Classificatie en theorie van PVD-coatingtechnologie

Classificatie en theorie van PVD-coatingtechnologie

Als een soort speciaal vormmateriaal kan dunne film amorf, polykristallijn en monokristallijn zijn. Het kan worden gemaakt van eenvoudige elementen of verbindingen, anorganische materialen of organische materialen.

Dunne-filmtechnologie omvat fysische dampafzetting (verdamping, sputteren, ionenplattering, boogbeplating, plasma-platering) en chemische dampafzetting. De technologie die in onze fabriek wordt gebruikt, is Physical Vapor Deposition (PVD).

Eén.Vacuümverdampingslaag

Weerstandsverwarming verdamping en verdamping van elektronenstraalverwarming:

1. Basisprincipes:

Een proces waarbij het te bekleden substraat of werkstuk in een hoogvacuümkamer wordt geplaatst en wordt verwarmd om het filmvormende materiaal te verdampen (of sublimeren) en op het oppervlak van het substraat of werkstuk wordt afgezet om een dunne film te vormen.

2. Soort verdampingsbron:

(a) (b) (c) (d)

3. Factoren die de filmkwaliteit beïnvloeden:

A. De positie van het substraat

De juiste plaatsing van het substraat is de voorwaarde om een uniforme film te verkrijgen.

B. Om de massa van het membraan te verzekeren, moet de druk zo laag zijn als Pr (Pa).

L stelt de afstand van de verdampingsbron tot het substraat voor als L (cm).

C. Verdampingssnelheid. Wanneer de verdampingssnelheid klein is, worden gasmoleculen onmiddellijk geadsorbeerd op de afgezette membraanatomen (of moleculen), resulterend in een losse membraanstructuur, grove deeltjes en vele defecten. Integendeel, de membraanstructuur is uniform en compact, de mechanische sterkte is hoog en de spanning in het membraan is groot.

D. Onder normale omstandigheden, wanneer de substraattemperatuur hoog is, neemt de kinetische energie van de geadsorbeerde atomen dienovereenkomstig toe, en de gevormde film is gemakkelijk te kristalliseren en vermindert de roosterdefecten. Wanneer de substraattemperatuur laag is, is er niet genoeg energie om de geadsorbeerde atomen aan te voeren, dus het is gemakkelijk om een amorfe film te vormen.

Two.Magnetron sputterende coating

Magnetronsputteren is een nieuw type sputterbekledingsmethode, ontwikkeld op basis van kathodeverstuiving in de jaren '70. Omdat het effectief de fatale zwakte van lage kathodensputteringssnelheid en de toename van substraattemperatuur veroorzaakt door elektronen overwint, heeft het een snelle ontwikkeling en brede toepassing verkregen.

1. Magnetron sputteren:

Het fenomeen dat de atomen op het doeloppervlak worden geraakt door ionenbombardementen op het doelmateriaal wordt sputteren genoemd. Sputterfilm wordt gerealiseerd wanneer de door sputteren gegenereerde atomen worden afgezet op het oppervlak van het substraat (werkstuk).

Basisprincipes van magnetronsputteren:

Magnetronsputteren bevond zich in spatzone en een magnetisch veld loodrecht op de richting van het elektrische veld, in de orthogonale elektrische intensiteit en magnetisch veld BE elektronbewegingsvergelijking, de elektronica in de vorm van een cycloïde wiel langs het doeloppervlak naar de loodlijn in de richting van de E en B is parallel, dus aanzienlijk uitgebreid de elektronische route, verhoogde de elektron botsingen met gasmoleculen, het verbeteren van de ionisatie-efficiëntie. Dus het secundaire elektron-magnetische veld onder controle van het spoor, het kan allemaal worden gebruikt voor ionisatie-energie, wanneer de energie uitgeput is, alleen wordt geabsorbeerd door de anode (chassis). De volgende afbeelding:

Deze elektronen worden versneld door het elektrische veld en krijgen energie en botsen dan met de atomen of moleculen van het gas, zelfs als ze ioniseren, zodat het plasma kan worden gehandhaafd.

