Sviluppo e applicazione della tecnologia di rivestimento Sputtering Magnetron

Sviluppo e applicazione della tecnologia di rivestimento sputtering di magnetron

Negli ultimi anni, con lo sviluppo di nuovi materiali, in particolare lo sviluppo e l'applicazione di materiali a film sottile, il rapido sviluppo della tecnologia di deposizione a sputtering ha svolto un ruolo insostituibile nel campo della ricerca scientifica e della produzione industriale. Questo documento introduce principalmente il processo e lo sviluppo della tecnologia di rivestimento deposizione a polverizzazione, le caratteristiche delle varie principali tecnologie di placcatura di sputtering di magnetron e introduce l'applicazione principale della tecnologia di sputtering di magnetron in vari campi.

Il processo di rivestimento sputtering è principalmente quello di fare materiali target in film sottili, che sono fissati sul catodo del sistema di deposizione per polverizzazione, e il substrato di film sottili da depositare è posto sull'anodo della superficie bersaglio opposta. Il sistema di sputtering viene pompato ad alto vuoto e riempito con argon, ecc. Viene applicata un'alta pressione tra il catodo e l'anodo e viene generata una scarica a bassa pressione tra anodo e catodo. Nel plasma generato dalla scarica, gli ioni di argon si spostano verso il catodo sotto l'azione del campo elettrico e si scontrano con la superficie bersaglio. Gli atomi target emessi dalla superficie bersaglio dopo essere stati scontrati sono chiamati atomi sputtering. L'energia degli atomi di polverizzazione è generalmente nell'intervallo da 1 a dozzine di elettronvolt. Il rivestimento di deposizione consiste nell'utilizzare ioni di argon positivi generati da una scarica a bagliore a bassa pressione per bersagliare il bersaglio del catodo ad alta velocità sotto l'azione del campo elettrico. Particelle come atomi o molecole nel bersaglio vengono spruzzate e depositate sulla superficie del substrato o del pezzo in lavorazione per formare lo strato di film richiesto. Tuttavia, il processo di deposizione a polverizzazione atomica produce particelle sputtering di energia molto bassa, risultando in una bassa velocità del film.

La tecnologia di sputtering del magnetron è quella di migliorare la velocità di formazione del film sulla base del rivestimento sputtering, del campo magnetico perpendicolare del campo elettrico e di stabilimento nella superficie del tasso di ionizzazione del gas di argon, un aumento dello 0,5% dallo 0,3% al 5% 6%, in modo che in grado di risolvere il problema della deposizione di sputtering tasso di deposizione è basso, uno dei metodi principali sono l'industria di rivestimento preciso. I materiali catodici per sputtering di magnetron possono essere preparati da un'ampia gamma di materiali, tutti i metalli, le leghe e le ceramiche possono essere preparati in target. Il rivestimento sputtering di magnetron è adatto alla produzione industriale di massa e ad alta efficienza grazie alla sua velocità di deposizione rapida e al film compatto e alla buona adesione al substrato sotto l'effetto del campo magnetico verticale e del campo elettrico.

1. Il processo di sputtering del magnetron

Nel processo di sputtering del magnetron, il processo specifico ha un grande impatto sulle prestazioni del film, e il processo principale è il seguente:

(l) pulizia del substrato, principalmente mediante lavaggio a vapore con alcol isopropilico, seguita da rapida essiccazione dopo aver immerso il substrato con etanolo e acetone per rimuovere l'olio sulla superficie;

(2) vuoto. Il vuoto deve essere controllato sopra 2 * 10 ^-4 Pa per garantire la purezza del film;

(3) riscaldamento, al fine di rimuovere l'umidità superficiale del substrato, migliorare la forza di adesione del film e substrato, necessità di substrato di riscaldamento, la temperatura di solito scegliere tra 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) pressione parziale dell'argon, generalmente compresa nell'intervallo di 0,01 lPa, per soddisfare la condizione di pressione della scarica a bagliore;

(5) presputtering. Il presputtering consiste nel rimuovere la pellicola di ossido sulla superficie del materiale target dal bombardamento ionico in modo da non influire sulla qualità del film.

