Den nyeste udvikling og udvikling af magnetron sputtering coating teknologi

Den nyeste udvikling og udvikling af magnetron sputtering coating teknologi

Den grundlæggende proces med glødplasmaforstøvning er, at under påvirkning af energibærende ioner i glødplasmaet på den negative elektrode spredes målatomer ud fra målet og kondenseres derefter på substratet for at danne en tynd film. I denne proces udsendes sekundære elektroner samtidigt fra måloverfladen, som spiller en central rolle for at opretholde den stabile eksistens af plasma. Udseende og anvendelse af forstøvningsteknologi har gennemgået mange faser. Efter mere end 30 års udvikling har magnetron sputtering teknologi udviklet sig til en uerstattelig metode til fremstilling af ultrahård slidstyrke, lavfriktionskoefficient, korrosionsbestandige, dekorative, optiske, elektriske og andre funktionelle film. Pulserende magnetronsputtering er en anden vigtig udvikling på dette område. Det er næsten umuligt at opnå tætte, defektfrie isoleringsfilm, især keramiske film, ved dc reaktiv sputteringaflejring på grund af den lave aflejringshastighed, den lette forekomst af bueudladning af målmaterialer og ændring af struktur, sammensætning og ydeevne. Pulserende magnetron sputtering teknologi kan bruges til at overvinde disse mangler. Den pulserende frekvens er 10 ~ 200kHz, som effektivt forhindrer målmaterialet fra bueudladning og stabiliserer den reaktive sputteringaflejringsproces for at opnå højhastighedstab af højkvalitets reaktive film. Forfatterne diskuterer primært magnetronsputteringsteknologien i ubalanceret magnetron sputtering, pulserende magnetron sputtering fremskridt, såvel som magnetisk kontrol sputtering aflejring, sputtering, høj hastighed høj renhed ved lavtryks membran forberedelse og forbedre kvaliteten af reaktion sputtering film teknologi fremskridt båret på grundig analyse, det sidste opkald til Kinas petrokemisk industri bør kraftigt udvikle og anvende magnetron sputtering teknologi.

Ikke-ligevægt magnetron sputtering teknologi

Sammenlignet med konventionel magnetronsputtering har ikke-ligevægt magnetron sputtering teknologi lille forskel i design, men fører til stor forskel i deponeringsegenskaber. Fig. 1 skematisk diagram over plasmagruppens egenskaber ved ikke-ligevægt magnetron sputtering teknologi og konventionel magnetron sputtering teknologi

Ved konventionel magnetronsputtering er plasmaet helt begrænset til målområdet, og den typiske værdi er ca. 6 cm på målfladen. Figur 1 c (kaldet invasiv) ubalanceret magnetronsputtering, den ydre magnetfeltintensitet, magnetfeltintensiteten er højere end magnetlinjens midterlinier dannede ikke en lukket sløjfe mellem midten og periferien, en del af magnetens ydre overflade feltlinier udvidet til substrat, idet en del af sekundærelektronen kan nå substratets overflade i overensstemmelse med magnetisk kraft, plasma er ikke længere begrænset til målområdet, men for at kunne nå substratets overflade, substrat ion beam densitet stigning, kan normalt nå mere end 5 ma / cm2. På denne måde er sputteringskilden også en ionkilde, der bombarderer substratet. Jonbundtætheden af substratet er proportional med måltæthedenes aktuelle densitet. Den aktuelle tæthed af målmaterialet forøges, aflejringshastigheden forøges, og substratets ionstråldensitet forøges. Figur 1b (kaldet sammenhæng) er et andet ikke-ligevægtigt magnetfelt, som er karakteriseret ved en højere central magnetfeltintensitet end periferi, magnetfeltlinjer, der ikke er lukket, men rettet mod indretningens væg og lav plasmadensitet på substratoverfladen. På grund af den lave densitet af substrationbjælken anvendes denne metode sjældent. Undersøgelser har imidlertid vist, at denne metode kan opnå film med høj specifik overflade og høj aktivitet, og porøsiteten af den opnåede film kan være mere end 1000 gange den af den tætte overflade, og porøsiteten kan styres på samme tid. Porøse film har vigtige anvendelser som katalysatorer, tændingsanordninger og svarte legemer. Yderligere udvikling af ikke-ligevægt magnetron sputtering (CFUBMS) er karakteriseret ved anvendelse af flere ikke-ligevægt magnetron sputtering kilder installeret på en bestemt måde, som bruges til at overvinde det store vanskeligheder ved at bruge et enkelt mål til ensartet at deponere tynde film på overflade af komplekse substrater. I multimål system kan forholdet mellem to tilstødende mål placeres parallelt eller relativt. Der er også to magnetfelt tilstande i tilstødende mål, som vist i fig. 2. Når tilstødende magnetiske poler er modsatte, kaldes de lukkede magnetfelt tilstande. Når tilstødende magnetiske poler er de samme, kaldes det spejlet magnetfelt tilstand. I vejen for lukket magnetfelt lukkes magnetfeltlinjerne mellem forskellige målmaterialer ved vægttabet mindre elektronisk, plasmadensiteten på overfladen af substratet er høj, forholdet mellem ioner og atomer når overfladen af substrat spejlet magnetfelt eller enkeltmål mere end 2 ~ 3 gange ubalanceret magnetfelt, når substratet og målafstanden stiger, er det lukkede magnetfelt på overfladen af substration og påvirkning af atomforholdet mere signifikant. I spejltilstanden er magnetfeltlinjen rettet mod væggen, og sekundære elektroner forbruges af væggen langs magnetfeltlinjen, hvilket resulterer i faldet i plasmadensiteten på substratoverfladen.