Magnetronsputteren is om de beweging van elektronen te regelen door magneetveld van de baan aan het doeloppervlak toe te voegen, hun beweging rond het doeloppervlak te verlengen en de plasmadichtheid te verbeteren, zodat de sputterbekledingssnelheid sterk wordt verbeterd.

Secundaire elektronenopbrengst:

Secundaire elektronenopbrengst verwijst naar het aantal secundaire elektronen per ion dat het doelwit bombardeert. Theoretische analyse toont aan dat de secundaire elektronenopbrengst van het metalen doelwit onafhankelijk is van de ionenergie wanneer de ionenergie minder is dan 500eV (eigenlijk minder dan 1000eV).

Sputtering opbrengst:

Magnetronsputteren heeft een werkspanning van 200 ~ 500V, wat bepaalt dat de maximale ionenergie van het doelwit 500eV is en dat het versnelde argon-ion loodrecht op het doel staat.

Interactie tussen incidenten en materialen:

De interactie tussen energie dragende ionen en het doeloppervlak resulteert in:

A. Oppervlaktedeeltjes: sputteratomen, terugverstrooiingsatomen, desorptie-onzuiverheidsatomen en secundaire elektronen.
B. Oppervlaktefysisch-chemische verschijnselen: reiniging, etsen en chemische reacties.
C. Puntdefecten, lijndefecten, hete stijlen, botsingscascades, ionenimplantatie, amorfe toestanden en verbindingen in de materiaaloppervlaktelaag.

Sputtertechnieken:

Sputtertechnologie kan worden onderverdeeld in:

A. Diode sputtering door dc gloeiontlading;

B. Tripole-sputteren door boogontlading van hete draad;

C. Rf-sputteren met behulp van rf-ontlading;

D. Magnetronsputterbesturing van gloeiontlading met behulp van ingesloten magneetveld van de baan.

2 magnetron sputterkathodestructuur:

Op dit moment gebruiken magnetron sputterinrichtingen voor industrieel gebruik in hoofdzaak rechthoekige planaire magnetron sputterkathode (figuur a). Over het algemeen heeft de gebruikte doelmateriaalafmeting twee specificaties: VT-machine: lengte breedte-dikte (450,5 120 6) mm; ZCK-machine: 460 100 6. Cilindrische magnetronsputterkathode wordt ook geleidelijk aan gebruikt in de productie (figuur b). In vergelijking daarmee is de benuttingsgraad van het vlakke doelmateriaal slechts 20-30%, dat wil zeggen dat de bezettingsgraad laag is.

Figuur een figuur b

Figuur a is een soort magnetisch veld dat wordt geproduceerd door rechthoekige magnetron sputterkathode met permanent magneetspoor, waarbij het doelmateriaal in contact is met de poolschoen. Buiten doelmateriaal langs de N-poolschoen, in het midden van een S-poolschoen, respectievelijk N- en S-poolschoen onderworpen aan de omgekeerde polariteit van permanente magneten van strontiumferriet of ndfeb. Plaats een doorlaatbaarheid van puur ijzer terug sluit het andere uiteinde van de permanente magneet, namelijk het produceren van magnetisch veld van het magnetisch circuit van de baan.

Figuur b is een cilindrische holle magnetronkathode, die een kathodedoel is met een magneet geplaatst in een cilindrisch doelwit, met N- en S-polen goed opgesteld, waterkoeling en dynamische afdichting.
De functie van de poolschoen: een gesloten magnetisch circuit vormen met een zeer kleine magnetische weerstand.

Tegenwoordig gebruiken we gewoonlijk permanente magnetische materialen: bariumferriet (BaO · 6F1e2O3), strontiumferriet (SrO · 6F1e2O3), permanente ndfeb-magneet.
Magnetron sputterende elektrode:
Praktische magnetron sputterende elektroden hebben de volgende vier basisstructuren:

(a) coaxiale cilinder; (b) vlak type; (c) kegel (S-pistool) type; (d) vlak of cilindrisch hol type
1 - het substraat; 2 - doelmateriaal; 3 - schild

3 sputterproces:
Tekening systeem diagram van magnetron sputterende coating machine:

Sputterproces parameters:

De relatie tussen de doelspanning u van sputteren en doelstroomdichtheid J is als volgt: uJ = K1
Waarbij K1 de toelaatbare waarde is van de doelvermogensdichtheid, een constante.

