Udvikling og anvendelse af Magnetron Sputtering Coating Technology

Udvikling og anvendelse af magnetron sputtering belægningsteknologi

I de senere år har udviklingen af nye materialer, især udviklingen og anvendelsen af tynde filmmaterialer, udviklet den hurtige udvikling af sputteraflejringsteknologi en uerstattelig rolle inden for videnskabelig forskning og industriel produktion. Dette papir introducerer primært processen og udviklingen af sputter deposition coating teknologi, egenskaberne ved forskellige store magnetron sputtering plating teknologi, og introducerer den vigtigste anvendelse af magnetron sputtering teknologi på forskellige felter.

Fremgangsmåden til forstøvning belægning er hovedsageligt at gøre målmaterialer til tynde film, som er fastgjort på katode af forstøvningsaflejringssystemet, og substratet af tynde film, som skal deponeres, anbringes på anoden af den modsatte målflade. Sputtersystemet pumpes til et højt vakuum og fyldes med argon osv. Et højt tryk påføres mellem katode og anode, og en lavtryks-glødudladning genereres mellem anode og katode. I plasmaet frembragt ved udledning bevæger argon-positive ioner mod katoden under virkningen af elektrisk felt og kolliderer med målfladen. Målatomer udledt fra målfladen efter at være blevet kollideret kaldes sputteringatomer. Energien i forstøvningsatomer er generelt i området fra en til snesevis af elektronvolt. Sætningscoating er at anvende argon-positive ioner dannet ved lavtryks-glødudladning til bombardatokodemål ved høj hastighed under påvirkning af elektrisk felt. Partikler såsom atomer eller molekyler i målet sputteres og aflejres på overfladen af substrat eller emne til dannelse af det krævede filmlag. Sputteraflejringsprocessen spytter imidlertid partikler med meget lav energi, hvilket resulterer i en lav filmhastighed.

Magnetron sputteringsteknologi er at forbedre filmdannelseshastigheden på basis af forstøvningsbelægning, etablering og elektrisk felt vinkelret magnetfelt i overfladen af målet, argongas ioniseringshastighed en 0,5% stigning fra 0,3% til 5% 6%, således at det kan løse problemet med forstøvning belægning aflejring er lav, en af de vigtigste metoder er præcis belægning industri. Magnetron sputtering katode materialer kan fremstilles fra en bred vifte af materialer, alle metaller, legeringer og keramik kan fremstilles i mål. Magnetron sputtering belægning er egnet til massiv og høj effektiv industriel produktion på grund af sin hurtige deponeringshastighed og kompakt film og god vedhæftning til substrat under effekten af vertikalt magnetfelt og elektrisk felt.

1. Processen med magnetron sputtering

I magnetronforstøvningsprocessen har den specifikke proces stor indflydelse på filmens ydeevne, og hovedprocessen er som følger:

(1) substratrengøring, hovedsagelig ved damprensning med isopropylalkohol, efterfulgt af hurtig tørring efter blødning af substratet med ethanol og acetone for at fjerne olie på overfladen;

(2) vakuum. Vakuumet skal styres over 2 * 10 ^-4 Pa for at sikre filmens renhed;

(3) opvarmning, for at fjerne substratoverfladen fugt, forbedre vedhæftningsstyrken af filmen og substratet, skal opvarmes substrat, temperatur vælger normalt mellem 150 ~ 150 ° C ;

(4) argonpartialtryk, generelt inden for intervallet 0,01 lPa, for at imødekomme trykbetingelsen for glødudladning;

(5) presputtering. Forudfældning er at fjerne oxidfilmen på overfladen af målmaterialet ved ionbombardement for ikke at påvirke filmkvaliteten.

(6) forstøvning. De positive ioner dannet af argonioniseret kan under action af ortogonalt magnetfelt og elektrisk felt bombardere målmaterialet ved høj hastighed, hvilket gør målpartiklerne udsendt ved forstøvning, nå substratets overflade og deponere i en film.

(7) under udglødning, er filmens og substratets termiske udvidelseskoefficient forskellig, og bindekraften er lille. Den gensidige diffusion af filmen og substratatomerne under annealing kan effektivt forbedre vedhæftningen.

2. Udvikling af magnetron sputtering belægningsteknologi

I de senere år er udviklingen af magnetron sputtering teknologi meget hurtig. Typiske metoder omfatter afbalanceret magnetron sputtering, reaktiv magnetron sputtering, medium frekvens magnetron sputtering og høj energi puls magnetron sputtering.

Balanceret magnetron sputtering: Den mest traditionelle magnetron sputtering teknik indebærer at placere en permanent magnet eller en elektromagnetisk spole bag målet, hvilket danner et magnetfelt vinkelret på retningen af det elektriske felt på overfladen af målet. Ved argongasionisering under højt tryk i et plasma, er Ar + ion ved det elektriske feltaccelerationsbombardende katodemateriale sekundære elektroner forstøvningsmålmateriale og elektron i rollen som vinkelret elektrisk felt og magnetfelt, bundet ved katoden, nær overfladen af målmaterialet øger risikoen for kollision mellem elektron og gas, hvilket øger argongasionisationshastigheden, gør argongasen også i stand til at opretholde udledningen under lav gas, og magnetronpruttering reducerer begge både forstøvningstrykket og forbedrer også effektiviteten af forstøvning og deponeringshastighed. Der er imidlertid nogle ulemper med konventionel magnetronsputtering. For eksempel binder både de elektroner, som frembringes ved lavtryksafladning og de andre elektroner, der udsendes af forstøvningsmålet, til området omkring målfladen på ca. 60 mm, således at emnet kun kan placeres inden for området 50 mm og 100 mm på målfladen. Et sådant lille belægningsområde begrænser størrelsen på emnet, der skal udplades.