På basis af ikke-ligevægt magnetron sputtering teknologi, er magnetron sputtering teknologi med magnetisk feltintensitet for nylig blevet fremkaldt, hvilket er præget af justerbar magnetisk pole position. Ved at ændre afstanden mellem to magnetiske poler og målets overflade kan magnetfeltintensiteten på målets overflade ændres. Variabel magnetfeltdesign giver nye tekniske parametre, implementering af sedimentære ioner, atomer, end finjustering, som f.eks. Sedimentfase begynder at håbe på højere ionstråle for at forbedre filmadhæsionen, men yderligere deponering af ionstråle kan føre til høj tyndfilm stress og defekt, når som helst ændre magnetfeltet kan ændre ionstrålen og eliminere dette problem. Ved aflejring af gradientfilm og flerlagsfilm kan denne teknik opnå den bedste kombination af forskellige filmegenskaber. Denne teknologi kan også kontrollere målets sputteringskorrosionsegenskaber og opnå ensartet forstøvning af målet.

Pulsed magnetron sputtering (PMS)

Den pulserende magnetron-sputtering dannes ved at erstatte den traditionelle DC-strømkilde med den pulserende DC-strømkilde. Denne teknologi har en række bemærkelsesværdige fordele, såsom lavere aflejringstemperatur, højhastighedstog og defektfri keramisk filmaflejring. For eksempel kan metalmålene ved aflejring af oxidfilm traditionelt anvendes, reaktiv sputteringaflejring i en passende styret oxygenatmosfære eller rf (generelt 13156 MHz) sputteringoxidmålaflejring. Begge metoder har dog begrænsninger. Højkvalitetsfilm kan opnås ved rf sputtering med meget lav deponeringshastighed (m / h niveau) og komplekse systemer. Problemet med reaktiv forstøvning er, at målet er forgiftet. Under reaktiv forstøvning dækkes det ikke-primære glødområde på målets overflade af isolerende sedimenter, der fører til akkumulering af ladning i isolerings- og isoleringslaget af målet indtil forekomsten af bueudladning. AC-udledning gør komponenterne af Målematerialet fordampes i form af dråber og forårsager forskellige filmdefekter, når de aflejres på substratoverfladen, såsom filmens løse struktur, grovt korn, sammensætning eller struktur-segregation mv, hvilket har en meget negativ indvirkning på ydeevnen af filmen, især den optiske og korrosionsbestandighed. Pulserende magnetron sputtering teknologi kan effektivt hæmme generationen af bue og eliminere filmdefekterne, og i høj grad forbedre aflejringshastigheden af sputtering for at nå aflejringshastigheden af rent metal, det vil sige 10 m / h. I processen med pulserende forstøvning er pulsspændingen tilsat på målet det samme som for den generelle magnetronsputtering (400 ~ 500V), og tiden for udladning med spænding tilsat på målet styres for at sikre, at målet ikke forgiftes og bueudladning forekommer. Derefter er målspændingen slukket, selv om målet bliver positivt ladet. Fordi