Phát triển và ứng dụng công nghệ tráng phủ magnetron

Phát triển và ứng dụng công nghệ tráng phủ magnetron

Trong những năm gần đây, với sự phát triển của vật liệu mới, đặc biệt là phát triển và ứng dụng vật liệu màng mỏng, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ lắng đọng đã đóng một vai trò không thể thay thế trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và sản xuất công nghiệp. Bài báo này chủ yếu giới thiệu quá trình và phát triển công nghệ lớp phủ phún xạ phún xạ, các đặc tính của công nghệ mạ phún xạ magnetron lớn khác nhau, và giới thiệu ứng dụng chính của công nghệ phún xạ magnetron trong nhiều lĩnh vực.

Quá trình lớp phủ phún xạ chủ yếu là làm cho vật liệu mục tiêu thành màng mỏng, được cố định trên cực âm của hệ thống lắng đọng phún xạ và bề mặt màng mỏng lắng đọng được đặt trên cực dương của bề mặt đối diện. Hệ thống phún xạ được bơm vào chân không cao và chứa đầy argon, vv Áp suất cao được áp dụng giữa cực âm và cực dương, và phát ra ánh sáng áp suất thấp được tạo ra giữa cực dương và cực âm. Trong plasma tạo ra bởi sự phóng điện, các ion dương argon di chuyển về phía cực âm dưới tác động của điện trường và va chạm với bề mặt mục tiêu. Các nguyên tử mục tiêu phát ra từ bề mặt mục tiêu sau khi va chạm được gọi là nguyên tử phún xạ. Năng lượng của các nguyên tử phún xạ thường nằm trong khoảng từ 1 đến hàng chục electron. Các lớp phủ đo lường là sử dụng các ion dương argon được tạo ra bởi xả ánh sáng áp suất thấp để bắn phá mục tiêu catốt ở tốc độ cao dưới tác động của điện trường. Các hạt như nguyên tử hoặc phân tử trong mục tiêu bị phún xạ và lắng đọng trên bề mặt của chất nền hoặc phôi để tạo thành lớp phim cần thiết. Tuy nhiên, quá trình lắng đọng phún xạ phún xạ các hạt năng lượng rất thấp, dẫn đến tốc độ phim thấp.

Công nghệ phún xạ magnetron là cải thiện tốc độ tạo màng trên cơ sở lớp phủ phún xạ, thiết lập và trường điện vuông góc trên bề mặt của mục tiêu, tỷ lệ ion hóa khí argon tăng 0,5% từ 0,3% đến 5% 6%, sao cho nó có thể giải quyết vấn đề tỷ lệ lắng đọng lớp phủ phún xạ thấp, một trong những phương pháp chính là ngành công nghiệp sơn chính xác. Vật liệu cathode phún xạ magnetron có thể được chuẩn bị từ nhiều loại vật liệu, tất cả các kim loại, hợp kim và gốm sứ có thể được chuẩn bị thành các mục tiêu. Lớp phủ phún xạ magnetron phù hợp với khối lượng và sản xuất công nghiệp hiệu quả cao do tốc độ lắng đọng nhanh và màng nhỏ gọn và độ bám dính tốt cho bề mặt dưới tác động của từ trường và điện trường thẳng đứng.

1. Quá trình phún xạ magnetron

Trong quá trình phún xạ magnetron, quy trình cụ thể có tác động lớn đến hiệu suất của bộ phim và quá trình chính như sau:

(l) làm sạch bề mặt, chủ yếu bằng cách làm sạch hơi bằng cồn isopropyl, sau đó làm khô nhanh sau khi ngâm bề mặt bằng etanol và axeton để loại bỏ dầu trên bề mặt;

(2) chân không. Chân không phải được kiểm soát trên 2 * 10 ^-4 Pa để đảm bảo độ tinh khiết của phim;

(3) sưởi ấm, để loại bỏ bề mặt chất nền độ ẩm, cải thiện độ bền bám dính của bộ phim và chất nền, cần phải làm nóng bề mặt, nhiệt độ thường chọn giữa 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) áp suất một phần argon, thường nằm trong khoảng 0,01 lPa, để đáp ứng điều kiện áp suất của xả ánh sáng;

(5) presputtering. Presputtering là để loại bỏ các màng oxide trên bề mặt của vật liệu mục tiêu bằng cách bắn phá ion để không ảnh hưởng đến chất lượng phim.

(6) phún xạ. Các ion dương được hình thành bởi ion hóa argon có thể, dưới tác dụng của trường từ trường trực giao và điện trường, bắn phá vật liệu đích ở tốc độ cao, khiến cho các hạt mục tiêu phát ra bằng cách phún xạ chạm tới bề mặt của chất nền và lắng vào một bộ phim.

