Разработка и применение технологии нанесения магнетронного распыления

Разработка и применение технологии нанесения покрытий магнетронным распылением

В последние годы с разработкой новых материалов, особенно разработкой и применением тонкопленочных материалов, быстрое развитие технологии нанесения напыления сыграло незаменимую роль в области научных исследований и промышленного производства. В этой статье в основном представлен процесс и разработка технологии нанесения покрытий напылением, характеристики различной крупной технологии нанесения магнетронного напыления и вводится основное применение технологии магнетронного распыления в различных областях.

Процесс нанесения покрытий напыления в основном заключается в том, чтобы сделать целевые материалы в тонкие пленки, которые закреплены на катоде системы напыления, а подложка тонких пленок, подлежащих нанесению, помещается на анод противоположной поверхности мишени. Система распыления закачивается в высокий вакуум и заполняется аргоном и т. д. Между катодом и анодом подается высокое давление, а между анодом и катодом создается тлеющий разряд низкого давления. В плазме, генерируемой разрядом, положительные ионы аргона движутся к катоду под действием электрического поля и сталкиваются с поверхностью мишени. Атомы-мишени, испускаемые с поверхности мишени после столкновения, называются распыляющимися атомами. Энергия атомов распыления обычно находится в диапазоне от одного до десятков электрон-вольт. Выделение покрытия заключается в использовании положительных ионов аргона, создаваемых тлеющим разрядом низкого давления, для бомбардировки катодной мишени на высокой скорости под действием электрического поля. Частицы, такие как атомы или молекулы в мишени, распыляются и осаждаются на поверхности подложки или заготовки с образованием требуемого слоя пленки. Однако процесс напыления распылением распыляет частицы с очень низкой энергией, что приводит к низкой скорости пленки.

Технология магнетронного распыления заключается в улучшении скорости формирования пленки на основе распыляющего покрытия, установления и электрического поля перпендикулярного магнитного поля на поверхности мишени, скорости ионизации аргонового газа на 0,5% с 0,3 до 5% 6%, так что может решить проблему напыления покрытие осаждения низкой, одним из основных методов являются точные покрытия промышленности. Материалы из магнетронного распыляющего катода могут быть получены из широкого спектра материалов, все металлы, сплавы и керамика могут быть приготовлены в мишени. Магнетронное распыляющее покрытие подходит для массового и высокоэффективного промышленного производства благодаря быстрой скорости осаждения и компактной пленке и хорошей адгезии к подложке под действием вертикального магнитного поля и электрического поля.

1. Процесс магнетронного распыления

В процессе магнетронного распыления конкретный процесс оказывает большое влияние на производительность пленки, а основной процесс заключается в следующем:

(l) очистка субстрата, главным образом паровой очисткой изопропиловым спиртом, с последующим быстрой сушкой после вымачивания субстрата этанолом и ацетоном для удаления масла на поверхности;

(2) вакуума. Вакуум должен контролироваться выше 2 * 10 ^-4 Па для обеспечения чистоты пленки;

(3) нагрев, чтобы удалить влажность поверхности подложки, улучшить адгезионную прочность пленки и подложки, необходимо нагревать подложку, температура обычно выбирается между 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) парциальное давление аргона, обычно в пределах 0,01 лПа, для удовлетворения условий давления тлеющего разряда;

(5). Задача - удалить оксидную пленку на поверхности целевого материала путем ионной бомбардировки, чтобы не повлиять на качество пленки.

(6) распыления. Положительные ионы, образованные ионизированным аргоном, могут под действием ортогонального магнитного поля и электрического поля бомбардировать материал мишени на высокой скорости, заставляя частицы мишени, испускаемые распылением, достигать поверхности подложки и осаждаться в пленку.

(7) при отжиге коэффициент теплового расширения пленки и подложки отличается, а сила связывания мала. Совместная диффузия пленки и атомов подложки при отжиге может эффективно улучшить адгезию.

2. Разработка технологии нанесения магнетронного распыления

В последние годы развитие технологии магнетронного распыления происходит очень быстро. Типичные методы включают сбалансированное магнетронное распыление, реактивное магнетронное распыление, среднечастотное магнетронное распыление и импульсное магнетронное распыление с высокой энергией.

Сбалансированное магнетронное распыление: самая традиционная технология магнетронного распыления включает в себя поместить постоянный магнит или электромагнитную катушку за мишень, которая образует магнитное поле, перпендикулярное направлению электрического поля на поверхности мишени. При ионизации аргонового газа под высоким давлением в плазму ион Ar + путем ускорения электрооборотом, заряжающего катодный материал, вторичные электроны являются распыляющим мишень-материалом, а электрон в роли перпендикулярного электрического поля и магнитного поля, связанного на катоде, вблизи поверхность материала мишени увеличивает риск столкновения между электроном и газом, что увеличивает скорость ионизации аргона, делает газ аргона также может поддерживать разряд при низком газе, поэтому магнетронное распыление снижает давление распыляющего газа, но также улучшает эффективность распыления и скорость осаждения. Однако существуют некоторые недостатки обычного магнетронного распыления. Например, как электроны, генерируемые разрядом низкого давления, так и другие электроны, испускаемые мишенью для распыления, связаны с площадью вокруг поверхности мишени около 60 мм, так что заготовка может быть размещена только в пределах 50 мм и 100 мм на поверхности мишени. Такой небольшой диапазон покрытия ограничивает размер обрабатываемой детали.

