Invoering van de boog van de kathodische depositie

Kathodische depositie van Arc is een veel gebruikte industriële schaal proces voor de toepassing van hoogwaardige dunne film coatings. Het proces is gebaseerd op laagspanning, hoge huidige kathodische boog natuurkunde die een dichte, zeer geïoniseerd plasma produceren. Kathodische depositie van Arc wordt gekenmerkt door een bijna 100% geïoniseerd afzetting plasma met relatief hoog-energetische afzetting ionen.

Kathodische depositie van Arc werkt onder vacuüm voorwaarden met behulp van speciaal ontworpen afzetting hoofden. Kathodische depositie van Arc bediend worden in beide DC of gepulseerde modi. In beide gevallen geldt een voeding een spanning die de kwijting van een boog tussen een anode en de kathode produceert. De huidige boog is geconcentreerd op een kleine oppervlakte op de kathode waardoor een extreem hoge stroomdichtheid (~ 1012 A/m2) op de zogenaamde "kathode spots" in het algemeen.

Deze hoge stroomdichtheid is gekoppeld aan een uiterst hoge vermogensdichtheid (~ 1013 W/m2) dat een gelokaliseerde fase transformatie van de vaste doelstelling (het materiaal van de kathode) bijna volledig geïoniseerde afzetting plasma produceert. Het plasma breidt snel uit naar de ambient vacuüm richting het substraat.

Op het moment van afzetting op de drager vervagen heeft het plasma ion snelheden met de kinetische energie van ongeveer 20 eV voor lichte elementen en 200 eV voor zware elementen. Dit kan worden vergeleken met het sputteren, waar de energie is hooguit een paar eV. 

Er zijn een aantal voordelen aan de hogere energieën van de ion kathodische depositie van Arc is gekoppeld. Bijvoorbeeld, kathodische depositie van Arc films de neiging om dichtere en hebben betere hechting kenmerken dan films geproduceerd met behulp van andere methoden. De gedeponeerde atomen doordringen het oppervlak, vergrendeling van de coating op het oppervlak met een hoge wrijvingscoëfficiënt.

De energieke ionen gemaakt door kathodische depositie van Arc ook het gebruik toestaan van lagere substraat temperaturen in vergelijking met andere processen. Dit is omdat de kathodische depositie van Arc-ionen voldoende energie formulier dichte, compacte films zonder de behoefte aan extra thermische energie moet worden verstrekt door het substraat dragen.

Kathodische Arc afzetting van hoge ionisatie breuk kan het depositiemateriaal te worden gecontroleerd. Bijvoorbeeld door het substraat vertekenende, kan de energie van de gevolgen van de ionen op het substraat worden verhoogd. De plasma stroom kan ook worden rastered met behulp van magnetische velden, waarmee de depositiemateriaal worden verplaatst over het oppervlak, de coating gemiddeld zonder te verplaatsen van het substraat.

Kathodische depositie van de boog kunt voor reactieve depositie, chemisch nauwkeurige films te produceren over een breed scala aan gas druk. Dit vergemakkelijkt de noodzaak voor precieze drukregeling, dat verhoogt de opbrengst en reworks, verlaging van de kosten van de coating vermindert. Daarentegen, lijdt reactieve sputteren vaak "target vergiftiging," in welke zuurstof inbreuk op het oppervlak van de doelgroep en formulieren stikstofoxiden maakt, beïnvloeden het tarief sputter. Dit leidt tot uniformiteit problemen met de coating. Vanwege de energie kathodische depositie van Arc processen zijn gekoppeld, treedt doel vergiftiging niet zo gemakkelijk, produceren van meer uniforme films met minder problemen.

De kathodische depositie van Arc-proces produceert zogenaamde "macro deeltjes" (of druppels) samen met de plasma depositie. Macro deeltjes variëren in grootte van minder dan een micrometer tot ongeveer 10 micrometer in diameter. Voor veel toepassingen van coatings (gereedschap coatings bijvoorbeeld) de macro-deeltjes zijn niet schadelijk en geen maatregelen worden genomen om hen te elimineren. Echter voor sommige toepassingen (bijvoorbeeld optische coatings) de macro's degraderen de coating voldoende dat zij moeten worden verwijderd. Dit gebeurt over het algemeen 90 graden magnetische filters die leiden van het plasma depositie uit de buurt van de trajecten van de rechte lijn van de macro's gebruiken. Met behulp van een filter, worden meer dan 99% van de macro's verwijderd, het produceren van kwalitatief hoogwaardige, deeltje-gratis coatings.