Katodisk Arc Deposition

Katodisk bueaflejring eller Arc-PVD er en fysisk dampaflejringsteknik , hvor en elektrisk lysbue bruges til at fordampe materiale fra et katodemål . Det fordampede materiale kondenserer derefter på et substrat, der danner en tynd film . Teknikken kan bruges til at deponere metalliske , keramiske og kompositfilm .

Behandle

Buenafdampningsprocessen begynder med en højstrøms lavspændingsbue på overfladen af ​​en katode (kendt som målet), der giver anledning til et lille (sædvanligvis et par mikrometer bredt), stærkt energisk emitterende område kendt som en katode få øje på. Den lokaliserede temperatur ved katodfladen er ekstremt høj (ca. 15000 ° C), hvilket resulterer i en højhastighed (10 km / s) stråle af dampkatodemateriale, der efterlader et krater bagved på katodeoverfladen. Katodfladen er kun aktiv i en kort periode, så slukker den og slukker igen i et nyt område tæt på det forrige krater. Denne adfærd medfører den tilsyneladende bevægelse af buen.

Da båden i det væsentlige er en strømførende leder, kan den påvirkes af anvendelsen af ​​et elektromagnetisk felt , som i praksis bruges til hurtigt at flytte buen over hele overfladen af ​​målet, således at den samlede overflade eroderes over tid.

Buen har en ekstrem høj effektdensitet, hvilket resulterer i et højt ioniseringsniveau (30-100%), flere ladede ioner , neutrale partikler, klynger og makropartikler (dråber). Hvis der indføres en reaktiv gas under inddampningsprocessen, kan dissociation , ionisering og excitation forekomme under interaktion med ionfluxen, og en sammensat film vil blive deponeret.

En ulempe ved buen fordampning processen er, at hvis katoden stedet forbliver ved et fordampningspunkt for længe kan det udstøde en stor mængde makro partikler eller dråber. Disse dråber er skadelige for belægningens ydeevne, da de er dårligt klæbet og kan strække sig gennem belægningen. Endnu værre, hvis katodemålematerialet har et lavt smeltepunkt, såsom aluminium, kan katodpletet fordampe gennem målet, hvilket resulterer i, at enten den målte bagsideplademateriale inddampes eller kølevand kommer ind i kammeret. Derfor anvendes magnetfelter som tidligere nævnt til at styre bevægelsen af ​​buen. Hvis der anvendes cylindriske katoder, kan katoderne også roteres under afsætning. Ved ikke at lade katodfladen forblive i en position for lang, kan aluminiummål anvendes, og antallet af dråber reduceres. Nogle virksomheder bruger også filtrerede buer, der bruger magnetiske felter til at adskille dråberne fra belægningsfløften.

Udstyrsdesign

Sablev type katodiske bue kilde, som er den mest anvendte i Vesten, består af en kort cylindrisk form elektrisk ledende mål ved katode med en åben ende. Dette mål har en elektrisk flydende metalring omgivet af arbejde som en bueindeslutning (Strel'nitskij-skærm). Anoden til systemet kan enten være vakuumkammervæggen eller en diskret anode. Arc pletter er genereret af mekanisk trigger (eller tænding), der rammer den åbne ende af målet, hvilket gør en midlertidig kortslutning mellem katoden og anoden. Efter at buefladerne er dannet, kan de styres af magnetfelt eller bevæge sig tilfældigt i mangel af magnetfelt.

Plasmastrålen fra kathodiske bue-kilder indeholder nogle større klynger af atomer eller molekyler (såkaldte makropartikler), som forhindrer det i at være nyttigt for nogle applikationer uden nogen form for filtrering. Der er mange designs til makropartikelfiltre, og det mest undersøgte design er baseret på II Aksenov et al. i 70'erne. Det består af en kvart toruskanal bøjet 90 grader fra bue-kilden, og plasmaet ledes ud af kanalen efter princippet om plasmaoptik.

Der er også andre interessante designs som et design, der inkorporerer et lige kanalfilter indbygget med trunkeret kegleform katode som rapporteret af DA Karpov i 90'erne. Dette design blev ganske populært blandt både de tynde hardfilmcoatere og forskere i Rusland og tidligere USSR-lande indtil nu. Katodisk bue-kilde kan fremstilles i den lange rørformede form (udvidet bue) eller lang rektangulær form, men begge mønstre er mindre populære.

Applikationer

Katodisk bueaflejring bruges aktivt til at syntetisere ekstremt hård film for at beskytte overfladen af ​​skæringsværktøjer og udvide deres liv betydeligt. En bred vifte af tynde hårde film, Superharde belægninger og nanokomposit- belægninger kan syntetiseres ved denne teknologi, herunder TiN , TiAlN , CrN , ZrN , AlCrTiN og TiAlSiN .

Dette anvendes også i høj grad specielt til carbonionaflejring til dannelse af diamantlignende carbonfilm . Fordi ionerne blæstes fra overfladen ballistisk , er det almindeligt for ikke kun enkeltatomer, men større atomplanter af atomer, der skal udkastes. Således kræver denne type system et filter til fjernelse af atomklynger fra strålen før aflejring. DLC-filmen fra filtreret bue indeholder ekstremt høj procentdel af Sp3-diamant, som er kendt som tetrahedralt amorft carbon eller ta-C .

Filtreret katodisk bue kan bruges som metalion / plasmakilde til ionimplantation og implantation og deponering af plasmaimmersion Ion (PIII & D).