Ontwikkeling en toepassing van Magnetron Sputtering Coating Technology

Ontwikkeling en toepassing van magnetron sputter coating technologie

In de afgelopen jaren, met de ontwikkeling van nieuwe materialen, met name de ontwikkeling en toepassing van dunne-filmmaterialen, heeft de snelle ontwikkeling van sputterdepositie-technologie een onvervangbare rol gespeeld op het gebied van wetenschappelijk onderzoek en industriële productie. Dit artikel introduceert voornamelijk het proces en de ontwikkeling van sputterdepositie coatingtechnologie, de kenmerken van verschillende belangrijke magnetron sputter plating technologie, en introduceert de belangrijkste toepassing van magnetron sputtertechnologie op verschillende gebieden.

Het proces van sputterbekleding bestaat voornamelijk uit het maken van doelmaterialen in dunne films, die op de kathode van het sputterdepositiesysteem worden gefixeerd, en het substraat van dunne films die moeten worden afgezet, wordt op de anode van het tegenoverliggende doeloppervlak geplaatst. Het sputtersysteem wordt gepompt naar een hoog vacuüm en gevuld met argon, enz. Er wordt een hoge druk aangelegd tussen de kathode en de anode, en er wordt een lagedrukgloedontlading gegenereerd tussen anode en kathode. In het plasma gegenereerd door ontlading, bewegen argonpositieve ionen naar de kathode onder de actie van elektrisch veld en botsen met het doeloppervlak. De doelatomen die vanaf het doeloppervlak worden uitgestoten na te zijn gebotst, worden sputteratomen genoemd. De energie van sputterende atomen ligt in het algemeen in het bereik van één tot tientallen elektronenvolts.Verschuivingscoating is om argon-positieve ionen te gebruiken die zijn gegenereerd door lagedrukgloedafscheiding om het kathodedoel op hoge snelheid te bombarderen onder de werking van een elektrisch veld. Deeltjes zoals atomen of moleculen in het doelwit worden gesputterd en afgezet op het oppervlak van substraat of werkstuk om de vereiste filmlaag te vormen. Echter, het sputterdepositieproces sputterde deeltjes met zeer lage energie, resulterend in een lage filmsnelheid.

Magnetron sputtertechnologie is om de filmvormingssnelheid te verbeteren op basis van sputtering coating, vestiging en elektrisch veld loodrecht magnetisch veld in het oppervlak van doelwit, argon gas ionisatiesnelheid een 0,5% toename van 0,3% tot 5% 6%, zodat het kan het probleem van sputteren oplossen coatingdepositie is laag, een van de belangrijkste methoden is de precieze coatingindustrie. Magnetron sputterende kathodematerialen kunnen worden vervaardigd uit een breed scala aan materialen, alle metalen, legeringen en keramische materialen kunnen worden geprepareerd tot doelen. Magnetron sputter coating is geschikt voor massale en zeer efficiënte industriële productie vanwege de snelle depositiesnelheid en compacte film en goede hechting aan het substraat onder invloed van verticaal magnetisch veld en elektrisch veld.

1. Het proces van magnetronsputteren

In het magnetronsputterproces heeft het specifieke proces een grote invloed op de filmprestaties en is het hoofdproces als volgt:

(l) substraatreiniging, hoofdzakelijk door stoomreiniging met isopropylalcohol, gevolgd door snel drogen na onderdompelen van het substraat met ethanol en aceton om olie op het oppervlak te verwijderen;

(2) vacuüm. Het vacuüm moet worden geregeld boven 2 * ^10-4 Pa om de zuiverheid van de film te verzekeren;

(3) verwarming, om het vochtgehalte van het substraatoppervlak te verwijderen, de adhesiesterkte van de film en het substraat te verbeteren, moet het substraat worden verwarmd, kiest de temperatuur gewoonlijk tussen 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) partiële argondruk, in het algemeen binnen het bereik van 0,01 lPa, om aan de druktoestand van glimontlading te voldoen;

(5) voorzetselen. Presputtering is het verwijderen van de oxidefilm op het oppervlak van het doelmateriaal door ionenbombardement om de filmkwaliteit niet te beïnvloeden.