(6) sputtering. Gli ioni positivi formati da argon ionizzato possono, sotto l'azione del campo magnetico ortogonale e del campo elettrico, bombardare il materiale target ad alta velocità, facendo sì che le particelle target emesse dallo sputtering raggiungano la superficie del substrato e si depositino in un film.

(7) durante la ricottura, il coefficiente di dilatazione termica del film e del substrato è diverso e la forza di legame è piccola. La mutua diffusione del film e degli atomi di substrato durante la ricottura può migliorare efficacemente l'adesione.

2. Sviluppo della tecnologia di rivestimento sputtering di magnetron

Negli ultimi anni lo sviluppo della tecnologia di sputtering del magnetron è stato molto rapido. I metodi tipici includono sputtering magnetron bilanciato, sputtering del magnetron reattivo, sputtering del magnetron a media frequenza e sputtering del magnetron a impulsi ad alta energia.

Sputtering con magnetron bilanciato: la tecnica di sputtering del magnetron più tradizionale consiste nel posizionare un magnete permanente o una bobina elettromagnetica dietro il target, che forma un campo magnetico perpendicolare alla direzione del campo elettrico sulla superficie del target. Nella ionizzazione del gas argon sotto alta pressione in un plasma, ione Ar + dall'accelerazione del campo elettrico che bombarda il materiale catodico, gli elettroni secondari sono materiale bersaglio per lo sputtering, e l'elettrone nel ruolo del campo elettrico perpendicolare e del campo magnetico, legato al catodo, vicino al la superficie del materiale bersaglio aumenta il rischio di collisione tra elettrone e gas, che ha aumentato la velocità di ionizzazione del gas argon, rende il gas argon può anche mantenere lo scarico sotto gas basso, quindi sputtering del magnetron è sia ridotto la pressione del gas sputtering, ma anche migliorare l'efficienza dello sputtering e il tasso di deposizione. Tuttavia, ci sono alcuni svantaggi dello sputtering del magnetron convenzionale. Ad esempio, sia gli elettroni generati dalla scarica a bassa pressione che i secondi elettroni emessi dal target di polverizzazione sono legati all'area attorno alla superficie target di circa 60 mm, in modo che il pezzo da lavorare possa essere posizionato solo nell'intervallo di 50 mm e 100 mm sulla superficie del bersaglio. Una così piccola gamma di rivestimenti limita le dimensioni del pezzo da placcare.

Sputtering del magnetron reattivo: con lo sviluppo dell'ingegneria delle superfici, vengono utilizzati sempre più tipi di film sottili composti. Le pellicole composte possono essere preparate spruzzando su bersagli fatti di materiali composti direttamente o con gas reattivi durante lo sputtering su bersagli di metallo o lega. Quest'ultimo è chiamato sputtering magnetron reattivo. In generale, è più facile ottenere pellicole composte di alta qualità utilizzando il metallo puro come reazione target e gas.

Sputtering con magnetron in frequenza di edio: questo metodo di rivestimento cambia l'alimentazione di sputtering del magnetron dall'alimentatore ca convenzionale a media frequenza. Nel processo di polverizzazione, quando la tensione applicata dal sistema è nel semiciclo negativo di corrente alternata, il materiale target è bombardato e polverizzato da ioni positivi, mentre nel mezzo ciclo positivo, la superficie del materiale bersaglio viene bombardata e polverizzata dagli elettroni nel plasma e, allo stesso tempo, le cariche positive accumulate sulla superficie del materiale bersaglio vengono neutralizzate e il fenomeno di innesco dell'arco è soppresso. Se la frequenza della fonte di energia sputtering del magnetron è solitamente compresa tra 10 e 80 kHz, la frequenza è alta, il tempo di accelerazione degli ioni positivi è breve, l'energia è bassa quando colpisce il bersaglio e lo sputtering la velocità di deposizione scende di conseguenza. Il sistema di sputtering del magnetron a frequenza media ha generalmente due target, che a turno si trasformano in catodo e anodo periodicamente D'altra parte, elimina anche il fenomeno dell'arco.

