Klassificering och teori av PVD Coating Technology

Klassificering och teori om PVD beläggningsteknik

Som ett slags speciellt formmaterial kan tunnfilm vara amorf, polykristallin och monokristallin. Den kan vara tillverkad av enkla element eller föreningar, oorganiska material eller organiska material.

Tunnfilmstekniken innefattar fysisk ångavsättning (förångning, sputtering, jonplätering, arkplätering, plasmatransplantering) och kemisk ångavsättning. Tekniken som används i vår fabrik är Physical Vapor Deposition (PVD).

En.Vakuumavdunstningsbeläggning

Motståndsuppvärmning avdunstning och elektronstråleuppvärmning avdunstning:

1. Grundläggande principer:

Ett förfarande i vilket substratet eller arbetsstycket som ska beläggas placeras i en högvakuumkammare och upphettas för att förånga (eller sublimera) det filmbildande materialet och avsättas på ytan av substratet eller arbetsstycket för att bilda en tunn film.

2. Typ av förångningskälla:

(a) (b) (c) (d)

3. Faktorer som påverkar filmkvaliteten:

A. Substratets position

Lämplig placering av substrat är förutsättningen för att få en jämn film.

B. För att säkerställa membranets massa skall trycket vara så lågt som Pr (Pa).

L representerar avståndet från förångningskällan till substratet som L (cm).

C. Avdunstningshastighet. När avdunstningshastigheten är liten adsorberas gasmolekylerna omedelbart på de avsatta membranatomerna (eller molekylerna), vilket resulterar i lös membranstruktur, grova partiklar och många defekter. Tvärtom är membranstrukturen jämn och kompakt, den mekaniska hållfastheten är hög och spänningen inuti membranet är stor.

D. Under normala omständigheter ökar den adsorberade atomens kinetiska energi när substrattemperaturen är hög, och den bildade filmen är lätt att kristallisera och reducerar gitterdefekterna. När substrattemperaturen är låg är det inte tillräckligt med energi att leverera de adsorberade atomen, så det är lätt att bilda amorf film.

Två magnetmagnet sputtering beläggning

Magnetronsputtering är en ny typ av sputteringbeläggningsmetod utvecklad på basis av katodsputtering på 1970-talet. Eftersom den effektivt övervinner den dödliga svagheten hos låg katodutspädningshastighet och ökningen av substrattemperaturen orsakad av elektroner, har den erhållit snabb utveckling och bred tillämpning.

1. Magnetronputtring:

Fenomenet att atomer på målytan slås av med jon som bombar målmaterialet kallas förstoftning. Sputteringsfilm realiseras när atomerna som alstras genom sputtering avsätts på ytan av substratet (arbetsstycke).

Grundläggande principer för magnetronförstärkning:

Magnetronputtring var i stänkzon och ett magnetfält vinkelrätt mot det elektriska fältets riktning, i den ortogonala elektriska intensiteten och magnetfältet BE elektron-rörelseekvation, elektroniken i form av cyklidhjul längs målytan till vinkelrätt mot riktningen av E och B är parallell, sålunda avsevärt utökad den elektroniska färdvägen, ökade elektronkollisionerna med gasmolekyler, förbättra joniseringseffektiviteten. Så det sekundära elektronmagnetfältet under spårets styrning kan det alla användas för joniseringsenergi, när energiutmatningen endast absorberas av anoden (chassit). Följande bild:

Dessa elektroner accelereras av det elektriska fältet och får energi, och kolliderar sedan med gasens atomer eller molekyler, även om de joniserar, så att plasman kan bibehållas.

Magnetronförstärkning är att styra rörelsen av elektroner genom att lägga magnetfältet i banan till målytan, förlänga sin rörelse runt målytan och förbättra plasmadensiteten, så förstärkningsbeläggningsgraden förbättras avsevärt.

Sekundärt elektronutbyte:

Sekundärt elektronutbyte avser antalet sekundära elektroner per jon som bombar målet. Teoretisk analys visar att sekundärelektronutbytet av metallmålet är oberoende av jonenergi när jonenergin är mindre än 500eV (faktiskt mindre än 1000eV).

Sputtering avkastning:

Magnetronförstärkning har en arbetsspänning på 200 ~ 500V, vilket bestämmer att målets maximala jon energi är 500eV och den accelererade argonjonen är vinkelrät mot målet.

