các hạt vĩ mô (các giọt nhỏ). Nếu một khí phản ứng được đưa ra trong quá trình bốc hơi, sự phân ly , ion hóa và kích thích có thể xảy ra trong quá trình tương tác với dòng ion và một màng hợp chất sẽ được lắng đọng.

Một nhược điểm của quá trình bốc hơi hồ quang là nếu điểm cathode ở điểm bốc hơi quá lâu nó có thể đẩy ra một lượng lớn các hạt vĩ mô hoặc các giọt nhỏ. Những giọt này gây bất lợi cho hiệu suất của lớp phủ vì chúng bị dính chặt và có thể kéo dài qua lớp phủ. Tệ hơn nữa nếu vật liệu mục tiêu catốt có điểm nóng chảy thấp như nhôm , điểm cực âm có thể bay hơi qua mục tiêu dẫn đến việc vật liệu tấm lót mục tiêu bị bốc hơi hoặc nước làm mát đi vào buồng. Do đó, từ trường như đã đề cập trước đây được sử dụng để điều khiển chuyển động của cung. Nếu cathode hình trụ được sử dụng, cathode cũng có thể được xoay trong quá trình lắng đọng. Bằng cách không cho phép điểm cực âm duy trì ở một vị trí, mục tiêu nhôm quá dài có thể được sử dụng và số lượng giọt nhỏ. Một số công ty cũng sử dụng vòng cung được lọc sử dụng từ trường để phân tách các giọt từ dòng chảy của lớp phủ.

Thiết kế thiết bị

Loại nguồn cung cấp nguồn cathodic Sablev, được sử dụng rộng rãi nhất ở phương Tây, bao gồm một mục tiêu dẫn điện dạng hình trụ ngắn ở cực âm với một đầu mở. Mục tiêu này có một vòng kim loại điện nổi vòng bao quanh làm việc như là một vòng cung vòng cung (Strel'nitskij lá chắn). Anode cho hệ thống có thể là bức tường buồng chân không hoặc một cực dương rời rạc. Các điểm Arc được tạo ra bởi các kích hoạt cơ (hoặc đèn bật lửa) nổi bật ở đầu mở của mục tiêu làm cho một mạch tạm thời ngắn giữa cực âm và cực dương. Sau khi các điểm cung được tạo ra, chúng có thể được điều khiển bằng từ trường hoặc di chuyển ngẫu nhiên khi không có từ trường.

Chùm tia plasma từ nguồn Cathodic Arc chứa một số các nguyên tử hoặc phân tử lớn hơn (gọi là các hạt vĩ mô), ngăn không cho nó trở nên hữu ích cho một số ứng dụng mà không có một loại lọc nào. Có rất nhiều thiết kế cho bộ lọc hạt vĩ mô và thiết kế được nghiên cứu nhiều nhất dựa trên công trình của II Aksenov et al. trong những năm 70. Nó bao gồm một ống tứ phân cách 90 độ từ nguồn hồ quang và plasma được dẫn ra khỏi ống dẫn bằng nguyên lý plasma.

Ngoài ra còn có các thiết kế thú vị khác như thiết kế kết hợp một bộ lọc kênh thẳng được tích hợp với cathode hình chóp cắt ngắn theo báo cáo của DA Karpov trong những năm 90. Thiết kế này đã trở nên khá phổ biến trong số các nhà sản xuất phim nhựa mỏng và các nhà nghiên cứu ở Nga và các nước thuộc Liên Xô cũ cho đến bây giờ. Nguồn cung cathodic có thể được tạo thành hình dạng ống dài (dài hồ quang) hoặc hình chữ nhật dài nhưng cả hai thiết kế đều không phổ biến.

Các ứng dụng

Việc lắng đọng hồ quang cathode được tích cực sử dụng để tổng hợp lớp cực kỳ cứng để bảo vệ bề mặt của dụng cụ cắt và kéo dài tuổi thọ của chúng. Nhiều loại màng mỏng, màng Superhard và lớp phủ nanocomposite có thể được tổng hợp bởi công nghệ này bao gồm TiN , TiAlN , CrN , ZrN , AlCrTiN và TiAlSiN .

Điều này cũng được sử dụng khá rộng rãi đặc biệt là để lắng đọng cácbon cácbon để tạo ra những bộ phim carbon giống như kim cương . Bởi vì các ion bị phá hủy từ bề mặt ballistically , nó là phổ biến cho không chỉ các nguyên tử đơn lẻ, nhưng các cụm lớn hơn các nguyên tử để được đẩy ra. Vì vậy, loại hệ thống này đòi hỏi một bộ lọc để loại bỏ các cụm nguyên tử từ chùm trước khi lắng đọng. Các phim DLC từ hồ quang được lọc có chứa phần trăm cực kỳ cao của kim cương sp3 được biết đến như là vô định hình vô định hình cacbon , hoặc ta-C .

Ống cathodic được lọc có thể được sử dụng làm nguồn ion kim loại / huyết tương để cấy Ion và cấy ghép và cấy Ion tiệt trùng Plasma (PIII & D).