Kiểm soát thống nhất lớp phủ phún xạ Magnetron trên bề mặt phôi phức tạp

Kiểm soát thống nhất lớp phủ phún xạ từ trên bề mặt phôi phức tạp

Bài viết này giới thiệu cơ chế phủ màng và đặc tính kỹ thuật của bề mặt phôi với khoang phức tạp. Nhằm vào các vấn đề như tiêu thụ vật liệu mục tiêu không đồng đều, vòng xói lở và độ dày màng không đồng đều và dày đặc trong quy trình phủ của phôi phức tạp, mục tiêu phún xạ từ trường quay được sử dụng trong thí nghiệm. Nhiều mục tiêu và vật liệu đã được cài đặt ở các vị trí khác nhau của máy phủ. Mục tiêu có thể xoay tự do để nhận ra sự cần thiết của lớp phủ định hướng; Sử dụng nhiều mục tiêu phún xạ Magnetron và thiết lập từ trường phụ trợ của cải thiện cấu trúc mục tiêu phún xạ từ trường không cân bằng, để cải thiện mật độ plasma của lớp phủ chân không, do đó cải thiện lớp phủ tạo ra sự tán xạ của lớp phủ thiên vị, v.v. trong cùng một mặt phẳng, với hình dạng phức tạp và cấu trúc của khoang bên trong trên bề mặt phôi đồng nhất độ dày mạ, màng composite dày đặc và liên tục.

Trên các cạnh và phức tạp hơn nhiều so với lớp phủ bề mặt khoang, công nghệ mạ hóa học hiện tại trong và ngoài nước còn nhiều hơn, cũng như được thực hiện trên công nghệ xử lý lớp phủ bề mặt phôi của công nghệ màng phun từ trường chân không, hiện nay chủ yếu là trong quy tắc và bề mặt phẳng của việc chuẩn bị cho một màng đơn hoặc composite, và được sử dụng rộng rãi trong máy móc, điện tử, năng lượng, vật liệu, thông tin, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác, cụ thể như công cụ cắt, công cụ phần cứng, điện thoại di động, máy tính xách tay , các loại cảm biến và bộ phận khác nhau có yêu cầu đặc biệt, v.v ... Do đặc điểm của công nghệ tạo màng chân không, rất khó khăn và phức tạp để kiểm soát độ dày màng, tính đồng nhất và lực liên kết của quá trình tạo màng trên bề mặt phôi phức tạp. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp sản xuất máy móc, phạm vi ứng dụng của công nghệ phủ bề mặt phôi được mở rộng từ dụng cụ cắt đến khuôn dập chính xác, bộ phận hàng không vũ trụ và phụ kiện điện tử. Các lớp phim hiệu suất cao mới tiếp tục xuất hiện, chẳng hạn như TiAlCN, AlCrN, TiSiN, lớp giống kim cương, v.v., giúp cải thiện tuổi thọ và hiệu quả gia công của khuôn. Điều rất quan trọng là nghiên cứu kiểm soát thống nhất của công nghệ sơn phun từ trường trên bề mặt phôi phức tạp.

1. Cơ chế và đặc tính kỹ thuật của lớp phủ phún xạ

1.1 Cơ chế phun phún xạ

Cơ chế hoạt động của phún xạ từ là dưới tác dụng của điện trường E, các electron va chạm với các nguyên tử argon trong quá trình bay đến chất nền và ion hóa ion dương Ar và các electron mới. Các electron mới bay đến chất nền, các ion Ar tăng tốc đến mục tiêu cực âm dưới tác dụng của điện trường và bắn phá bề mặt mục tiêu với năng lượng cao, để các mục tiêu sập ra. Trong các hạt phún xạ, các nguyên tử hoặc phân tử mục tiêu trung tính được lắng đọng trên đế để tạo thành một màng mỏng và các electron thứ cấp được tạo ra sẽ bị ảnh hưởng bởi điện trường và từ trường để tạo ra sự trôi dạt EB, có quỹ đạo chuyển động tương tự như cycloid. Các electron di chuyển theo chuyển động tròn trên bề mặt mục tiêu và liên kết với vùng plasma trên bề mặt mục tiêu. Trong khu vực này, một số lượng lớn các ion Ar bị ion hóa để bắn phá mục tiêu, do đó đạt được tốc độ lắng đọng cao. Với sự gia tăng số lượng va chạm, năng lượng của các electron thứ cấp bị cạn kiệt và chúng dần dần di chuyển ra khỏi bề mặt mục tiêu, và cuối cùng lắng đọng trên đế dưới tác động của điện trường E. phún xạ Magnetron là quá trình va chạm giữa các hạt sự cố và mục tiêu. Nó truyền một số động lượng cho nguyên tử mục tiêu thông qua quá trình tán xạ phức tạp và sự va chạm của nguyên tử mục tiêu. Nguyên tử mục tiêu va chạm với các nguyên tử mục tiêu khác để tạo thành một quá trình xếp tầng.

