Utvikling og anvendelse av Magnetron Sputtering Coating Technology

Utvikling og anvendelse av magnetron sputtering belegg teknologi

I de senere årene har utviklingen av nye materialer, spesielt utviklingen og anvendelsen av tynnfilmmaterialer, utviklet seg raskt til sputter deponeringsteknologi, og har spilt en uerstattelig rolle innen vitenskapelig forskning og industriell produksjon. Dette papiret lanserer i hovedsak prosessen og utviklingen av sputterdeponeringsteknologi, egenskapene til ulike store magnetronforstøvningsplatingsteknologi, og introduserer hovedapplikasjonen av magnetronsputteringsteknologi på forskjellige felt.

Prosessen med forstøvningsbelegning er hovedsakelig å lage målmaterialer i tynne filmer som er festet på katoden i sputteringavsetningssystemet, og substratet av tynne filmer som skal deponeres, plasseres på anoden til motsatt målflate. Sputtersystemet pumpes til høyvakuum og fylles med argon etc. Et høyt trykk påføres mellom katode og anode, og en lavtrykkslysutladning genereres mellom anode og katode. I plasmaet som genereres ved utladning, beveger argon-positive ioner seg mot katoden under virkningen av elektrisk felt og kolliderer med målflaten. Målatomer som sendes ut fra målflaten etter å ha blitt kollidert, kalles forstøvningsatomer. Energien til sputtering-atomer ligger generelt i området fra en til dusinvis av elektronvolt. Sponingsbelegget er å bruke argon-positive ioner dannet ved lavtrykkslysutladning for å bombardisere katodemål ved høy hastighet under virkningen av elektrisk felt. Partikler som atomer eller molekyler i målet blir sputtered og avsatt på overflaten av substrat eller arbeidsstykke for å danne det nødvendige filmlaget. Imidlertid sputter sputteavsetningsprosessen partikler med meget lav energi, noe som resulterer i lav filmhastighet.

Magnetron sputteringsteknologi er å forbedre filmdannelsesraten på grunnlag av sputteringbelegg, etablering og elektrisk felt vinkelrett magnetfelt i overflaten av målet, argongassjoniseringshastigheten en 0,5% økning fra 0,3% til 5% 6%, slik at den kan løse problemet med sputtering belegg deponering er lav, en av de viktigste metodene er presis belegg industrien. Magnetron sputtering katodematerialer kan fremstilles fra et bredt spekter av materialer, alle metaller, legeringer og keramikk kan fremstilles i mål. Magnetron sputtering belegg er egnet for masse og høy effektivitet industriell produksjon på grunn av sin hurtige avsetning og kompakt film og god vedheft til substratet under effekten av vertikalt magnetfelt og elektrisk felt.

1. Prosessen med magnetron sputtering

I magnetronsputteringprosessen har den spesifikke prosessen stor innvirkning på filmytelsen, og hovedprosessen er som følger:

(1) substratrengjøring, hovedsakelig ved damprengjøring med isopropylalkohol, etterfulgt av hurtig tørking etter suging av substratet med etanol og aceton for å fjerne olje på overflaten;

(2) vakuum. Vakuumet må styres over 2 * 10 ^-4 Pa for å sikre renheten av filmen;

(3) oppvarming, for å fjerne substratoverflaten fuktighet, forbedre vedheftstyrken til filmen og substratet, trenger å varme substrat, temperatur vanligvis velge mellom 150 ~ 150 ° C ;

(4) argonpartialtrykk, generelt innenfor området 0,01 lPa, for å tilfredsstille trykkbetingelsen for glødutladning;

(5) presputtering. Preskuttering er å fjerne oksydfilmen på overflaten av målmaterialet ved ionbombardement for ikke å påvirke filmkvaliteten.

(6) forstøvning. De positive ioner som dannes av argonjonisert kan, under påvirkning av ortogonalt magnetfelt og elektrisk felt, bombardere målmaterialet ved høy hastighet, slik at målpartiklene utstrålet ved sputtering når overflaten av substratet og legges inn i en film.

