Teknologi salutan vakum, disingkatkan sebagai PVD, ialah teknik yang menggunakan kaedah fizikal untuk menguap permukaan sumber bahan menjadi atom, molekul atau ion di bawah keadaan vakum, dan mendepositkan filem nipis dengan fungsi khas tertentu pada permukaan substrat. Teknologi salutan peralatan salutan vakum dibahagikan kepada tiga kategori: pemendapan wap, sputtering, dan penyaduran ion. Terdapat tiga jenis teknologi salutan penyejatan: penyejatan rintangan, penyejatan rasuk elektron, dan penyejatan pemanasan aruhan.
Terdapat tiga arah utama untuk teknologi salutan dalam peralatan salutan vakum: teknologi salutan penyejatan, teknologi salutan ion dan peralatan salutan sputtering magnetron. Setiap teknologi salutan mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri, dan substrat dan sasaran yang berbeza disalut dengan teknologi salutan yang berbeza.
Teknologi salutan penyejatan rintangan mengguna pakai teknologi salutan penyejatan sumber penyejatan pemanasan rintangan, yang biasanya digunakan untuk menyejat bahan takat lebur rendah seperti aluminium, emas, perak, zink sulfida, magnesium fluorida, kromium trioksida, dll; Perintang pemanasan biasanya diperbuat daripada tungsten, molibdenum, tantalum, dll. Kelebihan unik, struktur mudah, dan kos rendah. Kelemahan: Bahan ini terdedah untuk bertindak balas dengan pijar, menjejaskan ketulenan filem nipis, dan tidak boleh menyejat filem nipis dielektrik takat lebur tinggi; Kadar penyejatan yang rendah.
Penyejatan penyaduran rintangan penyejatan rasuk elektron ialah teknologi yang menggunakan pemanasan rasuk elektron berkelajuan tinggi untuk mengewap dan menyejat bahan, dan kemudian terpeluwap menjadi filem pada permukaan substrat. Ketumpatan tenaga sumber haba rasuk elektron boleh mencapai 104-109w/cm2, dan boleh mencapai lebih 3000 darjah . Ia boleh menyejat logam takat lebur tinggi atau bahan dielektrik seperti tungsten, molibdenum, germanium, SiO2, AL2O3, dll.
Prinsip utama penyejatan rasuk elektron ialah dalam persekitaran vakum yang tinggi, elektron bertenaga tinggi yang dipancarkan oleh senapang elektron mengebom permukaan bahan sasaran di bawah tindakan medan elektrik dan magnet, menukar tenaga kinetik kepada tenaga haba. Bahan sasaran memanaskan, menjadi cair, atau terus menyejat, mendepositkan filem nipis pada permukaan substrat.
Terdapat dua jenis sumber pemendapan wap untuk pemanasan rasuk elektron: senapang elektron senapang lurus dan senapang elektron jenis-e (juga bulat). Rasuk elektron dipancarkan dari sumber dan difokuskan dan dipesongkan oleh gegelung medan magnet untuk membedil dan memanaskan bahan filem. Kelebihannya termasuk keupayaan untuk menyejat sebarang bahan, ketulenan tinggi filem, tindakan langsung pada permukaan bahan, dan kecekapan haba yang tinggi. Kelemahan senjata elektron termasuk struktur yang kompleks, kos yang tinggi, penguraian sebatian yang mudah semasa pemendapan, dan ketidakseimbangan kimia.
Penyejatan pemanasan aruhan ialah teknologi yang menggunakan pemanasan aruhan medan elektromagnet frekuensi tinggi untuk mengewap dan menyejat bahan, memeluwapkannya menjadi filem pada permukaan substrat. Kelebihannya termasuk kadar penyejatan yang tinggi, yang boleh menjadi kira-kira 10 kali lebih tinggi daripada sumber penyejatan rintangan. Suhu sumber penyejatan adalah stabil, menjadikannya kurang terdedah kepada percikan. Suhu mangkuk pijar adalah rendah, dan bahan pijar mempunyai kurang fouling membran. Kelemahannya termasuk keperluan untuk melindungi peranti penyejatan, kos tinggi dan peralatan yang kompleks.
Walaupun prinsip ketiga-tiga teknologi salutan penyejatan ini untuk peralatan salutan vakum adalah sama, semuanya menggunakan penyejatan suhu tinggi untuk mengewapkan bahan untuk salutan. Walau bagaimanapun, persekitaran di mana ia digunakan adalah berbeza, dan bahan salutan serta substrat juga mempunyai keperluan yang berbeza.