1.2 đặc điểm của ứng dụng kỹ thuật

Phún xạ Magnetron là một quá trình phún xạ tốc độ cao dưới áp suất thấp. Tốc độ ion hóa của khí phải được tăng lên một cách hiệu quả. Mật độ plasma có thể được tăng lên bằng cách đưa một từ trường lên bề mặt của catốt đích và sử dụng sự ràng buộc của từ trường trên các hạt tích điện để tăng tốc độ phún xạ.

Trong phún xạ từ, sự chuyển động của các electron trong từ trường bằng lực lorentz, quỹ đạo của chúng bị uốn cong và thậm chí tạo ra chuyển động xoắn ốc, đường chuyển động, do đó làm tăng số lượng va chạm với khí làm việc, mật độ plasma tăng lên, do đó tốc độ phún xạ của từ trường được cải thiện, và có thể làm việc dưới áp suất phún xạ và áp suất không khí thấp, làm giảm xu hướng ô nhiễm màng; Đồng thời, sự cố năng lượng nguyên tử trên bề mặt chất nền được tăng lên, do đó chất lượng phim có thể được tôi chứng minh ở một mức độ lớn. Các electron bị mất năng lượng do va chạm lặp đi lặp lại đến cực dương và trở thành các electron năng lượng thấp để chất nền không bị quá nóng. Do đó, phún xạ từ trường có ưu điểm là "tốc độ cao" và "nhiệt độ thấp". Nhược điểm của lớp phủ phún xạ là nó không thể tạo ra màng cách điện và từ trường không đều được sử dụng trong điện cực từ sẽ gây ra sự ăn mòn không đồng đều của mục tiêu vật liệu, dẫn đến tỷ lệ sử dụng thấp của vật liệu mục tiêu, thường chỉ ở mức 20% ~ 30%. Tỷ lệ sử dụng mục tiêu phún xạ từ là một thông số quan trọng đối với thiết kế kỹ thuật và kế toán chi phí sản xuất của nguồn phún xạ từ. để cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu mục tiêu, các dạng mục tiêu động khác nhau đã được nghiên cứu, trong đó mục tiêu hình trụ từ trường quay là mục tiêu chính và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, và tỷ lệ sử dụng các vật liệu mục tiêu đó cao tới 70% Có thể chia các mục tiêu phún xạ từ .Common thành ba loại từ hình dạng hình học: mục tiêu mặt phẳng hình chữ nhật, mặt phẳng hình tròn ta Rget và mục tiêu hình trụ.

2. Kiểm soát thống nhất lớp phủ phún xạ trên bề mặt phôi với các lỗ phức tạp

2.1 sự cố kỹ thuật hiện có

(1) mục tiêu cực âm là phún xạ phẳng, nguyên nhân là do phún xạ mạnh cục bộ gây ra bởi các thành phần từ trường không đồng đều, dẫn đến tiêu thụ không đồng đều của vòng xói lở và mục tiêu. (2) bề mặt của phôi được lắng đọng và phủ nhiều lớp màng, và cường độ liên kết giữa lớp dưới cùng và lớp màng không đồng nhất và chắc chắn. Đồng thời, có hiện tượng phún xạ của các thành phần khác nhau và tác dụng chống phún xạ của lớp màng, dẫn đến sự khác biệt lớn trong thành phần của lớp màng và mục tiêu.

2.2 phân tích kỹ thuật và quan niệm khoa học

(1) bề mặt phôi với nhiều cạnh và góc và nhiều hốc được lắng đọng và phủ nhiều lớp màng. Nó được lên kế hoạch để áp dụng mục tiêu phún xạ từ trường quay, và nhiều mục tiêu và vật liệu được lắp đặt ở các vị trí khác nhau của máy phủ. Mục tiêu có thể xoay tự do để đạt được nhu cầu của lớp phủ định hướng. (2) nhiều mục tiêu phún xạ từ trường và từ trường phụ trợ được thiết lập để cải thiện cấu trúc của các mục tiêu phún xạ từ trường không cân bằng, cải thiện mật độ plasma trong buồng phủ chân không và cải thiện hơn nữa dòng chảy của phôi gia công để đạt được sự lắng đọng và lớp phủ. (3) thành phần từ trường không đồng đều của mục tiêu cực âm phún xạ phẳng tạo ra vòng xói lõm trong mục tiêu. Nó được dự định để thay đổi sự phân bố từ trường để đạt được ứng suất bên trong đẳng hướng của phôi phức trong quá trình phún xạ trên đế, và để kết hợp màng dày đặc, liên tục và đồng nhất.

2.3 phương pháp thí nghiệm và lộ trình kỹ thuật

2.3.1 vật liệu thí nghiệm

Thiết bị phún xạ từ sáu trạm được sử dụng trong thí nghiệm, chủ yếu bao gồm hệ thống thu chân không, phát hiện chân không, lò chân không, máy phát điện cực âm, hệ thống đầu vào khí và cung cấp điện. Lắng đọng hơi vật lý Quá trình phún xạ PVD Magnetron đã được sử dụng. Vật liệu catốt: Ti, TiN, TiAlN, tráng nhiều lớp Ti, TiN, TiN, TiAlN.