Reaktiv magnetron sputtering: Med udviklingen af overfladeteknik anvendes forskellige former for sammensatte tynde film mere og mere. Forbindede film kan fremstilles ved forstøvning på mål fremstillet af sammensatte materialer direkte eller ved reaktive gasser, når sputtering på metal eller legeringsmål. Sidstnævnte hedder reaktiv magnetron sputtering. Generelt er det lettere at opnå højkvalitetsforbindelsesfilm ved at anvende rent metal som mål- og gasreaktioner.

M ediumfrekvens magnetron sputtering: Denne belægningsmetode ændrer magnetron sputtering strømforsyning fra konventionel DC til medium frekvens ac strømforsyning. I sputtering processen, når spændingen påført af systemet er i den negative halvcyklus af vekselstrøm, må målmaterialet bombarderes og sputter af positive ioner, mens i den positive halvcyklus bomberes overfladen af målmaterialet og sputter af elektroner i plasmaet, og samtidig bliver de akkumulerede positive ladninger på overfladen af målmaterialet neutraliseret og bue-slående fænomen er undertrykt. Hvis frekvensen af magnetron sputtering strømkilde er normalt mellem 10 og 80 kHz, er frekvensen høj, accelerationstiden for positive ioner er kort, energien er lav, når man rammer målet og forstøvningen depositionshastigheden falder tilsvarende.Mediumfrekvensmagnetronforstøvningssystemet har generelt to mål, som skiftes til at være katode og anode periodisk . På den anden side eliminerer den også det bue-slående fænomen.

Høj energi pulseret magnetron sputtering: For første gang siden de svenske forskere bruger høj energi puls som magnetron sputtering strømforsyning mode og Cu tynde film deposition, HPPMS siden med sin høj metal ioniseringshastighed øget opmærksomhed i de seneste år, høj energi pulsede magnetron sputtering teknologi er brugen af høj puls peak power og lave puls duty forhold producere høj sputtering metal ioniseringshastigheden af en magnetron sputtering teknologi, på grund af den korte puls varigheden er den gennemsnitlige effekt ikke høj, denne katode ikke overophedes og øge målkølingskrav. Den maksimale effekt er 100 gange den normale magnetronsputtering, som er ca. 1000-3000w / cm2. Plasmadensiteten kan være så høj som 1018m-3 størrelsesorden. Joniseringshastigheden af forstøvningsmaterialet er meget høj, og sputtering Cu-målet kan være op til 70%.

3. Anvendelse af magnetron sputtering belægningsteknologi

Magnetron sputtering belægningsteknologi anvendes hovedsageligt til aflejring af metal eller sammensatte tynde film af plast, keramik, glas, silicium og andre produkter for at opnå lyse, smukke og økonomiske overflademetaleringsprodukter af plast og keramik. Filmfremstillings teknologi til dekoration, lamper, møbler, legetøj, kunst og kunsthåndværk, dekoration og andre levende områder bruger normalt magnetron sputtering metode, som også anvendes i industrielle felter af militær beskyttende film, optisk produkt, magnetisk optagemedium, printkort , fugtsikker og gennemtrængelig film, slidbestandig film, rustmodstand og korrosionsbestandighed.

Magnetronforstøvning anvendes ikke kun i videnskabelig forskning og industrielle områder, men udvides også til mange daglige forsyninger, der hovedsagelig anvendes til fremstilling af vanskelige tynde film ved kemisk dampaflejring. Magnetron-sputteringsteknologi er blevet brugt i mange år til fremstilling af elektronisk emballage og optiske tyndfilm, især den avancerede mellemfrekvens ikke-ligevægt magnetron sputtering teknologi er også blevet anvendt i optiske tynde film og transparent ledende glas. Gennemsigtigt ledende glas anvendes i vid udstrækning i høj grad, såsom apparater til fjernsyns computerpanel, elektromagnetiske mikrobølger og radiofrekvensafskærmningsenheder og enheder, solceller osv. Derudover spiller magnetron sputtering belægningsteknologi en vigtig rolle i optisk hukommelse. Desuden er denne teknologi meget udbredt i overfladefunktionsfilm, selvsmørende film, ultrahård film og så videre.

Ud over de ovennævnte felter, der er blevet udbredt i stor udstrækning, spiller magnetron sputtering belægningsteknologi også en vigtig rolle i undersøgelsen af høj temperatur, superledende tynde film, gigantiske magnetoresistive tynde film, ferroelektriske tynde film, luminescerende tynde film, formhukommelseslegering tynd film og solceller.

4. Konklusion

Magnetron sputtering belægningsteknologi er blevet en af de vigtigste teknikker til fremstilling af tynde film på grund af dets bemærkelsesværdige fordele. Non-equilibrium magnetron sputtering forbedrer plasmafordelingen og filmens kvalitet. Udviklingen af mediumfrekvens sputtering belægningsteknologi har effektivt overvundet det bue-strikende fænomen i den reaktive sputtering proces, reduceret filmens strukturelle defekter og signifikant øget filmens aflejringshastighed. Højhastighedsputtering og høj energi pulseret magnetron sputtering teknologi åbner et nyt forskningsfelt til sputtering film. I fremtidige undersøgelser vil nye sputteringsteknologier, der fremmer inden for livet, kombinere magnetronsputteringaflejringsteknologi og computeren blive et varmt forskningsemne ved hjælp af computersimuleringen af belægningen, når magnetfeltet, det elektriske felt, temperaturfeltet, og fordelingen af plasmaet vil tilbyde sputtering belægningsteknologi til udvikling af udvidelsen af det enorme rum, fremme magnetron sputtering belægningsteknologi til transformation af industrielle og levende felter.