De doelstroomdichtheid kan worden bepaald volgens de geselecteerde doelspanning en de toelaatbare doelvermogensdichtheid.

Het verlagen van de Ar-druk is nuttig om de afzettingssnelheid te verbeteren en om de adhesie van de coating en de filmdichtheid te verbeteren. Magnetronverstuiving Ar-druk wordt meestal gekozen als 0,5 Pa, de impedantie van de gasontlading met het afnemen van de Ar-druk stijgt. Magnetronsputteren, kan de Ar-druk op de juiste manier aanpassen, respectievelijk de beoogde vermogensdichtheid en -spanning gelijk maken aan de doelwaarde en de beste waarde. Daarom is het verbeteren van het procesprincipe van de depositiesnelheid: zo dicht mogelijk bij de gewenste vermogensdichtheidswaarde; De doelspanning ligt zo dicht mogelijk bij de optimale waarde.

A. Sputteren van pure metaalfilm:
Bij fysische dampafzetting zijn zowel verdamping als sputteren geschikt voor zuivere metaalfilms, maar de verdampingssnelheid is hoger.
Op dit moment zijn de gebruikte doelmaterialen: Al, Ti, Cu, Cr, enz

B. sputteren van legeringsfilm:
Van de fysische dampafzettingstechnieken is sputteren het meest geschikt voor de afzetting van legeringsfilms. Sputterwerkwijzen omvatten sputtering met meerdere doelen, sproeien van mozaïekdoelen en sputtering van een legeringstype.
De doelmaterialen die momenteel worden gebruikt omvatten AlTi, ZrTi, CuTi enzovoort.

C. Sputteren van samengestelde film:
Verbindingsfilm verwijst gewoonlijk naar de filmlaag gevormd door de onderlinge combinatie van metaalelementen met C, N, B, S en andere niet-metalen elementen. De galvanische methoden omvatten gelijkstroomsputteren, RF-sputteren en reactief sputteren.

1. Dc sputterende samengestelde film moet worden gebruikt, bijvoorbeeld, geleidende samengestelde doelen zoals SnO2, TiC, MoB en MoSi2 worden meestal gemaakt door poedermetallurgie, die erg duur is. De beplating van ITO transparante geleidende film is een industriële toepassing van dc sputterende samengestelde film.

2. Rf-sputteren wordt niet beperkt door het feit of het doel geleidend is of niet. Het kan van metaal of geïsoleerd keramisch doel zijn.

3. Reactief sputteren is wanneer het metalen doelwit gelijktijdig met de coatingkamer sputtert in het gas dat de vereiste niet-xin-elementen bevat. TiC (zwart) GEBRUIKT Ti-doel en het werkgas is Ar + C2H2 of Ar + CH4.

Bij reactief sputteren reageert het geïnjecteerde reactiegas niet alleen met de filmatomen die op het werkstuk zijn afgezet om een verbindingsfilm te vormen, maar reageert het ook met het doelmateriaal om een verbinding op het doeloppervlak te vormen, die de stripsnelheid van het doelwit kan maken materiaal en dienovereenkomstig de coatingsnelheid verlagen, zelfs in een orde van grootte, die gemakkelijk doelvergiftiging kan veroorzaken.

