Införandet av katodiskt Arc nedfall

Katodiskt Arc nedfall är en allmänt använd industriell process för att tillämpa hög kvalitet tunn filmbeläggningar. Processen baseras på låg spänning, hög nuvarande katodiskt arc fysik som producerar en tät, högt joniserat plasma. Katodiskt Arc nedfall kännetecknas av en nästan 100% joniserat nedfall plasma med relativt high-energy nedfall joner.

Katodiskt Arc nedfall arbeten under vakuum villkor använda specialdesignade nedfall huvuden. Katodiskt Arc nedfall kan drivas i antingen DC eller pulserande lägen. I båda fallen gäller en strömförsörjning en spänning som producerar en arc ansvarsfrihet mellan anod och katod. Den nuvarande bågen är koncentrerad över en liten yta på katoden vilket skapar en extremt hög strömtäthet (~ 1012 A/m2) på vad kallas allmänt ”katod spots”.

Denna hög strömtäthet är associerade med en extremt hög effekttäthet (~ 1013 W/m2) som ger en lokaliserad fasomvandling av solid målet (katod materialet) nästan fullständigt joniserat nedfall plasma. Plasman expanderar snabbt in i omgivande vakuum mot underlaget.

På tiden av nedfall på substraten har plasma ion hastigheter med kinetiska energier ca 20 eV för lätta grundämnen och 200 eV för tunga grundämnen. Detta kan jämföras med sputtring, där energin är några eV på mest. 

I området i närheten finns det flera fördelar med högre ion energier är associerad med katodiskt Arc nedfall. Till exempel katodiskt Arc nedfall filmer tenderar att vara tätare och har bättre vidhäftning egenskaper än filmer produceras med andra metoder. Deponerade atomerna penetrera ytan, låsning beläggning på ytan med hög vidhäftning.

Energisk jonerna skapad av katodiskt Arc nedfall också tillåta användning av lägre substrat temperaturer jämfört med andra processer. Detta beror på att katodiskt Arc nedfall jonerna bära tillräcklig energi till formuläret tät, kompakt filmer utan behov av ytterligare värmeenergi ska tillhandahållas av substratet.

Katodiskt Arc nedfall hög jonisering bråkdel tillåter nedfall materialet kontrolleras. Till exempel genom polarisering substratet, kan inverkan energin av jonerna på substratet ökas. Plasma strömmen kan också vara rastered med hjälp av magnetfält, vilket gör att nedfall materialet flyttas om ytan, genomsnitt beläggning utan att flytta substratet.

För reaktiva nedfall tillåter katodiskt Arc nedfall kemiskt korrekt filmer produceras över ett brett spektrum av gastryck. Detta underlättar nödvändigheten för exakt tryckreglering, vilket ökar avkastningen och minskar omarbetningar, minska kostnaderna för beläggningen. Däremot lider reaktiv sputtring ofta av ”target förgiftning”, i som syre inkräktar på ytan av mål och former för kväveoxider, påverka andelen fräsande. Detta skapar enhetlighet problem med beläggningen. På grund av den energi som är associerad med katodiskt Arc nedfall processer, uppstår mål förgiftning inte lika lätt, producera mer enhetlig filmer med färre problem.

Katodiskt Arc nedfall processen ger så kallade ”makro partiklar” (eller droppar) tillsammans med nedfall plasma. Makro partiklar varierar i storlek från mindre än en mikrometer till cirka 10 mikrometer i diameter. För många beläggning program (verktygsbeläggningar till exempel) makro partiklarna är inte skadlig och inga åtgärder vidtas för att eliminera dem. Dock för vissa program (t.ex. optiska beläggningar) makrona försämra beläggningen tillräckligt att de måste tas bort. Detta sker vanligtvis med 90 graders magnetiskt filter som vägleder nedfall plasma från rak linje trajectoriesen av makron. Använder ett filter tas över 99% av makron bort, producerar högkvalitativa, partikel-fri beläggningar.