Ensartet kontroll av magnetronsputtering belegg på kompleks arbeidsstykkeoverflate

Ensartet kontroll av magnetron sputtering belegg på kompleks arbeidsstykke overflate

Dette papiret introduserer filmbelegningsmekanismen og tekniske egenskaper til arbeidsstykkets overflate med komplisert hulrom. Målrettet på problemene som ujevnt forbruk av målmateriale, konkav erosjonsring og ujevn og tett filmtykkelse i beleggingsprosessen av komplekst arbeidsstykke, ble det anvendt et roterende kolonne magnetronsputteringmål i eksperimentet. Flere mål og materialer ble installert i forskjellige posisjoner av beleggingsmaskinen. Målet kan rotere fritt for å innse behovet for retningsbestemt belegg; Ved hjelp av flere magnetronsputtering målrettes og stilles hjelpemagnetfeltet til den ubalanserte magnetronsputtering-katodestrukturforbedringen, for å forbedre vakuumbeleggkammerets plasmadensitet, og dermed forbedre sputtering-artefaktene bias nåværende avsetningsbelegg osv. Serie av nyskapende forskning som er ment å oppnå i samme plan, med kompleks form og strukturen av det indre hulrommet på arbeidsstykkets overflatebelagt tykkelse ensartet, tett og kontinuerlig funksjonell komposittfilm.

På kanter og mye mer komplisert enn overflatebelegget på overflaten, er kjemisk platingsteknologi på i dag og i utlandet mer, som det også ble utført på arbeidsstykkens overflatebeleggbehandling av vakuummagnetronsputtering-filmteknologi, for tiden er det mest i regelen og den flate overflaten av å forberede en enkelt eller komposittmembran, og brukes mye i maskiner, elektronikk, energi, materialer, informa- sjon, luftfart og andre felt, betongen som skjæreverktøy, maskinvareverktøy, mobiltelefoner, bærbare datamaskiner , ulike typer sensorer og deler har spesielle krav, etc. På grunn av egenskapene til vakuumfilmdannende teknologi er det vanskelig og komplisert å kontrollere filmtykkelsen, uniformiteten og bindekraften av sputteringfilmdannende prosess på overflaten av kompleks arbeidsstykke. Med den raske utviklingen av maskineriindustrien, er applikasjonsområdet for overflatebeleggsteknologi av arbeidsstykke utvidet fra skjæreverktøy til presisjonsstampe dør, romfart deler og elektronisk tilbehør plug-in. Nye høyytende filmlag fortsetter å fremstå, som TiAlCN, AlCrN, TiSiN, diamantlignende lag, etc. som forbedrer levetiden og bearbeidingseffektiviteten til dø. Det er svært viktig å studere den ensartede kontrollen av magnetron sputtering belegg teknologi på overflaten av komplekse arbeidsstykke.

1. Mekanisme og tekniske egenskaper for magnetron sputtering belegg

1,1 magnetron sputtering belegg mekanisme

Arbeidsmekanismen for magnetronsputtering er at under påvirkning av elektrisk felt E kolliderer elektroner med argonatomer i ferd med å fly til substratet og ionisere positiv ion Ar og nye elektroner. Nye elektroner flyr til underlaget, Ar ioner akselererer til katodemålet under virkningen av elektrisk felt, og bombarderer målflaten med høy energi, slik at målet s putters. I eksploderingspartiklene blir de nøytrale målatomer eller molekyler avsatt på substratet for å danne en tynn film, og de genererte sekundære elektroner vil bli påvirket av det elektriske felt og magnetfeltet for å produsere EB-drift, hvis bevegelsesbane svarer til cykloid. Elektroner beveger seg i en sirkulær bevegelse på målflaten og er bundet til plasmagruppen på målflaten. I denne regionen ioniseres et stort antall Ar ioner for å bombe målet, og dermed oppnå en høy avsetningsrate. Med økningen av antall kollisjoner er energien til sekundære elektroner utmattet, og de beveger seg gradvis bort fra målflaten og til slutt legges på substratet under virkningen av det elektriske felt E. Magnetronsputtering er kollisjonsprosessen mellom hendelsespartiklene og målet. Det passerer noe momentum til målatomet gjennom den komplekse spredningsprosessen og kollisjonen av målatomet. Målatomet kolliderer med andre målatomer for å danne en kaskadeprosess.