Реактивное магнетронное распыление: с развитием поверхностной инженерии все чаще используются различные виды сложных тонких пленок. Составные пленки могут быть получены распылением по мишеням, изготовленным из составных материалов, непосредственно или реактивными газами при распылении на мишени из металла или сплава. Последнее называется реактивным магнетронным распылением. В общем, легче получить высококачественные составные пленки, используя чистый металл в качестве реакции на мишень и газ.

M- осевое частотное магнетронное распыление: этот метод покрытия изменяет источник магнетронного напыления с обычного источника постоянного тока на среднечастотный источник переменного тока. В процессе распыления, когда напряжение, прикладываемое системой, находится в отрицательном полупериоде переменного тока, материал-мишень бомбардируется и распыляется положительными ионами, а в положительном полупериоде поверхность материала мишени бомбардируется и распыляется электронами в плазме, и в то же время накопленные положительные заряды на поверхности материала мишени нейтрализуются и подавление дугового явления подавляется. Если частота источника питания магнетронного распыления обычно составляет от 10 до 80 кГц, частота высокая, время ускорения положительных ионов невелико, энергия при попадании на мишень низка, а распыление скорость осаждения снижается соответственно. Система магнетронного распыления средней частоты обычно имеет две цели, которые периодически поворачиваются на катод и анод С другой стороны, это также устраняет феномен дуги.

Высокоэнергетическое импульсное магнетронное распыление: впервые после того, как шведские ученые использовали импульс высокой энергии в качестве режима питания магнетронного распыления и тонкопленочного осаждения Cu, HPPMS с тех пор, когда в последние годы повышенная интенсивность ионизации металла увеличивалась, импульсная энергия с высокой энергией магнетронная технология распыления - это использование высокой пиковой мощности импульсов и низких импульсных отношений, что приводит к высокой скорости ионизации металла распылением магнетронного распыления, из-за короткой продолжительности импульса средняя мощность невелика, этот катод не перегревается и не увеличивает целевые требования к охлаждению. Его пиковая мощность в 100 раз больше, чем обычное магнетронное распыление, которое составляет около 1000-3000 Вт / см2. Плотность плазмы может достигать 1018 м-3 порядка. Скорость ионизации распыляемого материала очень велика, а мишень распыляющего Cu может достигать 70%.

3. Применение технологии нанесения магнетронного распыления

Технология нанесения магнетронного напыления в основном используется для нанесения металлических или сложных тонких пленок из пластмасс, керамики, стекла, кремния и других продуктов для получения ярких, красивых и экономичных продуктов металлизации поверхности из пластмасс и керамики. Технология изготовления пленок, светильников, мебели, игрушек, декоративно-прикладного искусства, декоративных и других жилых полей обычно использует метод магнетронного распыления, который также применяется в промышленных областях военной защитной пленки, оптического продукта, магнитного носителя записи, монтажной платы , влагостойкая и проницаемая пленка, износостойкая пленка, стойкость к коррозии и коррозионная стойкость.

Магнетронное распыление применяется не только в научно-исследовательских и промышленных областях, но также распространяется и на многие ежедневные поставки, которые в основном используются для получения сложных тонких пленок химическим осаждением из паровой фазы. Технология магнетронного распыления используется в течение многих лет в процессе подготовки электронной упаковки и оптических тонких пленок, особенно усовершенствованная технология неравновесной магнетронной распылительной техники с промежуточной частотой также применяется в оптических тонких пленках и прозрачном проводящем стекле. В настоящее время широко используется прозрачное проводящее стекло, такое как телевизионные компьютерные дисплеи, электромагнитные микроволновые и радиочастотные экранирующие устройства и устройства, солнечные элементы и т. Д. Кроме того, технология нанесения магнетронного распыления играет важную роль в оптической памяти. Кроме того, эта технология широко используется в поверхностно-функциональной пленке, самосмазывающейся пленке, сверхтвердой пленке и т. Д.

В дополнение к упомянутым выше областям, которые широко используются, технология нанесения магнетронного распыляющего покрытия также играет важную роль в исследовании высокотемпературных сверхпроводящих тонких пленок, гигантских магниторезистивных тонких пленок, сегнетоэлектрических тонких пленок, люминесцентных тонких пленок, тонкой пленки с памятью формы пленок и солнечных элементов.

4. Вывод

Технология нанесения покрытий на основе магнетронного распыления стала одним из основных методов получения тонких пленок благодаря своим замечательным преимуществам. Неравновесное магнетронное распыление улучшает распределение плазмы и качество пленки. Разработка технологии нанесения покрытий на основе среднечастотного распыления эффективно преодолела явление разрушения дуги в процессе реактивного распыления, уменьшило структурные дефекты пленки и значительно увеличило скорость осаждения пленки. Высокоскоростное распыление и технология импульсного магнетронного распыления с высокой энергией открывают новую область исследований для распыляющих пленок. В будущих исследованиях, новой технологии распыления для продвижения в области жизни, сочетание технологии осаждения магнетронного напыления и компьютера станет горячей темой исследования, используя компьютерное моделирование покрытия, когда магнитное поле, электрическое поле, температурное поле, и распределение плазмы, предложит технологию нанесения покрытий напылением для развития расширения огромного пространства, способствуют технологии нанесения покрытий магнетронным распылением на трансформацию промышленных и жилых полей.