(7) under annealing, er termisk ekspansjonskoeffisient for filmen og substratet forskjellig, og bindekraften er liten. Den gjensidig diffusjon av filmen og substratatomene under annealing kan effektivt forbedre adhesjonen.

2. Utvikling av magnetron sputtering belegg teknologi

I de siste årene er utviklingen av magnetron sputtering teknologi svært rask. Typiske metoder inkluderer balansert magnetron-sputtering, reaktiv magnetron-sputtering, mediumfrekvensmagnetron-sputtering og høy-energi-pulsmagnetron-sputtering.

Balansert magnetronsputtering: Den mest tradisjonelle magnetronsputteringsteknikken innebærer å plassere en permanent magnet eller en elektromagnetisk spole bak målet, som danner et magnetfelt vinkelrett på retningen av det elektriske feltet på overflaten av målet. I argongassjonisering under høyt trykk i et plasma, Ar + ion ved det elektriske feltakselerasjons bombarderende katodemateriale, er sekundære elektroner forstøvningsmålmateriale og elektron i rollen som vinkelret elektrisk felt og magnetfelt, bundet ved katoden, nær overflaten av målmaterialet øker risikoen for kollisjon mellom elektron og gass, noe som øker argongassjoniseringshastigheten, gjør argongassen også i stand til å opprettholde utladningen under lav gass, og magnetronforstøvning både reduserer sputteringstrykket, men forbedrer også effektiviteten av sputtering og deponering rate. Imidlertid er det noen ulemper med konvensjonell magnetronsputtering. For eksempel er begge elektronene som genereres ved lavtrykksutladning og de andre elektronene som utstråles av sputtermål, bundet til området rundt målflaten på ca. 60 mm, slik at arbeidsemnet kun kan plasseres innenfor området 50 mm og 100 mm på målflaten. Et så lite spekter av belegg begrenser størrelsen på arbeidsstykket som skal belagt.

Reaktiv magnetron sputtering: Med utvikling av overflate engineering, brukes ulike typer sammensatte tynne filmer mer og mer. Sammensatte filmer kan fremstilles ved sputtering på mål laget av sammensatte materialer direkte eller ved reaktive gasser når sputtering på metall eller legeringsmål. Sistnevnte kalles reaktiv magnetronsputtering. Generelt er det lettere å oppnå sammensatte filmer av høy kvalitet ved å bruke rent metall som mål- og gassreaksjoner.

M ediumfrekvensmagnetronsputtering: Denne belegningsmetoden endrer magnetronsputteringstrømforsyningen fra konvensjonell likestrøm til medium frekvens. I sputteringprosessen, når spenningen som påføres av systemet, er i den negative halv-syklusen for vekselstrøm, vil målmaterialet blir bombardert og sputter av positive ioner, mens i den positive halvsyklusen blir overflaten av målmaterialet bombardert og sputter av elektroner i plasmaet, og samtidig blir de akkumulerte positive ladningene på overflaten av målmaterialet nøytralisert og buefallende fenomen undertrykkes. Hvis frekvensen av magnetronsputtering-strømkilden vanligvis er mellom 10 og 80 kHz, er frekvensen høy, akselerasjonstidspunktet for positive ioner er kort, energien er lav når du trykker målet og sputtering Avsetningshastigheten faller tilsvarende.Mediumfrekvensmagnetronsputtersystemet har generelt to mål, som blir svinger for å være katode og anode periodisk På den annen side eliminerer den også det buefallende fenomenet.