Sputtering a magnetron pulsato ad alta energia: per la prima volta da quando gli scienziati svedesi hanno utilizzato impulsi ad alta energia come modalità di alimentazione a spettroscopia magnetron e deposizione di film sottili di Cu, HPPMS da allora, con la sua elevata velocità di ionizzazione del metallo che ha aumentato l'attenzione negli ultimi anni, ad alta energia pulsata la tecnologia di sputtering magnetron è l'uso di alta potenza di picco dell'impulso e rapporti di impulso bassi producono una elevata velocità di ionizzazione del metallo di una tecnologia di sputtering del magnetron, a causa della breve durata dell'impulso, la potenza media non è elevata, questo catodo non si surriscalda e aumenta il requisiti di raffreddamento target. La potenza di picco è 100 volte superiore a quella del normale sputtering con magnetron, che è di circa 1000-3000w / cm2. La densità del plasma può raggiungere un ordine di grandezza di 1018 m-3. La velocità di ionizzazione del materiale sputtering è molto alta e il target Cu sputtering può raggiungere il 70%.

3. Applicazione della tecnologia di rivestimento sputtering magnetron

La tecnologia di rivestimento sputtering di magnetron viene utilizzata principalmente per la deposizione di film sottili metallici o composti di plastica, ceramica, vetro, silicio e altri prodotti per ottenere prodotti di metallizzazione superficiale brillanti, belli ed economici di materie plastiche e ceramiche. Il film che fa la tecnologia di decorazione, lampade, mobili, giocattoli, arti e mestieri, decorazione e altri campi di vita solitamente utilizza il metodo sputtering del magnetron, che è anche applicato nei campi industriali del film protettivo militare, prodotto ottico, supporto magnetico di registrazione, circuito , pellicola resistente all'umidità e permeabile, film resistente all'usura, resistenza alla ruggine e alla corrosione.

Lo sputtering del magnetron non si applica solo alla ricerca scientifica e ai campi industriali, ma si estende anche a molte forniture giornaliere, principalmente utilizzate nella preparazione di film sottili difficili mediante deposizione chimica da fase vapore. La tecnologia di sputtering del magnetron è stata utilizzata per molti anni nella preparazione di imballaggi elettronici e pellicole ottiche sottili, in particolare la tecnologia avanzata di sputtering del magnetron non di equilibrio a frequenza intermedia è stata applicata anche in pellicole ottiche sottili e vetro conduttivo trasparente. Attualmente è ampiamente utilizzato il vetro conduttivo trasparente, come i dispositivi di visualizzazione del pannello del computer della TV, i dispositivi e dispositivi di protezione a microonde e radiofrequenza elettromagnetici, le celle solari e così via. Inoltre, la tecnologia di rivestimento sputtering di magnetron gioca un ruolo importante nella memoria ottica. Inoltre, questa tecnologia è ampiamente utilizzata in film funzionali superficiali, film autolubrificanti, film ultra-duri e così via.

Oltre ai campi sopra menzionati che sono stati ampiamente utilizzati, la tecnologia di rivestimento sputtering di magnetron svolge anche un ruolo importante nella ricerca di film sottili superconduttori ad alta temperatura, film sottili magnetoresistenti sottili, film sottili ferroelettrici, film sottili luminescenti, lega a memoria di forma sottile film e celle solari.

4. Conclusione

La tecnologia di rivestimento sputtering di magnetron è diventata una delle principali tecniche per la preparazione di film sottili grazie ai suoi notevoli vantaggi. Lo sputtering del magnetron non di equilibrio migliora la distribuzione del plasma e la qualità del film. Lo sviluppo della tecnologia del rivestimento sputtering a media frequenza ha efficacemente superato il fenomeno di innesco dell'arco nel processo di sputtering reattivo, ridotto i difetti strutturali del film e aumentato significativamente il tasso di deposizione del film. La sputtering ad alta velocità e la tecnologia di sputtering a magnetron ad alta energia pulsata aprono un nuovo campo di ricerca per i film di sputtering. Negli studi futuri, la nuova tecnologia di sputtering da promuovere nel campo della vita, la combinazione della tecnologia di deposizione del magnetron sputtering e del computer diventerà un argomento di ricerca molto caldo, utilizzando la simulazione al computer del rivestimento quando il campo magnetico, il campo elettrico, il campo di temperatura, e la distribuzione del plasma offrirà tecnologia di rivestimento a polverizzazione per lo sviluppo dell'espansione di un enorme spazio, promuoverà la tecnologia del rivestimento sputtering di magnetron per la trasformazione di campi industriali e viventi.