Aan het begin van de verbindingen in het proces van sputteren, alleen in de zuivere Ar, vervolgens geleidelijk verhogen van het reactiegas (C2H2 of N2, etc.), aan het begin van het reactiegas passeert door, spettersnelheid verandering is niet groot wanneer het reactiegas een bepaalde limiet bereikt, geeft de sputtersnelheid de voor de hand liggende verandering weer, en vervolgens blijft het reactiegas toenemen, de sproeisnelheid vertoonde een trend van constant weer. Er is gevonden dat de richting van het inverse proces in een bepaald bereik tussen de curve van de foutieve uitlijning, een "hysteresiscurve" -afbeelding vertoont. Dit wordt 'target poisoning curve' genoemd. Zie hieronder:

Target vergiftigingscurve
Maatregelen om doelvergiftiging te voorkomen:
. Verbeter de extractiesnelheid van het vacuümsysteem;
Verminder het reactiegas.
Isoleer het reactiegas van het doelwit.

Voorbeelden van films van sputterverbindingen zijn als volgt:

Membraan materiaal
artefacten
functie
Blik,
Snelstaal-frees en frees
Moeilijk slijtvast
Roestvrijstalen kast en riem
De gouden decoratie
Keramiek en tegels
De gouden decoratie
ITO
Transparant geleidend glas
Transparant geleidend
SiO2
Transparant geleidend glas
Voorkom diffusie van natriumionen
Al2O3
IC-chip met geïntegreerde schakeling
Isolatiepassivering
MgF2
Optische lens
Minus de antireflectie
Tic
Roestvrij stalen telefoonhoes en onderdelen
decoratie

Magnetron sputtering ion-plating technologie:

Na de 80 s verbindt de voorinstelling van magnetronsputteren de magnetron sputtering ion-plating, hierna aangeduid als sputtering Ion Plating (Sputtreing Ion Plating, afkorting SIP). Onze fabriek omvat momenteel het gebruik van apparatuur die is gemaakt van plaatfilm, namelijk het gebruik van de technologie.

1. Productieproces van decoratieve coating (TiN of TiC) door magnetron sputtering ion plating technologie:

2. PVD-coatingproces:

Abstract: volgens de eisen van de film speelt het vacuümniveau een cruciale rol in de kwaliteit van de film. Voor de producten die door onze fabriek worden geproduceerd, moet de vacuümgraad vóór filmvorming 5,0 10-3pa bereiken (de pomptijd is ongeveer 30-60 minuten).

Pompende verwarming: wanneer de vacuümgraad is bereikt (bijv. 2,0 10-2pa), begin met verwarmen en open het roterende frame.

Doel: het geadsorbeerde gas op het oppervlak van de producten en de vacuümkamer door bakken verminderen of verwijderen, om de kwaliteit en prestaties van de folie te verbeteren om aan de vereisten te voldoen, maar er moet worden opgemerkt dat:

A. In het ware bereik kan de verwarming worden ingeschakeld, waardoor het oppervlak van de goederen kan worden geoxideerd.
B. De draaitafel moet worden geopend als de verwarming is gestart.

Doelreiniging (ook wel puntdoel genoemd): het doel kan alleen worden geopend en schoongemaakt wanneer de vacuümgraad een bepaald bereik bereikt (het vereiste bereik van de producten die door onze fabriek worden geproduceerd, is 7,0 10-3 ~ 5,0 10-3pa).

Doel: het geadsorbeerde gas verwijderen en de coating op het oppervlak van het doelwit reinigen.

Ionenreiniging: artefacten na voorverwarmingsbehandeling, het oppervlak zal nog steeds zijn er is wat vuil, kan ook een lichte oxidelaag hebben, ionenreiniging is om het vuil te verwijderen en oxidatielaag op het oppervlak is een van de effectieve methoden. Voor de Ar-gasvulling worden de hoge druk in de vacuümkamer, artefacten en negatieve bias veroorzaakt door glimontlading tegelijkertijd, door ionisatie van Ar-ionen onder de werking van een elektrisch veld, de hoge energie bombardeerartefacten, en bereiken het vuil op de oppervlak van het werkstuk spat uit, maak schoon en het doel van de activering op het oppervlak van de lading.

