TiCN Coating Basert På Vakuum Arc Ion Plating

Fremstillingsmetoder for TiCN-beleggingen

Siden 1985 publiserte After Knotke først publisert forskning på TiCN-beleggeteknologien, stor interesse for sin gode høytemperatur oksidasjonsresistens og god applikasjonsytelse, og hittil hadde utviklet en rekke fysiske vapordeposisjonsteknologier. For tiden er det tre metoder for fremstilling av TiCN belegg, som er magnetron sputter ionplating metode, radiofrekvens sputtering metode og multi-arc ion plating metode, der magnetron sputter ion plating metode og multi-arc ion plating metode er mest brukt og lav pris.

Magnetron sputter ion plating.

Magnetronsputteringsteknikk ble utviklet tidlig på 1970-tallet, som fordybing av teknologi og forskning. Det har blitt mye brukt i industrialiseringsfeltet for elektrisk, optisk film og energi, mekanisk industriell mv og blitt en av de mest brukte preparatene for TiCN film metoder. I beleggingsprosessen genereres Ti-ioner ved å bruke Ar-ioner generert ved Ar-gass-glødutladning for å bombe Ti-målet, og ved elektrostatisk akselerasjon flyr til arbeidsstykket og dermed avsetningsfilm. Denne metoden har høy avsetningshastighet, ensartet filmtykkelse og ionplating kan forbedre kombinasjonsevnen til beleggings- og substratgrensesnitt og gjøre filmorganisasjonen tett. Samtidig er målene som er mottakelige for forurensning, og lav avsetningsrate i belegningsprosessen den viktigste svakheten. Det har blitt funnet, når karbon og nitrogen partiell trykk øker, vil avsetningshastigheten avta.

Multi-arc ionplating.

Multi-arc ion plating tilhører en forbedret ion plating metode, først utviklet av sovjeter, tidlig på 1980-tallet, først praktisk av US Multi-Arc. Det grunnleggende prinsippet er å ta metallmålkilden som katoden, tømme ved bue mellom anodeskallen og gjøre måldampen og ioniseringen, danner romplasma, og deretter avsette belegg på arbeidsstykket. Sammenlignet med andre membranteknologier, er fordelen at katoden produserer plasma direkte, og katodemålet kan være vilkårlig anordnet, noe som i stor grad forenkler prøvearmaturen. I tillegg er multi-arc-hendelsespartikkelenergien høy, ioniseringshastigheten kan nå 60% ~ 80%, densiteten av membranen er høy, styrken og holdbarheten er god, grensesnittet til film og matrise er lett å frembringe atomdiffusjon og filmadhesjonen er god.

Vakuumbuejon plating teknikk bruker plasma elektromagnetisk felt å filtrere, som effektivt kan redusere eller eliminere store partikler. Sammenlignet med konvensjonelle buebeleggbelegg, er ikke-urenheter, homogen, tett struktur og arc-type filtrert buebelegg-makropartikkel i stand til å oppfylle kravene til optikk mikroelektronikkfilmen. Det er også noen ulemper for den filtrerte bue-kilden, det vil si stråle-diameteren er liten, vanligvis mindre enn 200 nm, og vanskelig å danne flerbue-kildearray, noe som gjør at masseproduksjonen av stort område ikke kan oppnås, og overføringen Effektiviteten er ikke høy, den maksimale overføringseffektiviteten til bendestrukturen er omtrent 30%, ionstrømmen bare 2% til 3% av lysestrømmen.

Påvirkning av gassstrømmen på beleggstrukturen

Endring av N _2- partialtrykket (strømning) vil føre til at sputtering av nitrogen-iontetthet og energiendring, som påvirker kombinasjonen med metallatomet, gjør den foretrukne vekstorienteringsendringen, og påvirker således belegningsytelsen. Reserachers fant at under tilstanden av totalt trykk 0.8Pa og Ar flow 20sccm, når nitrogenstrømmen er mindre enn 6sccm, er foretrukket orientering (111), når nitrogenstrømmen er større enn 6sccm, (111) toppintensiteten reduseres og (200) ) toppintensiteten øker, hovedsakelig fordi i planen av fcc-TiCN, (111) plane overflateenergi er lav, under lavt nitrogenstrømningsatomer er migrering til (111) -planet, med økningen av nitrogenstrømmen, reduseres den atomiske migreringshastigheten, men (200) krystalloverflate med høy overflateenergi har høyt trinntetthet, og diffusjonsavstanden vekk fra lavt energinettet er kort, til fordel for krystallpreferanseveksten langs (200) krystalloverflaten. Reserachers oppdaget at når nitrogenstrømmen er 1sccm, er det oppnådd prøve amorf struktur, når nitrogenstrømmen er mer enn 2sccm, er det en kolonnekonstruksjon i filmen, korngrense som eksisterer, når nitrogenstrømmen øker til 6sccm, blir filmen tett og henholdsvis foretrekker mikrostrukturen til den isotropiske og kornforfinningen, hovedsakelig som økningen av nitrogenstrømmen, den atomiske migreringshastigheten reduseres, membranoverflaten endres i lokalt kjemisk potensial. Forskerne fant at når nitrogenflow øker, er kornet som er samlet i filmen mindre, overflaten blir tett og jevn, ruheten minker gradvis til konstant.

