Deposisi Arc Cathodic

Pemendapan arus katodik atau Arc-PVD adalah teknik pemendapan wap fisika di mana arka elektrik digunakan untuk menguap bahan dari target katod . Bahan yang menguap kemudian memampatkan pada substrat, membentuk filem nipis . Teknik ini boleh digunakan untuk mendepositkan filem-filem metalik , seramik , dan komposit .

Proses

Proses penyejatan arka bermula dengan memunculkan arka voltan semasa yang tinggi pada permukaan katod (dikenali sebagai sasaran) yang menimbulkan sedikit (biasanya beberapa mikrometer lebar), kawasan pemancaran yang sangat bertenaga dikenali sebagai katod tempat. Suhu lokal di tempat katod sangat tinggi (sekitar 15000 ° C), yang mengakibatkan jet halaju tinggi (10 km / s) jet bahan katod vapourised, meninggalkan kawah di belakang pada permukaan katod. Titik katod hanya aktif untuk jangka masa yang singkat, maka ia memadamkan diri dan kembali menyala di kawasan baru dekat dengan kawah sebelumnya. Tingkah laku ini menyebabkan gerakan jelas arka.

Oleh kerana arka pada dasarnya adalah konduktor membawa semasa ia boleh dipengaruhi oleh penggunaan medan elektromagnetik , yang dalam amalannya digunakan untuk menggerakkan arka dengan cepat ke seluruh permukaan sasaran, supaya permukaan keseluruhan terhakis dari masa ke masa.

Arka mempunyai ketumpatan kuasa yang sangat tinggi yang mengakibatkan tahap pengionan yang tinggi (30-100%), pelbagai ion caj , zarah neutral, kluster dan zarah makro (titisan). Sekiranya gas reaktif diperkenalkan semasa proses penyejatan, pemisahan , pengionan dan pengujaan boleh berlaku semasa interaksi dengan fluks ion dan filem kompaun akan didepositkan.

Satu keburukan proses penyejatan arka adalah bahawa jika titik katod kekal pada titik penyejatan terlalu lama ia boleh mengeluarkan sejumlah besar makro-partikel atau titisan. Titisan ini menjejaskan prestasi salutan kerana ia kurang dipatuhi dan boleh dilanjutkan melalui salutan. Lebih teruk lagi jika bahan sasaran katod mempunyai titik lebur yang rendah seperti aluminium tempat katod boleh menguap melalui sasaran yang menyebabkan sama ada bahan penyokong sasaran yang disejat atau air penyejuk memasuki ruang. Oleh itu, medan magnet seperti yang dinyatakan sebelum ini digunakan untuk mengawal gerakan arka. Sekiranya katod silinder digunakan, katod juga boleh diputar semasa pemendapan. Dengan tidak membenarkan tempat katod kekal dalam satu kedudukan terlalu tinggi sasaran aluminium boleh digunakan dan bilangan titisan berkurang. Sesetengah syarikat juga menggunakan arka yang ditapis yang menggunakan medan magnet untuk memisahkan tetesan dari fluks salutan.

Reka bentuk peralatan

Sumber arka Cathodic jenis Sablev, yang paling banyak digunakan di Barat, terdiri daripada bentuk konduktif elektrik berbentuk silinder pendek di katod dengan satu ujung terbuka. Sasaran ini mempunyai cincin logam terapung elektrik yang dikelilingi bekerja sebagai cincin kurungan busur (perisai Strel'nitskij). Anod untuk sistem boleh sama ada dinding kebuk vakum atau anod diskret. Titik arus dihasilkan oleh pencetus mekanikal (atau penyala) yang menarik pada akhir terbuka sasaran yang membuat litar pintas sementara antara katod dan anod. Selepas tempat arka dihasilkan, mereka dapat dikendalikan oleh medan magnet atau bergerak secara rawak tanpa medan magnet.

Rasuk plasma daripada sumber Arc Cathodic mengandungi beberapa kumpulan atom atau molekul yang lebih besar (yang dipanggil makro-zarah), yang menghalangnya daripada menjadi berguna untuk beberapa aplikasi tanpa beberapa penapisan. Terdapat banyak reka bentuk untuk penapis zarah makro dan reka bentuk yang paling dikaji didasarkan pada karya oleh II Aksenov et al. dalam tahun 70-an. Ia terdiri daripada saluran seperempat-torus yang dibengkokkan pada 90 darjah dari sumber arka dan plasma dibimbing oleh saluran dengan prinsip optik plasma.

Terdapat juga rekaan menarik yang lain seperti reka bentuk yang menggabungkan penapis saluran lurus yang terbina dalam dengan bentuk cod kon kon dipotong seperti yang dilaporkan oleh DA Karpov dalam tahun 90-an. Reka bentuk ini menjadi sangat popular di kalangan kedua-dua pelapis keras filem dan penyelidik di Rusia dan bekas negara USSR sehingga sekarang. Sumber arc Cathodic boleh dibuat ke bentuk tubular panjang (arc dilanjutkan) atau bentuk segi empat panjang tetapi kedua-dua reka bentuk kurang popular.

Permohonan

Pengekalan arka katodik digunakan secara aktif untuk mensintesis filem yang sangat keras untuk melindungi permukaan alat pemotong dan memanjangkan nyawa mereka dengan ketara. Pelbagai jenis filem keras nipis, pelapis Superhard dan lapisan nanocomposite boleh disintesis oleh teknologi ini termasuk TiN , TiAlN , CrN , ZrN , AlCrTiN dan TiAlSiN .

Ini juga digunakan secara meluas terutamanya untuk pemendapan ion karbon untuk menghasilkan filem karbon seperti berlian . Oleh kerana ion-ion itu meletup dari permukaan secara bola , ia adalah biasa untuk bukan sahaja atom tunggal, tetapi kelompok atom yang lebih besar akan dikeluarkan. Oleh itu, sistem semacam ini memerlukan penapis untuk mengeluarkan kluster atom dari rasuk sebelum pemendapan. Filem DLC dari arc ditapis mengandungi peratusan sp ³ berlian yang sangat tinggi yang dikenali sebagai karbon amorfasi tetrahedral , atau ta-C .

Arka Cathodic yang ditapis boleh digunakan sebagai ion logam / sumber plasma untuk implantasi Ion dan Implantasi Ion Plasma dan Pemendapan (PIII & D).