(6) sputteren. De positieve ionen gevormd door geïoniseerd argon kunnen, onder de werking van orthogonaal magnetisch veld en elektrisch veld, het doelmateriaal met hoge snelheid bombarderen, waardoor de doeldeeltjes die door sputteren worden uitgezonden het oppervlak van het substraat bereiken en in een film neerslaan.

(7) tijdens uitgloeien, is de thermische uitzettingscoëfficiënt van de film en het substraat verschillend en is de bindkracht klein. De wederzijdse diffusie van de film en de substraatatomen tijdens het uitgloeien kan de hechting effectief verbeteren.

2. Ontwikkeling van magnetron sputter coating technologie

In de afgelopen jaren is de ontwikkeling van magnetron sputtertechnologie zeer snel. Typische methoden omvatten uitgebalanceerd magnetronsputteren, reactief magnetronsputteren, middenfrequent magnetron sputteren en hoog-energetische puls magnetron sputtering.

Gebalanceerd magnetronsputteren: de meest traditionele magnetronsputtertechniek omvat het plaatsen van een permanente magneet of een elektromagnetische spoel achter het doelwit, dat een magnetisch veld vormt dat loodrecht op de richting van het elektrische veld op het oppervlak van het doel staat. Bij argon-gasionisatie onder hoge druk in een plasma, Ar + ion door het elektrisch veld versnelling bombarderen van kathodemateriaal, zijn secundaire elektronen sputterend doelmateriaal, en elektron in de rol van loodrecht elektrisch veld en magnetisch veld, gebonden aan de kathode, nabij de oppervlak van het doelmateriaal verhoogt het risico van botsing tussen elektron en gas, die de argongasionisatiesnelheid verhoogde, waardoor het argongas ook de ontlading onder laag gas kan handhaven, dus magnetronsputteren is zowel de sputtergasdruk verminderd, maar ook verbetert de efficiëntie van sputteren en depositiesnelheid. Er zijn echter enkele nadelen van conventioneel magnetronsputteren. Bijvoorbeeld, zowel de elektronen gegenereerd door lagedrukontlading als de tweede elektronen geëmitteerd door het sputterdoel, zijn gebonden aan het gebied rond het doeloppervlak van ongeveer 60 mm, zodat het werkstuk alleen kan worden geplaatst binnen het bereik van 50 mm en 100 mm op het doeloppervlak. Een dergelijk klein bereik van bekleding beperkt de afmeting van het te bekleden werkstuk.

Reactieve magnetron sputteren: met de ontwikkeling van oppervlakte-engineering, worden verschillende soorten samengestelde dunne films meer en meer gebruikt. Samengestelde films kunnen worden bereid door sputteren op doelen gemaakt van samengestelde materialen direct of door reactieve gassen bij sputteren op metalen of legering doelen. Dit laatste wordt reactief magnetronsputteren genoemd. In het algemeen is het gemakkelijker om samengestelde films van hoge kwaliteit te verkrijgen door zuiver metaal te gebruiken als doelwit- en gasreacties.

M ediumfrequentie magnetron sputteren: deze coatingmethode verandert de magnetron sputterende voeding van conventionele dc naar middenfrequente wisselstroomvoeding. In het sputterproces, wanneer de spanning die door het systeem wordt aangelegd zich in de negatieve halve cyclus van wisselstroom bevindt, is het doelmateriaal wordt gebombardeerd en sputtert door positieve ionen, terwijl in de positieve halve cyclus het oppervlak van het doelmateriaal wordt gebombardeerd en spettert door elektronen in het plasma, en op hetzelfde moment worden de geaccumuleerde positieve ladingen op het oppervlak van het doelmateriaal geneutraliseerd en het boog-treffend fenomeen wordt onderdrukt. Als de frequentie van magnetron sputtering krachtbron gewoonlijk tussen 10 en 80 kHz is, is de frequentie hoog, de versnellingstijd van positieve ionen is kort, de energie is laag wanneer het doelwit raakt, en het sputteren depositie snelheid dienovereenkomstig. Medium frequentie magnetron sputtering systeem heeft over het algemeen twee doelen, die beurtelings worden kathode en anode periodiek Aan de andere kant elimineert het ook het boog-opvallende fenomeen.