elektronhastigheden i plasmaet er meget højere end ionhastigheden, behøver den positive spænding af det transformerede målmateriale generelt kun 10% ~ 20% af den negative forspænding, hvilket kan forhindre bueudladningen (denne form for strømforsyning er kaldet den asymmetriske bipolar dc strømforsyning) .Studier har vist, at når pulsfrekvensen er lavere end 20kHz, kan forekomsten af bueudladning ikke hæmmes. Når pulsfrekvensen er højere end 20 kHz, kan bueudladningen fuldstændigt undertrykkes. Samtidig spiller pulsbredden (forholdet mellem positiv og negativ spænding til tid) en central rolle. Den positive spænding har ingen indlysende indflydelse på, hvorvidt bueudladning genereres eller ej, men det har stor indflydelse på deponeringshastigheden. Når den positive spænding stiger fra 10% til 20% (sammenlignet med negativ spænding), kan aflejringshastigheden øges med 50%. Denne effekt antages at blive forstærket af en høj positiv spænding til målrengøring. PMS teknologi kan bruges til bipolar magnetron sputtering, og to magnetron sputtering mål er henholdsvis positive og negative poler. I arbejdsprocessen er et mål forstøvning, mens den anden er rengøring, og cyklen gentages. Denne teknologi har mange fordele som langvarig (300 h) stabil drift og har en vigtig anvendelse i aflejring af optiske tynde film, der anvendes i konstruktion, bil og polymermaterialer. En anden nylig udvikling er anvendelsen af pulsforspænding til substrater. Pulseforstyrrelser kan i høj grad forbedre ionstrålen på underlaget. Ved magnetronsputtering, når den dc negative bias generelt tilsættes til -100v, vil substrationbjælken nå mætning. Forøgelse af den negative forspænding vil ikke øge substrat ionstrålen. Det anses generelt, at mætningsstrømmen er en ionstråle, og elektroner kan ikke komme tæt på substratoverfladen. Resultaterne viser, at pulsforstyrrelser ikke blot øger substratmætningstrømmen, men øges også med negativ forspænding. Når pulsfrekvensen stiger, er effekten mere signifikant. Mekanismen er stadig ikke klar, hvilket kan være relateret til plasma ioniseringshastigheden og den højere elektron temperatur produceret af det oscillerende elektriske felt. Den negative forspænding af substratpulsen tilvejebringer en ny metode til effektivt at styre substratstrømtætheden, og denne effekt kan påføres for at optimere membranstruktur, vedhæftning og forkortelse af sputteringrengøring og substratopvarmningstid. Med fremskridt inden for mekanisk, magt, kontrol og andre beslægtede teknologier vil magnetron sputtering teknologi blive videreudviklet. For eksempel var den magnetiske feltstyrke på målfladen for nylig på grund af anvendelsen af sjældne jordarters permanente magnet kun 300 ~ 500Gs, men nu er den blevet forbedret til 1kGs, hvilket yderligere forbedrer effektiviteten og evnen til magnetronpruttering .