1.2 egenskaper ved teknisk applikasjon

Magnetronforstøvning er en høyhastighets forstøvningsprosess under lavt trykk. Joniseringshastigheten til gassen må økes effektivt. Plasmadensiteten kan økes ved å innføre et magnetfelt på overflaten av målkatoden og bruke begrensningen av magnetfeltet på ladede partikler for å øke forstøvningshastigheten.

I magnetronsputtering, bevegelsen av elektroner i magnetfeltet ved lorentz-kraft, deres bane er bøyd og til og med produserer spiralbevegelse, bevegelsesbanen, øker dermed antallet kollisjoner med arbeidsgass, øker plasmadensiteten, og magnetronsputteringhastigheten er derfor sterkt forbedret, og kan fungere under lav sputteringspenning og lufttrykk, redusere tendensen til membranforurensning; Samtidig øker atomkilden på substratoverflaten, slik at filmkvaliteten i stor grad kan være stor. Elektroner som har mistet energi på grunn av gjentatte kollisjoner, når anoden og blir lav-energi-elektroner, slik at substratet ikke overopphetes. Derfor har magnetronforstøvning fordelene med "høy hastighet" og "lav temperatur". Ulempen med magnetronsputteringbelegg er at den ikke kan forberede isolasjonsfilm, og det ujevne magnetfeltet som anvendes i magnetronelektroden, vil forårsake signifikant ujevn etsing av målet materiale, noe som resulterer i en lav utnyttelsesgrad på målmaterialet, som vanligvis er bare 20% ~ 30%. Utnyttelsesgraden for magnetronsputteringmål er en viktig parameter for prosjektering og produksjonsprosess kostnadsregnskap for magnetronsputteringskilde. For å forbedre utnyttelsesgraden for målmaterialer ble forskjellige former for dynamiske mål studert, blant annet det sylindriske målet for roterende magnetfelt var hovedmål og ble mye brukt i industrien, og utnyttelsesgraden av slike målmaterialer var så høy som 70% .Kommon magnetron sputtering mål kan deles inn i tre typer fra geometrisk form: rektangulært fly mål, sirkulært plan ta rget og sylindrisk mål.

2. Ensartet kontroll av sputtering belegg på overflaten av arbeidsstykker med komplekse hulrom

2.1 eksisterende tekniske problemer

(1) Katodemålet er plan sputtering, som skyldes lokal sterk sputtering forårsaket av ujevne magnetfeltkomponenter, noe som resulterer i ujevnt forbruk av mål og konkave erosjonsring. (2) overflaten av arbeidsstykket blir avsatt og belagt med flere lag med film, og bindestyrken mellom bunnlaget og filmlaget er ikke jevnt og fast. Samtidig er det sputteringfenomener av forskjellige komponenter og antisputteringseffekt av filmlaget, noe som resulterer i store forskjeller i sammensetningen av filmlaget og målet.

2.2 teknisk analyse og vitenskapelig oppfatning

(1) arbeidsstykkets overflate med flere kanter og vinkler og flere hulrom er avsatt og belagt med flere lag med film. Det er planlagt å vedta roterende kolonne magnetron sputtering mål, og flere mål og materialer er installert i forskjellige posisjoner av belegg maskinen. Målet kan rotere fritt for å oppnå behov for retningsbestemt belegg. (2) flere magnetronsputteringmål og hjelpemagnetiske felt ble satt for å forbedre strukturen til ubalanserte magnetronsputtering-katodemål, forbedre plasmadensiteten i vakuumbeleggkammeret og videre forbedre forspenningsstrømmen av sputtering-arbeidsstykket for å oppnå avsetning og belegging. (3) den ujevne magnetfeltkomponenten i det plane sputteringskatodemålet gir en konkav erosjonsring i målet. Det er ment å forandre magnetfeltfordelingen for å oppnå isotrop intern spenning av det komplekse arbeidsstykket i forstøvning på underlaget, og for å kombinere den tette, kontinuerlige og ensartede filmen.

2.3 eksperimentelle metoder og teknisk rute

2.3.1 eksperimentelle materialer

Det seks-stasjonære magnetronsputteringsutstyret ble brukt i forsøket, som hovedsakelig bestod av vakuumoppkjøpssystem, vakuumdeteksjon, vakuumovn, katodemagnetron, gassinngangssystem og strømforsyning. Fysisk dampavsetting PVD magnetron sputtering prosess ble brukt. Katodematerialer: Ti, TiN, TiAlN, belagt Ti, TiN, TiN, TiAlN multilement multilayer film.

