Pembangunan Dan Aplikasi Teknologi Salutan Magnetron Sputtering
Oct 30, 2018| Pembangunan dan penerapan teknologi salutan magnetron sputtering
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan bahan-bahan baru, terutamanya pembangunan dan penggunaan bahan-bahan filem nipis, perkembangan pesat teknologi pemendapan sputter telah memainkan peranan yang tidak dapat ditukar dalam bidang penyelidikan saintifik dan pengeluaran perindustrian. Kertas ini terutamanya memperkenalkan proses dan pembangunan teknologi salutan pemendapan sputter, ciri-ciri teknologi magnetron sputtering pelbagai utama, dan memperkenalkan penggunaan utama teknologi magnetron sputtering dalam pelbagai bidang.
Proses salutan sputtering adalah terutamanya untuk membuat bahan sasaran menjadi filem nipis, yang ditetapkan pada katod sistem pemendapan sputtering, dan substrat filem nipis yang akan disimpan diletakkan di atas anod permukaan target yang bertentangan. Sistem sputtering dipam ke vakum tinggi dan diisi dengan argon, dan sebagainya. Tekanan tinggi digunakan di antara katod dan anod, dan tekanan pelepasan tekanan rendah dijana di antara anod dan katod. Dalam plasma yang dihasilkan oleh pelepasan, ion positif argon bergerak ke arah katod di bawah tindakan medan elektrik dan berlanggar dengan permukaan sasaran. Atom sasaran yang dipancarkan dari permukaan sasaran selepas bertembung disebut atom sputtering. Tenaga atom sputtering umumnya berada dalam julat satu hingga lusinan voltan elektron. Lapisan pemutar adalah menggunakan ion positif argon yang dihasilkan oleh pelepasan cahaya tekanan rendah untuk mengebom sasaran katod pada kelajuan tinggi di bawah tindakan medan elektrik. Zarah-zarah seperti atom atau molekul dalam sasaran digerakkan dan didepositkan ke permukaan substrat atau bahan kerja untuk membentuk lapisan filem yang diperlukan. Namun, proses pemendapan sputter memancarkan zarah tenaga yang sangat rendah, menyebabkan kadar filem yang rendah.
Teknologi spekter magnet Magnetron adalah untuk meningkatkan kadar pembentukan filem berdasarkan salutan sputtering, penubuhan dan bidang medan magnet tegak lurus di permukaan sasaran, kadar ionisasi argon gas meningkat 0.5% dari 0.3% hingga 5% 6%, supaya boleh menyelesaikan masalah kadar pemendapan salutan sputtering adalah rendah, salah satu kaedah utama adalah industri salutan yang tepat. Bahan katod spontan Magnetron boleh disediakan dari pelbagai bahan, semua logam, aloi dan seramik boleh disusun ke dalam sasaran. Lapisan spinter Magnetron sesuai untuk jisim dan pengeluaran industri kecekapan yang tinggi disebabkan oleh kadar pemendapan yang cepat dan filem padat dan lekatan yang baik kepada substrat di bawah kesan medan magnet tegak dan medan elektrik.
1. Proses magnetron sputtering
Dalam proses spontan magnetron, proses tertentu mempunyai kesan yang besar terhadap prestasi filem, dan proses utama adalah seperti berikut:
(l) pembersihan substrat, terutamanya dengan pembersihan stim dengan isopropil alkohol, diikuti dengan pengeringan cepat selepas merendam substrat dengan etanol dan aseton untuk menghilangkan minyak di permukaan;
(2) vakum. Vakum mesti dikawal di atas 2 * 10 -4 Pa untuk memastikan kesucian filem;
(3) pemanasan, untuk menghapus kelembapan permukaan substrat, meningkatkan kekuatan lekatan filem dan substrat, perlu pemanasan substrat, suhu biasanya memilih antara 150 ℃ ~ 150 ℃ ;
(4) tekanan separa argon, umumnya dalam lingkungan 0.01 lPa, untuk memenuhi keadaan tekanan pelepasan cahaya;
(5) pemangkapan. Presputtering adalah untuk membuang filem oksida pada permukaan bahan sasaran oleh pengeboman ion supaya tidak menjejaskan kualiti filem.