(7) trong quá trình ủ, hệ số giãn nở nhiệt của màng và bề mặt khác nhau, và lực liên kết nhỏ. Sự khuếch tán lẫn nhau của màng và các nguyên tử nền trong quá trình ủ có thể cải thiện hiệu quả độ bám dính.

2. Phát triển công nghệ tráng phủ magnetron

Trong những năm gần đây, sự phát triển của công nghệ phún xạ magnetron rất nhanh. Các phương pháp điển hình bao gồm phún xạ magnetron cân bằng, phún xạ magnetron phản ứng, phún xạ magnetron tần số trung bình và phún xạ magnetron xung năng lượng cao.

Kỹ thuật phún xạ magnetron cân bằng: kỹ thuật phún xạ magnetron truyền thống nhất liên quan đến việc đặt nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ phía sau mục tiêu, tạo thành từ trường vuông góc với hướng của điện trường trên bề mặt của mục tiêu. Trong ion hóa khí argon dưới áp suất cao vào một plasma, ion Ar + bởi sự gia tốc điện trường bắn phá vật liệu catốt, electron thứ cấp là vật chất mục tiêu phún xạ, và electron trong vai trò của trường điện vuông góc và từ trường, liên kết với cực âm, gần bề mặt của vật liệu mục tiêu làm tăng nguy cơ va chạm giữa electron và khí, làm tăng tỷ lệ ion hóa khí argon, làm cho khí argon cũng có thể duy trì lưu lượng dưới khí thấp, do đó phún xạ magnetron vừa làm giảm áp suất khí phún xạ, mà còn cải thiện hiệu quả của tỷ lệ phún xạ và lắng đọng. Tuy nhiên, có một số nhược điểm của phún xạ magnetron thông thường. Ví dụ, cả hai electron được tạo ra bởi áp suất thấp và các electron thứ hai được phát ra bởi mục tiêu phún xạ được liên kết với vùng xung quanh bề mặt mục tiêu khoảng 60 mm, sao cho phôi chỉ có thể được đặt trong phạm vi 50 mm và 100 mm trên bề mặt mục tiêu. Một phạm vi nhỏ của lớp phủ giới hạn kích thước của phôi được mạ.

Phản ứng phún xạ phản ứng: với sự phát triển của kỹ thuật bề mặt, các loại màng mỏng phức hợp được sử dụng ngày càng nhiều. Các bộ phim hợp chất có thể được chuẩn bị bằng cách phún xạ vào các mục tiêu làm bằng vật liệu phức hợp trực tiếp hoặc bằng khí phản ứng khi phún xạ trên các mục tiêu kim loại hoặc hợp kim. Loại thứ hai được gọi là phún xạ phản ứng magnetron. Nói chung, dễ dàng hơn để có được các màng hợp chất có chất lượng cao bằng cách sử dụng kim loại tinh khiết làm phản ứng mục tiêu và khí.

M phún xạ magnetron tần số M edium: phương pháp phủ này thay đổi nguồn cung cấp năng lượng phún xạ magnetron từ nguồn DC thông thường sang nguồn điện tần số trung bình.Trong quá trình phún xạ, khi điện áp được hệ thống áp dụng trong chu kỳ nửa âm của dòng xoay chiều, vật liệu đích bị bắn phá và phát xạ bởi các ion dương, trong khi trong chu kỳ nửa tích cực, bề mặt của vật liệu mục tiêu bị bắn phá và gây ra bởi các electron trong plasma, và đồng thời, tích điện tích lũy trên bề mặt vật liệu đích được trung hòa và hiện tượng nổi bật arc-suppking là bị ức chế.Nếu tần số của nguồn điện phún xạ magnetron thường là từ 10 đến 80 kHz, tần số cao, thời gian tăng tốc của các ion dương là ngắn, năng lượng thấp khi chạm vào mục tiêu, và phún xạ tỷ lệ lắng đọng giọt cho phù hợp.Medium tần số magnetron phún xạ hệ thống thường có hai mục tiêu, mà thay phiên nhau để được cathode và anode định kỳ Mặt khác, nó cũng loại bỏ hiện tượng arc-striking.