Ny magnetron sputtering belægningsteknologi

Fra sprøjtning med almindelig metal, reaktiv sputtering, forspænding i spidsen osv. Sammen med den industrielle efterspørgsel og fremkomsten af ny magnetron sputteringsteknologi, nye teknologier som lavtryksspruttering, højhastighedstætning, selvbærende sputteringaflejring, flere overfladeteknik og pulsforstøvning er blevet udviklingen i dette felt. Hovedproblemet ved lavtrykssputtering er, at ved lavt tryk (generelt <011pa) reduceres="" kollisions="" sandsynligheden="" mellem="" elektroner="" og=""> Ved konventionel magnetron-sputteringsteknologi er det ikke nok at opretholde glødudladningen på overfladen af målmaterialet, hvilket resulterer i, at sputteringaflejringen ikke kan fortsætte. Ved at optimere magnetfeltdesignet forlænges bevægelsesafstanden for elektronrummet, og ikke-ligevægt magnetron sputteringsteknologi kan realisere sputteringaflejring i vakuum i niveauet 10-2pa. Desuden kan sputteringaflejring ved lavere tryk og højere intensitet realiseres ved at begrænse elektron bevægelse med eksternt elektromagnetisk felt. Højhastighedsaflejring kan i høj grad forbedre arbejdsevnen, reducere gasforbruget og opnå ny film. Det væsentligste problem, der skal løses ved højhastighedstab, er, at den aktuelle tæthed af målmaterialet er forøget uden bueudladning. Med stigningen i effekttætheden skal kølekapaciteten af målmateriale og substrat forbedres. På nuværende tidspunkt er måletekttætheden over 100W / cm2, og aflejringshastigheden er over 1 m / min. Højhastighedsaflejring er et attraktivt alternativ til konventionel galvanisering. Ved processen med højhastighedstabning ved at øge ioniseringshastigheden af forstøvningspartikler kan arbejdsgassen afskæres og udløbsaflejringen kan opretholdes, det vil sige, at selvbærende sputteringaflejring kan dannes. Selvunderstøttet sputteringaflejring spiller en vigtig rolle for at forbedre vedhæftningen mellem tynd film og substrat, hvilket eliminerer interne defekter af tynd film og fremstilling af tyndfilm med høj renhed. Kombinationen af magnetron sputtering teknologi og anden overfladeteknologi teknologi er en anden vigtig udviklingsretning af magnetron sputtering teknologi. Selvom magnetron sputtering teknologi har mange fordele, er det stadig en lille andel inden for industrioverflade engineering, og den traditionelle overflade teknologi optager stadig en dominerende stilling. En af hovedårsagerne til dens anvendelse er, at substratmaterialerne såsom lavlegeret stål og titaniumlegering er for bløde til at passe sammen med de ultrahårede film opnået ved sputteringsteknologi. Underlaget er for blødt til at modstå belastningstryk i modsætning til meget hårde belægninger. Omvendt kan der med hensyn til korrosionsbestandige applikationer være fejl i belægningen. For at overvinde disse problemer blev der udviklet flere overfladeteknologiteknologier, det vil sige, at flere overfladeteknologiteknologier blev brugt til at modificere materialerne successivt, og de opnåede overflademodificeringslag havde enestående fordele i forhold til enkeltoverfladeteknologien. Et typisk eksempel på dette er n-aflejring efterfulgt af sputteringaflejring, hvilket giver en underflade på 500 m tykkelse og en hårdhed på 10 GPa efterfulgt af afsætning af 3 ~ 5 m TiN. TiN giver høj slidstyrke og n-lag giver høj belastning og udmattelsesresistens.

Indenlandske udviklingsstatus og anvendelse i petrokemisk industri

Magnetron sputtering teknologi er blevet udbredt inden for byggematerialer, dekoration, optik, korrosionsforebyggelse og slibeværktøjsforstærkning i Kina. I øjeblikket er forberedelsen af funktionelle film som fotoelektricitet, fototermisk, magnetisme, superledningsevne, dielektrisk og katalyse ved magnetron sputtering teknologi et forskningspotentiale. Men for så vidt angår ikke-ligevægt magnetron sputtering teknologi, især den nye deponeringsproces, er få enheder blevet forstået og studeret i Kina. Efter søgning er det konstateret, at der kun er færre end 20 videnskabelige forskningsartikler i kinesisk hidtil, og antallet af forfatterenheder er endnu færre. Korrosion og høj hårdhedsfilm kan spille en vigtig rolle for at forbedre ydeevnen og livet af petroleumsmaskine, lav friktionskoefficient, smøring, slampose, katalyse, optik og anden funktionel film, når den påføres den petrokemiske industri, forventes at forbedre arbejdseffektiviteten, produktkvaliteten og miljøbeskyttelsen, sikkerheden og så videre betydeligt. Med udviklingen og anvendelsen af ny magnetron sputtering teknologi og proces, og den stigende efterspørgsel efter forbedring produktionseffektivitet, miljøbeskyttelse og sikkerhed i olie og kemiske industrien, vil betydningen af magnetron sputtering teknologi til olie og kemiske industrien fortsat stige. På nuværende tidspunkt mangler den petrokemiske industri i Kina dog tilstrækkelig forståelse og anvendelse af magnetron sputtering teknologi, og der findes ingen specialiserede institutioner på dette område. Derfor opfordrer forfatteren til at styrke understøttelsen af magnetron sputtering teknologi.

IKS PVD, Vacuum coating udstyr fabrikation fra Kina, kontakt: iks.pvd@foxmail.com