(6) sputtering. Ion positif yang terbentuk oleh argon terionis boleh, di bawah tindakan medan magnet ortogonal dan medan elektrik, membombardir bahan sasaran pada kelajuan tinggi, menjadikan zarah sasaran yang dipancarkan oleh sputtering mencapai permukaan substrat dan mendepositkan ke dalam sebuah filem.
(7) semasa penyepuhlindapan, pekali pengembangan haba filem dan substrat adalah berbeza, dan daya mengikat adalah kecil. Penyebaran bersama filem dan atom-atom substrat semasa penyepuhlindapan secara berkesan dapat meningkatkan lekatan.
2. Pengembangan teknologi salutan magnetron
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, perkembangan teknologi spontan magnetron sangat pesat. Kaedah-kaedah tipikal termasuk magnetron sputtering yang seimbang, magnetron sputtering reaktif, frekuensi medium magnetron sputtering dan pulangan tenaga magnetron sputtering.
Magnetron sputtering yang seimbang: teknik magnetron yang paling tradisional melibatkan penempatan magnet kekal atau gegelung elektromagnet di belakang sasaran, yang membentuk medan magnet berserenjang ke arah medan elektrik di permukaan sasaran. Dalam pengionan gas argon di bawah tekanan tinggi ke dalam plasma, Ar + ion oleh pecutan medan elektrik membombardir bahan katod, elektron menengah adalah bahan target sputtering, dan elektron dalam peranan bidang elektrik serenjang dan medan magnet, terikat pada katod, berhampiran permukaan bahan sasaran meningkatkan risiko perlanggaran antara elektron dan gas, yang meningkatkan kadar pengionan gas argon, membuat gas argon juga boleh mengekalkan pelepasan di bawah gas rendah, oleh itu magnetron sputtering kedua-duanya mengurangkan tekanan gas yang sputtering, tetapi juga meningkatkan kecekapan kadar sputtering dan pemendapan. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa keburukan konvensional magnetron sputtering. Sebagai contoh, kedua-dua elektron yang dijana oleh pelepasan tekanan rendah dan elektron kedua yang dipancarkan oleh sasaran sputtering terikat ke kawasan di sekitar permukaan sasaran kira-kira 60 mm, supaya bahan kerja hanya boleh diletakkan dalam lingkungan 50 mm dan 100 mm pada permukaan sasaran. Pelbagai lapisan salutan seperti ini mengehadkan saiz bahan kerja untuk disalut.
Magnetron reaktif sputtering: dengan perkembangan kejuruteraan permukaan, pelbagai jenis filem nipis kompaun semakin banyak digunakan. Filem kompaun boleh disediakan dengan memancarkan sasaran pada bahan kompaun secara langsung atau oleh gas reaktif apabila merosakkan sasaran logam atau aloi. Yang terakhir ini dipanggil magnetron sputtering. Secara umum, lebih mudah untuk mendapatkan filem kompaun berkualiti tinggi dengan menggunakan logam tulen sebagai sasaran dan tindak balas gas.
M edium kekerapan magnetron sputtering: kaedah salutan ini mengubah bekalan kuasa spontan magnetron dari dc konvensional kepada bekalan kuasa ac frekuensi sederhana. Dalam proses sputtering, apabila voltan yang digunakan oleh sistem berada dalam kitaran separuh negatif semasa berselang-seli, bahan sasaran dibombardir dan terbakar oleh ion positif, manakala dalam kitaran separuh positif, permukaan bahan sasaran dibombardir dan dipancarkan oleh elektron dalam plasma, dan pada masa yang sama, caj positif terkumpul di permukaan bahan sasaran dinentralisasi dan fenomena arc-striking ditindas. Jika kekerapan magnetron sputtering sumber kuasa biasanya antara 10 dan 80 kHz, kekerapan adalah tinggi, masa pecutan ion positif adalah pendek, tenaga adalah rendah apabila memukul sasaran, dan sputtering kadar pemendapan jatuh dengan sewajarnya. Sistem frekuensi magnetron sputtering secara umumnya mempunyai dua sasaran, yang bergilir menjadi katod dan anod secara berkala Di sisi lain, ia juga menghapuskan fenomena lengkungan.