2.3.2 phát hiện chất lượng của lớp màng (bảng 1)

2.3.3 phương pháp thí nghiệm

Màng phun bề mặt phức tạp của phôi đã được chuẩn bị bằng cách phun sơn ion. Để giải quyết các vấn đề kỹ thuật của lớp phủ phôi phức tạp, nghiên cứu thử nghiệm sau đây đã được thực hiện.

(1) mục tiêu catốt là phún xạ phẳng, và phún xạ mạnh cục bộ gây ra bởi các thành phần từ trường không đồng đều dẫn đến tiêu thụ vật liệu mục tiêu không đồng đều. Bằng cách cải thiện hình dạng và phân bố của từ trường, làm cho nam châm di chuyển bên trong cực âm, thiết lập tấm chắn và các biện pháp khác, người ta nhận ra rằng lớp màng của phôi với nhiều cạnh và góc và nhiều lỗ phun ra trên đế có thể tạo ra căng thẳng nội bộ đẳng hướng, và bộ phim nhỏ gọn, liên tục và thống nhất. Cấu trúc của mục tiêu phún xạ cân bằng chủ yếu bao gồm thép từ tính bên ngoài, thép từ tính trung tâm và ủng cực từ.

(2) theo yêu cầu phún xạ trên lớp phủ bề mặt của phôi phức tạp với nhiều cạnh và góc và nhiều khoang để đạt được các yêu cầu cấu trúc của vật liệu đích và mục tiêu, mục tiêu phún xạ từ trường quay cột được sử dụng. Theo các điều kiện phôi khác nhau, các mục tiêu phún xạ có cấu trúc từ tính hoặc cấu trúc phún xạ đã được sử dụng. Mục tiêu từ tính hình trụ từ tính là việc sử dụng từ trường xung quanh thành phần điện trường mục tiêu song song và thẳng đứng của ống mục tiêu, trên bề mặt của ống trong trường điện từ trực giao bề mặt ống đích, lắp đặt mục tiêu ở trung tâm của buồng lắng đọng, đến lớp phủ xoay hướng 360 °; Mục tiêu phún xạ từ trường hình trụ được gắn ở phía bên của buồng phủ. Ống mục tiêu quay liên tục trong quá trình phủ để đáp ứng nhu cầu của lớp phủ định hướng.

(3) hiện tượng phún xạ có chọn lọc của các thành phần khác nhau, tốc độ chống rung và độ bám dính của phim là khác nhau, điều này sẽ dẫn đến sự khác biệt lớn giữa phim và các thành phần mục tiêu. Việc lựa chọn các điều kiện quy trình phù hợp sẽ giảm thiểu hiệu ứng chống phún xạ trên phim.

(4) sử dụng nhiều mục tiêu phún xạ từ và đặt từ trường phụ trong phòng phủ tạo thành từ trường kín, trừ khi có phân bố từ trường ở phía trước mục tiêu, mục tiêu giữa mục tiêu và bằng cách đặt hiệu ứng từ trường phụ, tạo thành hiệu ứng liên kết chéo với nhau, làm cho mật độ plasma tăng lên, các vật phẩm trôi dạt, sao cho nhiều cạnh và khoang của phôi để đạt được mục tiêu của lớp phủ lắng đọng. SUNG. 1 cho thấy một sơ đồ của từ trường kín được hình thành bởi bốn mục tiêu phún xạ từ trường không cân bằng và từ trường phụ trợ.

2.4 kết quả thí nghiệm và thảo luận

Từ tháng 12 năm 2012 đến tháng 2 năm 2013, các thử nghiệm lớp phủ phún xạ đã được thực hiện trên bề mặt phôi dập nhỏ và thiết bị truyền thông tương ứng. Các mẫu của kết quả thử nghiệm phôi dập nhỏ: bề mặt màng tốt, không bị nứt; Độ dày màng trong khoảng 1 m ~ 5 m; Độ đồng đều của màng nhỏ hơn 5%; Tốc độ lỗ nhỏ, Độ cứng màng lên đến 2000 HV; Độ bền liên kết cao, Độ bám dính mạnh, không bong tróc lớp phun; Khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt và chống mài mòn tuyệt vời; Tốt đẳng hướng; Tốc độ ion hóa hạt vật liệu là 75% ~ 95%. Tốc độ lắng đọng có thể kiểm soát được (2.0 ~ 2000) nm / s; Tốc độ tạo màng (2 ~ 13) m / h. Tất cả các chỉ số trong thử nghiệm đều đạt yêu cầu thiết kế và kết quả của màng tổng hợp trên bề mặt của các thiết bị truyền thông cũng đạt được hiệu quả như mong đợi. Có thể nghiên cứu các biện pháp kiểm soát thống nhất của lớp phủ phún từ trên bề mặt phôi với nhiều cạnh và góc và nhiều lỗ.

IKS PVD, Công cụ, mô hình, trang trí, công nghệ phủ quang học, liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ, iks.pvd @ foxmail.com