Sejatan pemanasan aruhan frekuensi tinggi ialah proses meletakkan pijar yang mengandungi bahan salutan di tengah gegelung lingkaran frekuensi tinggi, menyebabkan bahan salutan menghasilkan arus pusar yang kuat dan kesan histerisis di bawah aruhan medan elektromagnet frekuensi tinggi, mengakibatkan dalam pemanasan lapisan filem sehingga ia mengewap dan menyejat. Sumber penyejatan umumnya terdiri daripada gegelung frekuensi tinggi yang disejukkan dengan air dan bekas grafit atau seramik (magnesium oksida, aluminium oksida, boron oksida, dll.). Bekalan kuasa frekuensi tinggi menggunakan frekuensi 10000 hingga beberapa ratus ribu hertz, dengan kuasa input beberapa hingga beberapa ratus kilowatt. Semakin kecil isipadu bahan membran, semakin tinggi frekuensi aruhan. Kekerapan gegelung aruhan biasanya dihasilkan menggunakan tiub kuprum yang disejukkan dengan air. Kelemahan kaedah penyejatan pemanasan aruhan frekuensi tinggi ialah ia tidak mudah untuk menala halus kuasa input. Ia mempunyai kelebihan berikut:
1. Kadar penyejatan yang tinggi:
2. Suhu sumber penyejatan adalah seragam dan stabil, dan tidak mudah untuk menghasilkan percikan titisan penyaduran
3. Satu kali memuatkan sumber penyejatan, kawalan suhu agak mudah, dan operasinya mudah.
Kelebihan teknologi salutan magnetron sputtering adalah seperti berikut
1. Kadar pemendapan yang tinggi. Disebabkan oleh penggunaan elektrod magnetron berkelajuan tinggi, arus ion yang besar boleh diperolehi, dengan berkesan meningkatkan kadar pemendapan dan kadar sputtering proses salutan ini. Berbanding dengan proses salutan sputtering lain, sputtering magnetron mempunyai kapasiti pengeluaran dan output yang tinggi, dan digunakan secara meluas dalam pelbagai pengeluaran perindustrian.
2. kecekapan kuasa tinggi. Sasaran sputtering magnetron biasanya memilih voltan dalam julat 200V-1000V, biasanya 600V, kerana voltan 600V hanya dalam julat kecekapan kuasa yang paling berkesan.
Tenaga sputtering yang rendah. Voltan rendah yang digunakan pada sasaran magnetron dan medan magnet mengehadkan plasma berhampiran katod, yang boleh menghalang zarah bercas tenaga tinggi daripada terkena pada substrat.
3. Suhu substrat adalah rendah. Elektron yang dijana semasa nyahcas anodik boleh digunakan tanpa memerlukan pembumian sokongan substrat, yang boleh mengurangkan pengeboman elektron pada substrat dengan berkesan. Oleh itu, suhu substrat adalah agak rendah, menjadikannya sangat sesuai untuk menyalut beberapa substrat plastik yang tidak begitu tahan terhadap suhu tinggi.
Goresan tidak rata pada permukaan sasaran sputtering magnetron. Goresan permukaan yang tidak rata bagi sasaran sputtering magnetron disebabkan oleh medan magnet sasaran yang tidak sekata, mengakibatkan kadar goresan yang lebih tinggi di lokasi tempatan sasaran dan kadar penggunaan berkesan bahan sasaran yang lebih rendah (hanya 20% -30% kadar penggunaan) . Oleh itu, untuk meningkatkan kadar penggunaan bahan sasaran, adalah perlu untuk menukar pengagihan medan magnet melalui cara tertentu, atau menggunakan magnet untuk bergerak dalam katod, yang juga boleh meningkatkan kadar penggunaan bahan sasaran.
4. Sasaran komposit. Filem aloi bersalut sasaran komposit boleh dihasilkan. Pada masa ini, filem aloi Ta Ti, (Tb Dy) - Fe, dan Gb Co telah berjaya didepositkan menggunakan teknologi pemercik magnetron komposit. Terdapat empat jenis struktur untuk sasaran komposit, iaitu sasaran tertanam bulat, sasaran tertanam segi empat sama, sasaran tertanam persegi kecil, dan sasaran tertanam berbentuk kipas. Antaranya, struktur sasaran terbenam berbentuk kipas mempunyai kesan penggunaan terbaik.
5. Pelbagai aplikasi. Proses sputtering magnetron boleh mendepositkan banyak unsur, termasuk 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, dll.
Teknologi salutan ion vakum
Teknologi penyaduran ion vakum(disingkat sebagai penyaduran ion) pertama kali dibangunkan oleh D M. Mattox telah dicadangkan dan dipraktikkan pada tahun 1963 sebagai teknologi salutan yang menggabungkan penyejatan dan sputtering. Ia adalah berdasarkan pengeboman ion, yang memanaskan bahan bersalut atau bahan kerja kepada keadaan cair, dan menggunakan pengeboman ion bertenaga tinggi untuk mendepositkan filem nipis logam atau semikonduktor yang dimendapkan secara kimia ke permukaan substrat, dengan itu memperoleh filem nipis dengan struktur dan sifat tertentu.