Tenaga yang tinggi berdenyut magnetron sputtering: buat kali pertama sejak ahli sains Sweden menggunakan denyutan tenaga tinggi sebagai mod bekalan kuasa magnetron dan pemutus filem tipis Cu, HPPMS sejak, dengan kadar ionisasi logam yang tinggi meningkatkan perhatian pada tahun-tahun kebelakangan ini, tenaga tinggi berdenyut Teknologi magnetron sputtering adalah penggunaan kuasa puncak nadi tinggi dan nisbah denyutan nadi yang rendah menghasilkan kadar ionisasi logam sputtering tinggi teknologi spontan magnetron, kerana tempoh denyutan pendek, kuasa purata tidak tinggi, katod ini tidak terlalu panas dan meningkatkan keperluan penyejukan sasaran. Kuasa puncaknya adalah 100 kali ganda dari magnetron sputtering biasa, iaitu sekitar 1000-3000w / cm2. Ketumpatan plasma boleh setinggi magnitud 1018m-3. Kadar pengionan bahan sputtering sangat tinggi, dan sasaran Cu sputtering boleh sampai 70%.
3. Penggunaan teknologi salutan magnetron yang sputtering
Teknologi pelapisan magnetik terutamanya digunakan untuk pemendapan logam atau filem tipis sebatian plastik, seramik, kaca, silikon dan produk lain untuk mendapatkan produk metallization permukaan yang cerah, cantik dan menjimatkan dari plastik dan seramik. Teknologi membuat hiasan, lampu, perabot, mainan, seni dan kraf, hiasan dan lain-lain bidang hidup biasanya menggunakan kaedah magnetron sputtering, yang juga digunakan dalam bidang industri filem pelindung tentera, produk optik, medium rakaman magnetik, papan litar , kelembapan-bukti dan filem telap, filem tahan haus, rintangan karat dan rintangan kakisan.
Magnetron sputtering tidak hanya digunakan dalam bidang penyelidikan dan industri saintifik, tetapi juga diperluaskan kepada banyak bekalan harian, terutamanya digunakan dalam penyediaan filem-filem nipis yang sukar oleh pemendapan wap kimia. Teknologi sputtering Magnetron telah digunakan selama bertahun-tahun dalam penyediaan pembungkusan elektronik dan filem nipis optik, terutama kekerapan pertengahan canggih bukan keseimbangan teknologi magnetron sputtering juga telah digunakan dalam filem tipis optik dan kaca konduktif telus. Kaca konduktif telus digunakan secara meluas pada masa ini, seperti alat paparan panel komputer TV, gelombang mikro elektromagnetik dan peranti dan peranti pelindung frekuensi radio, sel suria dan sebagainya. Di samping itu, teknologi salutan magnetron sputtering memainkan peranan penting dalam ingatan optik. Selain itu, teknologi ini digunakan secara meluas dalam filem berfungsi permukaan, filem pelincir diri, filem ultra keras dan sebagainya.
Di samping bidang yang disebutkan di atas yang telah digunakan secara meluas, teknologi salutan magnetron juga memainkan peranan penting dalam penyelidikan suhu tinggi, superkonduktor filem nipis, filem nipis magnetoresistif gergasi, filem nipis ferroelektrik, filem nipis pendarfik, bentuk aloi memori nipis filem dan sel suria.
4. Kesimpulan
Teknologi pelapisan Magnetron telah menjadi salah satu teknik utama untuk menyediakan filem tipis kerana kelebihannya yang luar biasa. Pecutan magnetron yang tidak keseimbangan meningkatkan pengedaran plasma dan kualiti filem. Perkembangan teknologi lapisan salutan frekuensi sederhana telah berkesan mengatasi fenomena arc-striking dalam proses pemancaran reaktif, mengurangkan kecacatan struktur filem dan meningkatkan kadar pemendapan filem dengan ketara. Teknologi spontan magnetron sputtering yang berkuasa tinggi dan berkuasa tinggi membuka satu bidang penyelidikan baru untuk filem sputtering. Dalam kajian masa depan, teknologi sputtering baru untuk menggalakkan dalam bidang kehidupan, gabungan teknologi pemendapan magnetron sputtering dan komputer akan menjadi topik penyelidikan panas, menggunakan simulasi komputer salutan apabila medan magnet, medan elektrik, medan suhu, dan pengedaran plasma, akan menawarkan teknologi salutan yang sputtering untuk pengembangan pengembangan ruang besar, menggalakkan teknologi salutan magnetron sputtering kepada transformasi medan industri dan hidup.