Samverkan mellan incidentjoner och material:

Samspelet mellan energibärande joner och målytan resulterar i:

A. Ytpartiklar: sputteringatomer, backscatteratomer, desorptionsföroreningsatomer och sekundära elektroner.
B. Ytans fysikalisk-kemiska fenomen: rengöring, etsning och kemiska reaktioner.
C. Pekadefekter, linjedeklarationer, heta dubbar, kollisionskaskader, jonimplantering, amorfa tillstånd och föreningar i materialets ytskikt.

Sputteringsteknik:

Sputteringsteknik kan delas in i:

A. Diodsputtering med likströmsljusutlopp;

B. Tripolysputtering genom bågutmatning av varm tråd;

C. Rf-sputtering med användning av rf-urladdning;

D. Magnetronputtringskontroll av glödladdning med sluten magnetfält för bana.

2 magnetron sputtering katod struktur:

För närvarande använder magnetronsprutningsanordningar för industriellt bruk huvudsakligen rektangulär plana magnetronsputteringskatod (figur a). I allmänhet har den använda målmaterialstorleken två specifikationer: VT-maskin: längdbreddstjocklek (450,5 120 6) mm; ZCK-maskin: 460 100 6. Cylindrisk magnetronsputteringskatod används också gradvis i produktion (figur b). Jämfört med dem är utnyttjandegraden för planmålmaterial endast 20-30%, det vill säga utnyttjandegraden är låg.

Figur en figur b

Figur a är ett slags magnetfält som produceras av permanentmagnetspårets rektangulära planetmagnetronsputteringskatod, målmaterialet i kontakt med polskoen. Utanför målmaterialet längs N-polskon, i mitten av en S-polsko, N- och S-polesko, utsattes för omvänd polaritet av strontiumferrit eller ndfeb-permanentmagneter. Sätt en permeabilitet av ren järnbaksida anslut den andra änden av permanentmagneten, nämligen att producera magnetfält av banans magnetiska krets.

Figur b är en cylindrisk ihålig magnetronkatod, som är ett katodmål med en magnet placerad i ett cylindriskt mål, med N och S-poler välordnade, vattenkylning och dynamisk tätning.
Polskonens funktion: att bilda en sluten magnetisk krets med mycket liten magnetisk resistans.

För närvarande använder vi vanliga permanenta magnetiska material: bariumferrit (BaO · 6F1e2O3), strontiumferrit (SrO · 6F1e2O3), ndfeb permanentmagnet.
Magnetronsputteringelektrod:
Praktiska magnetronsputteringelektroder har följande fyra grundläggande strukturer:

(a) koaxialcylinder; b) platt typ (c) kotte (S-pistol) typ; (d) plan eller cylindrisk ihålig typ
1 - substratet; 2 - målmaterial; 3 - skärm

3 sputtering process:
Teckningssystemschema för magnetronsputteringbeläggningsmaskin:

Sputtering processparametrar:

Förhållandet mellan målspänning u av sputtering och målströmtäthet J är följande: uJ = K1
Där K1 är det tillåtna värdet av måldriftstätheten, en konstant.

Målströmtätheten kan bestämmas enligt den valda målspänningen och den tillåtna måldriftstätheten.

Minska Ar-trycket är till hjälp för att förbättra avsättningshastigheten och förbättra beläggningens vidhäftning och filmdensitet. Magnetronsputtering Ar-trycket är vanligtvis valt som 0,5 Pa, gasens utsläppsimpedans med minskande Ar-tryckstegringar. Magnetron-sputtering, kan justera Ar-trycket på lämpligt sätt, göra respektive effektdensiteten och spänningen, samtidigt, nära dess målvärde och det bästa värdet. Därför förbättras processprincipen för deponeringshastigheten: så nära som möjligt för måletffektdensitetsvärdet; Målspänningen är så nära det optimala värdet som möjligt.

A. Sputtering av ren metallfilm:
Vid fysisk ångavsättning är både indunstning och sputtering lämplig för rena metallfilmer, men indunstningsgraden är högre.
För närvarande är de använda målmaterialen: Al, Ti, Cu, Cr, etc

B. Sputtering av legeringsfilm:
Bland de fysiska ångavsättningsteknikerna är sputtering det mest lämpliga för avsättning av legeringsfilmer. Sputtering metoder inkluderar multi-mål sputtering, mosaik mål sputtering och legering mål sputtering.
De målmaterial som används för närvarande innefattar AlTi, ZrTi, CuTi och så vidare.