Proses penyaduran ion adalah untuk menyambung sumber penyejatan ke anod dan bahan kerja ke katod. Apabila arus terus voltan tinggi sebanyak tiga hingga lima ribu volt digunakan, nyahcas arka dijana antara punca penyejatan dan bahan kerja. Disebabkan oleh gas argon lengai yang diisi dalam hud vakum, sebahagian daripada gas argon diionkan di bawah tindakan medan elektrik nyahcas, membentuk zon gelap plasma di sekeliling bahan kerja katod. Ion argon bercas positif tertarik oleh voltan tinggi negatif katod dan mengebom dengan ganas permukaan bahan kerja, menyebabkan zarah dan kotoran pada permukaan bahan kerja terpercik dan tercampak keluar, sekali gus membolehkan permukaan bahan kerja menjadi. dibersihkan sepenuhnya oleh pengeboman ion. Selepas itu, bekalan kuasa AC bagi sumber penyejatan disambungkan, dan zarah bahan yang tersejat mencair dan menyejat, memasuki zon nyahcas cahaya dan terion. Ion bahan sejat bercas positif, tertarik oleh katod, meluru ke arah bahan kerja bersama ion argon. Apabila jumlah ion bahan sejat yang didepositkan pada permukaan bahan kerja melebihi jumlah ion yang terpercik, ia secara beransur-ansur terkumpul untuk membentuk salutan yang melekat pada permukaan bahan kerja.
Struktur salutan penyaduran ion adalah padat, tanpa lubang jarum, buih, dan ketebalan seragam. Kaedah ini sangat sesuai untuk menyalut bahagian dengan lubang dalaman, alur, dan jurang sempit yang sukar disalut dengan kaedah lain, dan tidak membentuk nodul logam. Disebabkan keupayaannya untuk membaiki keretakan dan kecacatan kecil seperti lubang pada permukaan bahan kerja, proses ini dapat meningkatkan kualiti permukaan dan sifat fizikal dan mekanikal bahagian bersalut dengan berkesan. Ujian keletihan telah menunjukkan bahawa jika dikendalikan dengan betul, hayat keletihan bahan kerja boleh ditingkatkan sebanyak 20% hingga 30% berbanding sebelum penyaduran.
Ciri-ciri Salutan Ion Vakum
Berbanding dengan penyejatan dan sputtering, penyaduran ion mempunyai ciri-ciri berikut:
(1) Prestasi lekatan yang baik salutan
Semasa salutan vakum biasa, hampir tiada lapisan peralihan yang menghubungkan permukaan bahan kerja dan salutan. Semasa penyaduran ion, apabila ion mengebom bahan kerja pada kelajuan tinggi, ia boleh menembusi permukaan bahan kerja dan membentuk lapisan resapan yang ditanam secara mendalam ke dalam substrat. Kedalaman resapan antara muka penyaduran ion boleh mencapai empat hingga lima mikrometer. Pada peringkat awal salutan, sputtering dan pemendapan wujud bersama, dan lapisan peralihan atau lapisan campuran komponen filem dan substrat boleh dibentuk pada antara muka antara filem dan substrat, dipanggil lapisan penyebaran pseudo, yang boleh meningkatkan prestasi lekatan secara berkesan. daripada lapisan filem.
(2) Keupayaan penyaduran yang kuat
Semasa penyaduran ion, zarah bahan yang tersejat bergerak mengikut arah medan elektrik dalam bentuk ion bercas. Oleh itu, di mana sahaja terdapat medan elektrik, salutan yang baik boleh diperolehi, yang jauh lebih baik daripada salutan vakum biasa yang hanya boleh mendapatkan salutan ke arah terus. Oleh itu, kaedah ini sangat sesuai untuk kawasan pada bahagian bersalut yang sukar disalut dengan kaedah lain, seperti lubang dalam, alur, dan celah sempit.
(3) Kualiti salutan yang baik
Salutan penyaduran ion mempunyai struktur padat, tiada lubang jarum, tiada buih, dan ketebalan seragam. Malah tepi dan alur boleh disalut secara seragam, dan bahagian seperti benang juga boleh disalut dengan kekerasan yang tinggi, rintangan haus yang tinggi (pekali geseran rendah), rintangan kakisan yang baik, dan kestabilan kimia, mengakibatkan jangka hayat lapisan filem yang lebih lama; Pada masa yang sama, lapisan filem boleh meningkatkan penampilan dan prestasi hiasan bahan kerja dengan ketara.
