Katodisk Arc Deposisjon

Katodisk bueavsetning eller Arc-PVD er en fysisk dampavsetningsteknikk der en elektrisk lysbue brukes til å fordampe materiale fra et katodemål . Det fordampede materialet kondenserer deretter på et substrat, som danner en tynn film . Teknikken kan brukes til å deponere metalliske , keramiske og komposittfilmer .

Prosess

Buen fordampningsprosessen begynner med å slå på en høy strøm , lavspenningsbue på overflaten av en katode (kjent som målet) som gir opphav til en liten (vanligvis noen få mikrometer bred), svært energisk emitterende område kjent som en katode få øye på. Den lokaliserte temperaturen på katodepunktet er ekstremt høy (rundt 15000 ° C), noe som resulterer i en høyhastighets (10 km / s) stråle av fordampet katodemateriale, og etterlater et krater på baksiden av katodoverflaten. Katodflaten er bare aktiv i en kort periode, så det slukker og antennes igjen i et nytt område nær det forrige krateret. Denne oppførselen forårsaker tilsynelatende bevegelse av buen.

Da båten i utgangspunktet er en nåværende bæreledning, kan den påvirkes av anvendelsen av et elektromagnetisk felt , som i praksis brukes til å raskt bevege bue over hele overflaten av målet, slik at total overflate blir uthulet over tid.

Buen har ekstremt høy effektdensitet, noe som resulterer i et høyt ioniseringsnivå (30-100%), flere ladede ioner , nøytrale partikler, klynger og makropartikler (dråper). Hvis en reaktiv gass innføres under fordampningsprosessen, kan dissosiasjon , ionisering og eksitasjon oppstå under samspill med ionflussen og en sammensatt film vil bli avsatt.

En ulempe ved buenavdampningsprosessen er at hvis katodepunktet forblir ved et fordampningssted for lenge, kan det skje ut en stor mengde makropartikler eller dråper. Disse dråpene er skadelige for ytelsen til belegget da de er dårlig klæbet og kan strekke seg gjennom belegget. Det er enda verre om katodemålematerialet har et lavt smeltepunkt, slik som aluminium, kan katodflaten fordampe gjennom målet, noe som resulterer i at mål-bakplaten blir fordampet eller kjølevann inn i kammeret. Derfor er magnetfelt som nevnt tidligere brukt til å styre bevegelsen av buen. Hvis sylindriske katoder blir brukt, kan katodene også roteres under avsetning. Ved å ikke la katodepunktet forbli i en posisjon for lenge, kan aluminiummål brukes og antall dråper reduseres. Noen selskaper bruker også filtrerte buer som bruker magnetfelt for å skille dråpene fra beleggflussen.

Utstyrsdesign

Sablev-type katodisk bueskild, som er den mest brukte i Vesten, består av et kort sylindrisk form elektrisk ledende mål ved katoden med en åpen ende. Dette målet har en elektrisk flytende metallring som er omgitt av å fungere som en bue-inneslutning (Strel'nitskij skjold). Anoden for systemet kan enten være vakuumkammerveggen eller en diskret anode. Arc-punkter er generert av mekanisk utløser (eller tenner) som strekker seg på den åpne enden av målet, noe som gjør en midlertidig kortslutning mellom katoden og anoden. Etter at buepunktene er generert, kan de styres av magnetfelt eller flytte tilfeldig i fravær av magnetfelt.

Plasma strålen fra katedralkilden inneholder noen større klynger av atomer eller molekyler (såkalte makropartikler), noe som forhindrer at det er nyttig for noen applikasjoner uten noen form for filtrering. Det er mange design for makro-partikkelfilter, og den mest studerte designen er basert på arbeidet fra II Aksenov et al. på 70-tallet. Den består av en kvart toruskanal bøyd 90 grader fra buekilden, og plasmaet ledes ut av kanalen etter prinsippet om plasmaoptikk.

Det finnes også andre interessante design, som et design som inneholder et rett kanalfilter innebygd med avkortet kjegleform katode som rapportert av DA Karpov på 90-tallet. Denne utformingen ble ganske populær blant både de tynne hardfilmcoatere og forskere i Russland og tidligere Sovjetunionen land til nå. Katodisk bueskild kan gjøres til den lange rørformen (utvidet bue) eller lang rektangulær form, men begge designene er mindre populære.

applikasjoner

Katodisk buetavsetning brukes aktivt til å syntetisere ekstremt hardfilm for å beskytte overflaten på skjæreverktøy og utvide livet betydelig. Et bredt spekter av tynne hardfilm , Superhard belegg og nanokomposittbelegg kan syntetiseres med denne teknologien, inkludert TiN , TiAlN , CrN , ZrN , AlCrTiN og TiAlSiN .

Dette brukes også ganske mye spesielt for karbonionavsetning for å lage diamantlignende karbonfilmer . Fordi ionene blastes fra overflaten ballistisk , er det vanlig for ikke bare enkeltatomer, men større atomerklynger som skal kastes ut. Dermed krever denne typen system et filter for å fjerne atomklynger fra strålen før avsetting. DLC-filmen fra filtrert lysbue inneholder ekstremt høy prosentandel av sp3-diamant som er kjent som tetraedral amorf karbon eller ta-C .

Filtrert katodisk lysbue kan brukes som metallion / plasmakilde for ionimplantasjon og implantasjon og deponering av plasmaimmersjon Ion (PIII & D).