C. Sputtering av sammansatt film:
Föreningsfilm hänvisar vanligen till filmskiktet som bildas genom den ömsesidiga kombinationen av metalliska element med C, N, B, S och andra icke-metalliska element. Pläteringsmetoderna innefattar DC-sputtering, rf-sputtering och reaktiv förstoftning.

1. Dc-sputteringsföreningsfilm måste användas. Exempelvis är ledande föreningsmål såsom SnO2, TiC, MoB och MoSi2 vanligen gjorda av pulvermetallurgi, vilket är mycket dyrt. Plätering av ITO transparent ledande film är en industriell tillämpning av DC sputtering förenad film.

2. Rf-förstoftning är inte begränsad av huruvida målet är ledande eller ej. Det kan vara metall eller isolerat keramiskt mål.

3. Reaktiv förstoftning är när metallmålet sputterar samtidigt till beläggningskammaren i gasen som innehåller de erforderliga icke-xin-elementen. TiC (svart) ANVÄNDER Ti-mål och arbetsgasen är Ar + C2H2 eller Ar + CH4.

Vid reaktiv förstoftning reagerar den injicerade reaktionsgasen inte bara med de filmatomer som avsätts på arbetsstycket för att bilda en för-bunden film utan reagerar även med målmaterialet för att bilda en förening på målytan, vilket kan göra avdrivningshastigheten för målet material och därmed minska beläggningsgraden även i storleksordning, vilket är lätt att orsaka målförgiftning.

Vid början av föreningarna i processen med förstoftning, bara i ren Ar, ökar sedan gradvis reaktionsgasen (C2H2 eller N2, etc.), i början av reaktionsgasen passerar bara, spridningshastighetsförändringen är inte stor , när reaktionsgas når en viss gräns, uppvisar förstoftningshastigheten den uppenbara förändringen och fortsätter sedan att öka reaktionsgasen, varvid sputtermängden uppvisade en återhållfast trend igen. Det visade sig att riktningen för den inverse processen i ett visst område mellan kurvan för felinriktningen, visas "hystereskurva" -bilden. Detta kallas "målförgiftningskurva". Se nedan:

Målförgiftningskurva
Åtgärder för att förhindra målförgiftning:
. Förbättra extraktionshastigheten för vakuumsystemet;
Minska reaktionsgasen.
Isolera reaktionsgasen från målet.

Exempel på förstoftningsförenade filmer är som följer:

Membranmaterial
artefakter
fungera
Tenn,
Höghastighets stålbit och fräs
Hård slitstarkt
Rostfritt stål hölje och rem
Gulddekorationen
Keramik och kakel
Gulddekorationen
ITO
Genomskinligt ledande glas
Transparent ledande
SiO2
Genomskinligt ledande glas
Förhindra natriumjondiffusion
Al2O3
Kretskort med integrerade kretsar
Isolationspassivation
MgF2
Optisk lins
Minus anti-reflektion
TiC
Rostfritt stål telefonväska och delar
dekoration

Magnetron sputtering jonpläteringsteknik:

Efter 80 s, kopplas bias av magnetron sputtering kallas magnetron sputtering Jonplating, hädanefter kallad Sputtering Ion Plating (Sputtreing Ion Plating, Förkortning SIP). Vår fabrik omfattar för närvarande användningen av utrustning av pläteringsfilm, nämligen användningen av tekniken.

1. Tillverkningsprocess av dekorativ beläggning (TiN eller TiC) genom magnetron-sputtering jonplatingsteknik:

2. PVD beläggningsprocess:

Sammanfattning: I enlighet med filmens krav spelar vakuumnivån en avgörande roll i filmens kvalitet. För de produkter som tillverkas av vår fabrik måste vakuumgraden före filmformning uppgå till 5,0 10-3pa (pumptiden är ca 30-60 minuter).

Pumpuppvärmning: När vakuumgraden är uppnådd (t.ex. 2,0 10-2pa), starta uppvärmning och öppna den roterande ramen.

Syfte: Att minska eller eliminera den adsorberade gasen på ytan av produkterna och vakuumkammaren genom att baka, för att förbättra filmens kvalitet och prestanda för att uppfylla kraven, men det måste noteras att:

A. I det riktiga området kan värmen slås på, vilket kan förhindra att ytan på ytan blir oxiderad.
B. Skivspelaren måste öppnas när värmen startas.

Målrengöring (även känd som punktmål): Målet kan endast öppnas och rengöras när vakuumgraden når ett visst område (det önskade utbudet av produkterna som tillverkas av vår fabrik är 7,0 10-3 ~ 5,0 10-3pa).