Filmvorming: wanneer de druk van werkgas argon een bepaald niveau bereikt, wordt het doel geopend en wordt een geschikte hoeveelheid reactief gas toegevoegd voor sputteren, en tenslotte wordt de vereiste film verkregen. Op dit moment worden nitridefolie, oxidefilm en carbidefilm verkregen door stikstof (N2), zuurstof (O2), methaan (CH4), acetyleen (C2H2), koolmonoxide (CO) en andere gassen.

Zaken die aandacht behoeven in het filmvormingsproces:

1. Is de Ar-flow en -druk normaal?
2. Voordat u het doel opent, geeft u een voorspanning, start u het rotatieframe en controleert u of er kortsluiting in de lading is.
3. De doelspanning, doelstroom, druk en voorinstelstroom moet aandacht krijgen tijdens het filmvormingsproces.

Koelen: er zal een hoge temperatuur worden gegenereerd tijdens het filmvormingsproces, om te voorkomen dat de filmlaag wordt belast door het temperatuurverschil tussen de binnenkant en de buitenkant van de vacuümkamer. Na het vormen van de film is een goede koeling vereist voordat de film wordt vrijgegeven.
Vacuüm kamer. Ladingeenheid en reiniging van de vacuümkamer.

Gerelateerde parameters van magnetron sputtering ion beplating:

Magnetron sputterwerkstuk heeft drie soorten elektrische verbindingen: aarding, ophanging en voorspanning.
De coatinginrichting is gewoonlijk een vacuümkamer die aarde huisvest als de anode, en de voorzieningen van nulpotentiaal.
Ophanging is het proces waarbij het werkstuk wordt geïsoleerd van de anode (behuizing) en kathode en het wordt opgehangen in plasma.
Bias is om tientallen volt toe te voegen aan honderden volt negatieve voorspanning op het werkstuk, wanneer de voorspanning nul is dat geaard is.

1. Ion aankomstratio:

Bij ionenplattering hangt het effect van invallende ionen op de structuur en eigenschappen van de film hoofdzakelijk af van de ionenenergie en de ionenstroom.
Bij ionenplating wordt de energie die wordt verkregen door het invallende ion op elk afgezet atoom de energieversterkingswaarde genoemd.
Ea = Ei (ev)
Type Ei is de energie van het incident ion (ev), I / Φ Φ voor ionen om te bereiken dan a.

2. Bias en stroom:

De praktische procesparameters van ionenplateren zijn de biasvoltage en de stroomdichtheid van het werkstuk. Momenteel, onze fabriek in het met een laag zetten van TiN of TiC-proces, voegde de biascontrole in -100 ~ -400V, biasstroom in 2 ~ 6A of zo toe .

3. Pulserend sputteren:

Gepulseerd sputteren maakt in het algemeen gebruik van rechthoekige golfspanningen.

Pulsperiode is T, de tijd van doelverstuiving in elke cyclus is t-delta T, delta T is de positieve pulstijd (breedte) toegevoegd aan het doel. V- en V + zijn de spanningsamplitude van negatieve en positieve pulsen toegevoegd aan de doelwit, respectievelijk.

4. Abnormale gevallen tijdens operatie:

Op dit moment zijn de belangrijkste modellen die worden gebruikt bij de productie: vt-1200, SVS en COM continue coatingmachine, zck-1500 en andere verschillende soorten doelapparatuur.

Abnormaal verschijnsel
De gevolgen
een.
Het schild van de auto is niet goed als het doelwit wordt gewassen
Het oppervlak van de goederen was verontreinigd, wat resulteerde in de film van de goederen na de explosie coating
B
Bias-kortsluiting treedt op tijdens ionenreiniging
Functietest NG na filmvorming (verworpen)
C
Tijdens het filmvormingsproces is de stroomsnelheid van het reactiegas te groot (bijv. C2H2), wat leidt tot doelvergiftiging
Nadat de producten uit de oven zijn gekomen, is het filmbekleding of ongelijke kleurverschijnsel duidelijk
D
Streefkoelwater wordt niet geopend tijdens het openen van het doel
Materiële schade, ernstige oorzaak slachtoffers

IKS PVD, vacuüm coatingmachine, contact: iks.pvd@foxmail.com