Nå er karbonkilden som brukes av forskernes fremstilling av TiCN, C2H2- eller CH4-gass, hovedsakelig fordi TiN og TiC er NaCl-type ansikts-sentrert kubisk struktur, radien til N-atom og C-atom er svært nært, N er 0,071 nm, C er 0,077 nm, de to kan erstattes for å danne et enkeltfasemateriale TiC (N) eller TiN (C). Under viss tilstand kan det forekomme tofasestruktur. I XRD-diffraksjonsspektret er toppene av dem svært nært, og til og med noen overlapper, noe som resulterer i faseanalysekompleksiteten, så det blir vanligvis skrevet som TiCxN1-x.

Innflytelsesfaktorer av TiCN-belegningsytelse

Temperatur

Kvaliteten på TiCN-belegget påvirkes hovedsakelig av prosessfaktorer som sammensetning, temperatur og atmosfære. Ulike matriks temperatur vil føre til at beleggets kornstørrelse, form, struktur er helt forskjellig. Avsetningstemperaturen for høy og avsetningshastigheten for fort vil føre til at det belagte krystallvisningen er tykt forgrenet, og påvirker beleggetes kvalitet; Avsetningstemperaturen er for lav, den har en tendens til å danne porøse, løse sedimenter, som påvirker bindingsstyrken til belegget og matrisen. Derfor er et rimelig valg av temperatur en nødvendig betingelse for å oppnå høy kvalitet belegg. Mc.Cormell etc. avsatt TiCN belegg på rustfritt stål med PVD-metode, inkludert at dets hardhet, bindestyrke og friksjonskoeffisient ikke vil endre seg når temperaturen er under 250 ° C. Etter 450 ° C varmebehandling til prøver, er TiCN-beleggets friksjonskoeffisient 0,2 før 250 ° C og opptil 0,3 ved 250 ° C, men fortsatt lavere enn friksjonskoeffisienten til TiN, fordi TiCN-belegg C har spilt en smøremiddelrolle. Studier viser at når temperaturen er under 200 ° C, øker friksjonskoeffisienten og slitasjehastigheten av TiCN belegg med økende temperatur.

Pulsed bias

Eksistensen av pulserende forspenning spiller en svært viktig rolle for å redusere dråpen og forbedre belegningskvaliteten. Negativ bias som tiltrekker seg positivt ladningsputter, kan gjøre titan-ionene nær katodemålet akselerere flyet, øke sjansen for kollisjon med nitrogen i plasma og dråpe, og samtidig øke bindestyrken til titan og nitrogen. Hvis opprettholdes vakuumtrykkskonstanten, øker nitrogenstrømmen med økende negativ forspenning, men nitrogeninnholdet i filmen minker med økende negativ forspenning. Dette er hovedsakelig Ti-Ti-bindingsevnen er sterkere enn Ti-N, og med økende negativ forspenning, er titanets re-sputtering evne sterkere enn nitrogen. I tillegg, med den økende forspenning, gjør plasmapartiklene energipartiklene fly til matriseskiftet, som påvirker filmens organisasjonsstruktur.

Arc strøm

Med tanke på industriproduksjonsapplikasjon, kan økende lysstyrke forbedre produktiviteten og filmens hardhet og slitestyrke. Økende lysbue strøm betyr at målets generelle temperatur øker, tilsvarende dråper vil øke, og dråpestørrelsen øker også.

Økning av dråper og dråpestørrelse vil uunngåelig føre til nedgang i korrosjonsmotstanden til filmen, spesielt dråper med stor diameter, med ca. 1/3 begravet i filmen i høyden og de uregelmessige små hullene i bunnen. Når de møter etsende stoffer som syre og alkalier etc., korrumperer disse hullene først og danner nålformede hull, derfor er deres eksistens den viktigste grunnen til at beleggets korrosjonsbestandighet reduseres. Derfor, i praktisk anvendelse, for koordinering av motsetningen mellom økende lysbue og -dråpe, kan noen optimerte måter brukes, for eksempel å øke fordampningsområdet for målet, styrke kjøleeffekten av målet eller designe ny bue-kilde som kan hemme dråper produsere.