Mål: att avlägsna den adsorberade gasen och rengöra beläggningen på målets yta.

Ion rengöring: artefakter efter förvärmning, ytan kommer fortfarande att finnas där finns lite smuts, kan också ha litet oxidlager, jonrengöring är att avlägsna smuts och ytoxidationsskiktet är ett effektivt sätt. För att Ar-gasen fyller högtrycket i vakuumkammaren, artefakter och negativ förspänning som orsakas av glödladdning samtidigt, genom jonisering av Ar-ion under verkan av elektriskt fält, de högeffektiva bombarderande artefakterna och uppnå smuts på ytan på arbetsstycket stänker ut, ren och syftet med aktiveringen på lastens yta.

Filmbildning: När trycket av arbetsgasargon når en viss nivå öppnas målet och en lämplig mängd reaktiv gas tillsätts för förstoftning och slutligen erhålles den erforderliga filmen. För närvarande erhålls nitridfilm, oxidfilm och karbidfilm genom kväve (N2), syre (O2), metan (CH4), acetylen (C2H2), kolmonoxid (CO) och andra gaser.

Matter som behöver uppmärksamhet i filmbildningsförloppet:

1. Är Ar flödet och trycket normalt?
2. Innan du öppnar målet, ge förspänning, starta den roterande ramen och kontrollera om det finns en kortslutning i lasten.
3. Målspänningen, målströmmen, tryck- och förspänningsströmmen bör uppmärksammas under filmframställningsprocessen.

Kylning: Hög temperatur kommer att genereras under filmbildningsförfarandet, för att undvika filmskiktet från stress orsakad av temperaturskillnaden mellan insamlingskammarens insida och utsida. Efter filmbildningen krävs korrekt kylning innan filmen frisätts.
Vakuumkammare. Lastenhet och rengöring av vakuumkammaren.

Relaterade parametrar för magnetron-sputtering jonplätering:

Magnetronsputtering arbetsstycke har tre typer av elektrisk anslutning: jordning, upphängning och förspänning.
Beläggningsanordningen är vanligtvis en vakuumkammarehölje som anoden och bestämmelserna om nollpotential.
Suspension är processen att isolera arbetsstycket från anoden (hus) och katoden och suspendera den i plasma.
Bias är att lägga till tiotals volt till hundratals volts negativ förspänning på arbetsstycket, när bias är noll som är jordad.

1. Ion ankomstförhållande:

Vid jonplätering beror effekten av incidentjoner på filmens struktur och egenskaper huvudsakligen på jonenergi och jonflödet.
Vid jonplätering kallas energin som erhålls av incidentjonen på varje deponerad atom energimarginevärdet.
Ea = Ei (ev)
Typ av Ei är den energi av incidentjonen (ev), I / Φ Φ för joner att nå än a.

2. Bias och ström:

De praktiska processparametrarna för jonplätering är biaspänningen och strömtätheten hos arbetsstycket. För närvarande är vår fabrik i pläterings TiN eller TiC-processen, biaskontrollen tillsatt i -100 ~ -400V, biasström i 2 ~ 6A eller så .

3. Pulserad förstoftning:

Pulserad sputtering använder vanligtvis rektangulära vågspänningar.

Pulsperioden är T, tiden för målspruttering i varje cykel är t-delta T, delta T är den positiva pulstiden (bredd) som läggs till målet. V- och V + är spänningsamplituden för negativa och positiva pulser tillsatta till målet.

4. Onormala fall under drift:

För närvarande är huvudmodellerna som används i produktionen: vt-1200, SVS och COM kontinuerlig beläggningsmaskin, zck-1500 och andra olika typer av målutrustning.

Onormalt fenomen
Konsekvenserna
en.
Skölden på bilen är inte bra när målet är tvättat
Varans yta var förorenad, vilket resulterade i varans film efter explosionsbeläggningen
B
Bias kortslutning uppstår vid jonrengöring
Funktionstest NG efter filmbildning (avvisad)
C
Under filmbildningsförfarandet är reaktionsgasflödeshastigheten för stor (t.ex. C2H2), vilket resulterar i målförgiftning
Efter att produkterna kommit ut ur ugnen är filmbeläggningen eller färgen ojämn fenomen uppenbar
D
Målkylvatten öppnas inte under målöppningen
Utrustningskador, allvarliga orsakssjukdomar

IKS PVD, vakuumbeläggningsmaskin, kontakta: iks.pvd@foxmail.com