Høy energi pulsert magnetron sputtering: For første gang siden de svenske forskerne bruker høy energi puls som magnetron sputtering strømforsyning modus og Cu tynnfilm avsetting, har HPPMS siden, med sin høye metall ioniseringsrate økende oppmerksomhet de siste årene, høy energi pulset magnetron sputtering teknologi er bruken av høy puls peak power og lave puls duty forhold produsere høy sputtering metall ionisering rate av en magnetron sputtering teknologi, på grunn av kort puls varighet, er den gjennomsnittlige effekten ikke høy, denne katoden ikke overopphetes og øker målkjølingskrav. Den maksimale effekten er 100 ganger den med vanlig magnetronsputtering, som er ca. 1000-3000w / cm2. Plasmadensiteten kan være så høy som 1018m-3 størrelsesorden. Joniseringshastigheten til forstøvningsmaterialet er meget høy, og sputtering Cu-målet kan være opptil 70%.

3. Anvendelse av magnetron sputtering belegg teknologi

Magnetronsputteringbeleggsteknologi brukes hovedsakelig til avsetning av metall eller sammensatte tynne filmer av plast, keramikk, glass, silisium og andre produkter for å oppnå lyse, vakre og økonomiske overflate metalliseringsprodukter av plast og keramikk. Filmproduksjonsteknologien til dekorasjon, lamper, møbler, leker, kunst og håndverk, dekorasjon og andre levende felt bruker vanligvis magnetronsputtering, som også brukes i industrielle felt av militær beskyttelsesfilm, optisk produkt, magnetisk opptaksmedium, kretskort , fuktsikker og permeabel film, slitesterk film, rustmotstand og korrosjonsbestandighet.

Magnetronforstøvning brukes ikke bare i vitenskapelig forskning og industrielle felt, men også utvidet til mange daglige forsyninger, hovedsakelig brukt til fremstilling av vanskelige tynne filmer ved kjemisk dampavsetning. Magnetron sputtering teknologi har blitt brukt i mange år i forberedelsen av elektronisk emballasje og optiske tynne filmer, spesielt den avanserte mellomfrekvens ikke-likevekt magnetron sputtering teknologi har også blitt brukt i optiske tynne filmer og transparent ledende glass. Transparent ledende glass er mye brukt i dag, for eksempel TV-skjermenheter, elektromagnetisk mikrobølgeovn og radiofrekvensskjermingsenheter og enheter, solceller og så videre. I tillegg spiller magnetronsputteringbeleggsteknologien en viktig rolle i det optiske minnet. Videre er denne teknologien mye brukt i overflatefunksjonell film, selvsmørende film, ultrahard film og så videre.

I tillegg til feltene som er nevnt ovenfor, som har vært mye brukt, spiller magnetronsputteringbeleggsteknologi også en viktig rolle i undersøkelsen av høy temperatur, superledende tynne filmer, gigantiske magnetoresistive tynne filmer, ferroelektriske tynne filmer, luminescerende tynne filmer, formminne legering tynn filmer og solceller.

4. Konklusjon

Magnetron sputtering belegg teknologi har blitt en av de viktigste teknikkene for å lage tynne filmer på grunn av sine bemerkelsesverdige fordeler. Ikke-likevekts magnetronsputtering forbedrer fordelingen av plasma og kvaliteten på filmen. Utviklingen av mediumfrekvens sputtering beleggteknologi har effektivt overvunnet det lysbuefallende fenomenet i den reaktive sputteringprosessen, redusert de strukturelle feilene i filmen og betydelig økt avsetningshastigheten til filmen. Høyhastighets forstøvning og høy energi pulsed magnetron sputtering teknologi åpner et nytt forskningsfelt for sputtering filmer. I fremtidige studier, vil ny sputtering teknologi for å fremme innen livet, kombinasjonen av magnetron sputtering deponering teknologi og datamaskinen bli et varmt forskningstema, ved hjelp av datasimulering av belegget når magnetfeltet, elektrisk felt, temperaturfelt, og fordelingen av plasmaet, vil gi sputtering belegg teknologi for utvikling av utvidelsen av den enorme plassen, fremme magnetron sputtering belegg teknologi til transformasjon av industrielle og levende felt.