(4) Permudahkan proses pembersihan
Kebanyakan proses salutan sedia ada memerlukan pembersihan ketat bahan kerja terlebih dahulu, dan prosesnya agak bertanggungjawab. Semasa proses penyaduran ion, sebilangan besar zarah tenaga tinggi yang dihasilkan oleh nyahcas cahaya digunakan untuk mencipta kesan sputtering katodik pada permukaan, yang membersihkan gas dan minyak yang terjerap pada permukaan substrat dengan sputtering, membersihkan permukaan substrat sehingga keseluruhan proses salutan selesai, memudahkan banyak kerja pembersihan pra saduran.
(5) Bahan bersalut yang tersedia secara meluas
Penyaduran ion ialah proses menggunakan ion bertenaga tinggi untuk mengebom permukaan bahan kerja, menukar sejumlah besar tenaga elektrik kepada tenaga haba pada permukaan bahan kerja, dengan itu menggalakkan resapan dan tindak balas kimia dalam tisu permukaan, dan bahan kerja tidak terjejas oleh suhu tinggi. Oleh itu, proses salutan ini mempunyai pelbagai aplikasi dan kurang terhad. Biasanya, pelbagai logam, aloi, serta bahan sintetik tertentu, bahan penebat, bahan termosensitif, dan bahan takat lebur tinggi boleh disadur. Bahan kerja logam boleh disadur dengan bukan logam atau logam, serta logam atau bukan logam, dan juga plastik, getah, kuarza, seramik, dll.
Klasifikasi Salutan Ion Vakum
Terdapat pelbagai kombinasi kaedah pengionan dan pengujaan untuk sumber dan atom penyejatan yang berbeza, yang membawa kepada kemunculan banyak kaedah penyaduran ion sumber penyejatan. Kaedah biasa termasuk penyaduran ion sputtering dan penyaduran ion sejatan berdasarkan pemerolehan zarah membran.
1. Penyaduran ion jenis sputtering
Dengan menggunakan ion bertenaga tinggi untuk memercikkan permukaan bahan membran, zarah logam dihasilkan. Zarah logam terion menjadi ion logam dalam ruang pelepasan gas, dan ia mencapai substrat di bawah bias negatif untuk memendap dan membentuk filem.
Penyaduran ion penyejatan
Memanaskan bahan salutan melalui pelbagai kaedah pemanasan untuk menyejat dan menghasilkan wap logam, yang kemudiannya dimasukkan ke dalam ruang nyahcas gas teruja dalam pelbagai cara untuk mengion menjadi ion logam. Ion-ion ini mencapai substrat di bawah pincang negatif dan memendap ke dalam filem.
Antaranya, penyaduran ion penyejatan boleh dibahagikan kepada penyaduran ion dua peringkat DC, penyaduran ion katod berongga, penyaduran ion arka dawai panas, dan penyaduran ion arka katod mengikut prinsip nyahcas yang berbeza. Penyaduran ion sekunder DC adalah pelepasan cahaya yang stabil; Penyaduran ion katod berongga dan penyaduran ion arka dawai panas adalah kedua-dua pelepasan arka terma, dan sebab penjanaan elektron boleh diringkaskan secara ringkas sebagai pelepasan haba elektron di luar nukleus akibat pemanasan bahan logam ke suhu tinggi; Jenis nyahcas penyaduran ion arka katodik adalah berbeza daripada jenis penyaduran ion sebelumnya, dan ia menggunakan nyahcas arka sejuk.
(1) Penyaduran ion katod berongga (HCD)
Menggunakan nyahcas katod panas berongga untuk menghasilkan pancaran elektron plasma. Ciri-ciri penyaduran ion katod berongga: ① Pistol katod berongga HCD adalah kedua-dua sumber haba untuk pengegasan bahan membran dan sumber pengionan untuk zarah sejat, dan kaedah pengionan adalah menggunakan perlanggaran rasuk elektron tekanan rendah; ② Menggunakan voltan pecutan antara 0V hingga beberapa ratus volt, pengionan dan pecutan ion beroperasi secara bebas Boleh melakukan penyaduran ion reaktif dengan baik; ④ Kenaikan suhu substrat adalah kecil, dan substrat masih perlu dipanaskan semasa salutan; ⑤ Kecekapan pengionan yang tinggi, tempat pancaran elektron yang besar, dan boleh didepositkan pada pelbagai filem.
(2) Penyaduran ion arka katodik
Penyaduran ion arka katodik ialah kemuncak teknologi salutan ion arus perdana, yang menggunakan nyahcas arka sejuk dan mempunyai kadar pengionan zarah tertinggi di antara banyak teknologi salutan PVD.