Hoogvermogen gepulst magnetron sputteren: voor de eerste keer sinds de Zweedse wetenschappers met behulp van high-energy pulse als magnetron sputtering stroomvoorziening modus en de Cu dunne film depositie, HPPMS sinds, met zijn hoge metaalionisatie snelheid toenemende aandacht in de afgelopen jaren, hoge energie gepulseerd magnetron sputtertechnologie is het gebruik van hoge pulspiekvermogen en lage pulsverhoudingen produceren hoge sputterende metaalionisatiesnelheid van een magnetron sputtertechnologie, vanwege de korte pulsduur, het gemiddelde vermogen is niet hoog, deze kathode niet bij oververhitting en verhoogt de richt koelbehoeften.Het piekvermogen is 100 keer dat van gewone magnetronsputteren, wat ongeveer 1000-3000w / cm2 is. De plasmadichtheid kan zo hoog zijn als de orde van grootte van 1018 m-3. De ionisatiesnelheid van sputtermateriaal is erg hoog en het sputterende Cu-doel kan tot 70% zijn.

3. Toepassing van magnetron sputtering coating technologie

Magnetron sputtertechnologie wordt voornamelijk gebruikt voor de depositie van dunne films van metaal of compound van kunststoffen, keramiek, glas, silicium en andere producten om heldere, mooie en economische oppervlaktemetallisatieproducten van kunststof en keramiek te verkrijgen. De film makende technologie van decoratie, lampen, meubels, speelgoed, kunsten en ambachten, decoratie en andere levende velden maakt gewoonlijk gebruik van magnetron sputterwerkwijze, die ook wordt toegepast in de industriële velden van militaire beschermende film, optisch product, magnetisch opnamemedium, printplaat , vochtbestendige en doordringbare film, slijtvaste film, roestbestendigheid en corrosieweerstand.

Magnetronsputteren wordt niet alleen toegepast in wetenschappelijk onderzoek en industriële gebieden, maar ook uitgebreid tot vele dagelijkse benodigdheden, voornamelijk gebruikt bij de bereiding van moeilijke dunne films door chemische dampafzetting. Magnetron sputtertechnologie wordt al vele jaren gebruikt bij de bereiding van elektronische verpakkingen en optische dunne films, vooral de geavanceerde middenfrequente niet-evenwichtige magnetron sputtertechnologie is ook toegepast in optische dunne films en transparant geleidend glas. Transparant geleidend glas wordt op dit moment algemeen gebruikt, zoals tv-schermweergaveapparaten, elektromagnetische microgolf- en radiofrequente afschermende apparaten en apparaten, zonnecellen enzovoort. Bovendien speelt de magnetron sputter coating technologie een belangrijke rol in het optische geheugen. Bovendien wordt deze technologie veel gebruikt in oppervlaktefunctionele film, zelfsmerende film, ultra-harde film enzovoort.

Naast de hierboven genoemde velden die op grote schaal worden gebruikt, speelt magnetron sputtertechnologie ook een belangrijke rol in het onderzoek van hoge temperatuur, supergeleidende dunne films, reusachtige magnetoresistieve dunne films, ferro-elektrische dunne films, luminescerende dunne films, dunne vormgeheugenlegeringen films en zonnecellen.

4. Conclusie

Magnetron sputtering coating technologie is uitgegroeid tot een van de belangrijkste technieken voor het voorbereiden van dunne films vanwege de opmerkelijke voordelen. Het niet-evenwichtige magnetronsputteren verbetert de verdeling van plasma en de kwaliteit van de film. De ontwikkeling van sputterbekledingstechnologie met gemiddelde frequentie heeft het boogaanvegende fenomeen in het reactieve sputterproces effectief overwonnen, de structurele defecten van de film verminderd en de afzettingssnelheid van de film aanzienlijk verhoogd. Hoge snelheid sputteren en hoogenergetische gepulste magnetron sputtertechnologie openen een nieuw onderzoeksveld voor het sputteren van films. In toekomstige studies, nieuwe sputtertechnologie om te bevorderen op het gebied van het leven, zal de combinatie van magnetron sputterdepositietechnologie en de computer een heet onderzoeksthema worden, gebruikmakend van de computersimulatie van de coating wanneer het magnetisch veld, elektrisch veld, temperatuurveld, en de distributie van het plasma, zal sputterende coatingtechnologie aanbieden voor de ontwikkeling van de uitbreiding van de enorme ruimte, de magnetron sputterende coatingtechnologie bevorderen voor de transformatie van industriële en levende velden.