Lần đầu tiên kể từ khi các nhà khoa học Thụy Điển sử dụng xung năng lượng cao như chế độ cung cấp năng lượng phún xạ magnetron và sự lắng đọng màng mỏng Cu, HPPMS từ đó, với tốc độ ion hóa kim loại cao tăng lên trong những năm gần đây, xung năng lượng cao Công nghệ phún xạ magnetron là việc sử dụng công suất xung đỉnh cao và tỷ lệ xung thấp tạo ra tốc độ ion hóa kim loại phún xạ cao của công nghệ phún xạ magnetron, do thời gian xung ngắn, công suất trung bình không cao, cực âm này không quá nóng và tăng mục tiêu làm mát yêu cầu. Công suất đỉnh của nó là 100 lần của phún xạ magnetron thông thường, đó là khoảng 1000-3000w / cm2. Mật độ plasma có thể cao tới 1018m-3 bậc độ lớn. Tốc độ ion hóa của vật liệu phún xạ rất cao, và mục tiêu Cu phún xạ có thể lên đến 70%.

3. Ứng dụng công nghệ tráng phủ magnetron

Công nghệ tráng phủ magnetron chủ yếu được sử dụng để lắng đọng các màng mỏng bằng nhựa hoặc kim loại, gốm sứ, thủy tinh, silicon và các sản phẩm khác để thu được các sản phẩm mạ kim loại bề mặt sáng, đẹp và kinh tế của nhựa và gốm. Bộ phim làm công nghệ trang trí, đèn, đồ nội thất, đồ chơi, thủ công mỹ nghệ, trang trí và các lĩnh vực sống khác thường sử dụng phương pháp phún xạ magnetron, cũng được áp dụng trong các lĩnh vực công nghiệp phim bảo vệ quân sự, sản phẩm quang học, phương tiện ghi từ, bảng mạch màng chống ẩm và chống thấm, màng chịu mài mòn, chống gỉ và chống ăn mòn.

Việc phún xạ magnetron không chỉ được áp dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu khoa học và công nghiệp mà còn mở rộng cho nhiều nguồn cung cấp hàng ngày, chủ yếu được sử dụng trong việc chuẩn bị màng mỏng khó khăn bằng cách lắng đọng hơi hóa học. Công nghệ phún xạ magnetron đã được sử dụng trong nhiều năm trong việc chuẩn bị bao bì điện tử và màng mỏng quang học, đặc biệt là công nghệ phún xạ magnetron tần số trung gian tiên tiến cũng đã được áp dụng trong các màng mỏng quang học và thủy tinh dẫn điện trong suốt. Thủy tinh dẫn điện trong suốt được sử dụng rộng rãi hiện nay, chẳng hạn như thiết bị hiển thị bảng điều khiển máy tính TV, lò vi sóng điện từ và thiết bị che chắn tần số vô tuyến và các thiết bị, pin mặt trời và vân vân. Ngoài ra, công nghệ phủ phún xạ magnetron đóng một vai trò quan trọng trong bộ nhớ quang học. Hơn nữa, công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong bộ phim chức năng bề mặt, phim tự bôi trơn, phim siêu cứng và vân vân.

Ngoài các lĩnh vực được đề cập ở trên đã được sử dụng rộng rãi, công nghệ tráng phủ magnetron cũng đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu nhiệt độ cao, màng siêu dẫn mỏng, màng mỏng từ tính khổng lồ, màng mỏng ferroelectric, màng mỏng phát quang, bộ nhớ hình dạng hợp kim mỏng phim và pin mặt trời.

4. Kết luận

Công nghệ tráng phủ magnetron đã trở thành một trong những kỹ thuật chính để chế tạo màng mỏng nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó. Sự phún xạ magnetron không cân bằng cải thiện sự phân bố của plasma và chất lượng của phim. Sự phát triển của công nghệ phủ tần số trung bình đã khắc phục hiệu quả hiện tượng arc-striking trong quá trình phún xạ phản ứng, làm giảm các khiếm khuyết cấu trúc của màng và tăng đáng kể tốc độ lắng đọng của màng. Công nghệ phún xạ tốc độ cao và phún xạ xung năng lượng cao mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới cho các bộ phim phún xạ. Trong các nghiên cứu trong tương lai, công nghệ phún xạ mới để thúc đẩy trong lĩnh vực cuộc sống, sự kết hợp công nghệ lắng đọng magnetron và máy tính sẽ trở thành chủ đề nghiên cứu nóng, sử dụng mô phỏng máy tính của lớp phủ khi từ trường, điện trường, nhiệt độ, và sự phân bố của plasma, sẽ cung cấp công nghệ lớp phủ phún xạ cho sự phát triển của việc mở rộng không gian rộng lớn, thúc đẩy công nghệ tráng phủ magnetron để chuyển đổi các lĩnh vực công nghiệp và sinh hoạt.