2.3.2 kvalitetsdeteksjon av filmlag (tabell 1)

2.3.3 eksperimentelle metoder

Den komplekse overflatesprutteringsfilmen av arbeidsstykket ble fremstilt ved å sputtere ionplating. For å løse de tekniske problemene med komplekst emnebelegg ble følgende eksperimentelle undersøkelser utført.

(1) Katodemålet er plan sputtering, og den lokale sterke sputtering forårsaket av ujevne magnetfeltkomponenter fører til ujevnt målmateriellforbruk. Ved å forbedre formen og fordelingen av magnetfeltet, slik at magneten beveger seg inne i katoden, innstiller skjoldet og andre tiltak, er det innså at filmbelegget av arbeidsstykket med flere kanter og vinkler og flere hulruter forstøvning på substratet kan generere isotropisk indre stress, og filmen er kompakt, kontinuerlig og uniform. Strukturen av balansert sputtering mål er hovedsakelig består av ytre magnetisk stål, sentralmagnetisk stål og magnetiske polstøvler.

(2) i henhold til kravet om forstøvning på overflatebelegget av kompleks arbeidsstykke med flere kanter og vinkler og flere hulrom for å oppnå strukturelle krav til målmateriale og mål, ble roterende kolonne magnetronsputtering-mål vedtatt. I henhold til forskjellige arbeidsstykkelsesforhold ble det brukt sputterte mål med magnetisk struktur eller sputterstruktur. Gyromagnetisk sylindrisk magnetronmål er bruken av magnetfeltet rundt målrøret parallelt og vertikalt mål elektrisk feltkomponent på overflaten av røret i målrøret overflaten ortogonale elektromagnetiske felt, montering av mål i sentrum av avsetningskammeret, til 360 ° retning spinnbelegg; Det sylindriske magnetronsputteringmålet er montert på siden av beleggkammeret. Målrøret roterer kontinuerlig under beleggingsprosessen for å tilfredsstille behovet for retningsbestemt belegg.

(3) selektiv sputtering fenomenet av forskjellige komponenter, filmens anti-sputtering rate og adhesjon er forskjellige, noe som vil føre til en stor forskjell mellom film og målkomponenter. Utvelgelsen av passende prosessforhold vil minimere antisputteringseffekten på filmen.

(4) ved bruk av flere magnetronsputteringmål, og innstilling av hjelpemagnetisk felt i belegningsrommet utgjør et lukket magnetfelt, med mindre det er magnetfeltfordeling foran målet, målet mellom målet og ved å sette hjelpemagnetfelt-effekten, danner hverandre tverrbindingseffekt, gjør plasmadensiteten økning, artefakterne drifter, slik at flere kanter og hulrom i arbeidsstykket for å oppnå målet med det avsatte belegget. FIG. 1 viser et skjematisk diagram av lukket magnetfelt dannet av fire ikke-likevektsmagnetronsputteringmål og hjelpemagnetisk felt.

2.4 eksperimentelle resultater og diskusjon

Fra desember 2012 til februar 2013 ble sputteringbeleggstester utført på overflaten av små stemplingstøys arbeidsstykke og kommunikasjonsapparat henholdsvis. Ti prøver av små stemplingstøysete arbeidsstykketestresultater: Filmens utseende er bra, ingen sprekk; Filmtykkelse mellom 1 m ~ 5 m, Filmuniformitet var mindre enn 5%, Små hullhastighet, Filmhardhet opptil 2000 HV, Høy limstyrke, Sterk vedheft, Ingen peeling av innsprøytningslag; Utmerket korrosjonsbestandighet, varmebestandighet og slitestyrke; Isotropisk god; Materiale partikkel ioniseringshastighet er 75% ~ 95%. Filminnstillingshastigheten er kontrollerbar (2.0 ~ 2000) nm / s; Filmformingshastighet (2 ~ 13) m / h. Alle indeksene i forsøket nådde designkravene, og Resultatene av komposittfilmen på overflaten av kommunikasjonsanordninger nådde også den forventede effekten. Det er mulig å studere de ensartede kontrolltiltakene av magnetronsputteringbelegg på arbeidsstykkets overflate med flere kanter og vinkler og flere hulrom.

IKS PVD, Verktøy, modell, dekorative, optisk beleggteknologi, kontakt oss nå, iks.pvd @ foxmail.com