Vakuuma pārklājuma tehnoloģija, saīsināti kā PVD, ir paņēmiens, kas izmanto fizikālas metodes, lai vakuuma apstākļos iztvaicētu materiāla avota virsmu atomos, molekulās vai jonos un uz substrāta virsmas uzklātu plānu kārtiņu ar noteiktu īpašu funkciju. Vakuuma pārklāšanas iekārtu pārklāšanas tehnoloģija galvenokārt ir sadalīta trīs kategorijās: tvaiku pārklāšana, izsmidzināšana un jonu pārklāšana. Ir trīs veidu iztvaikošanas pārklājuma tehnoloģija: pretestības iztvaikošana, elektronu staru iztvaikošana un indukcijas karsēšanas iztvaikošana.
Pārklāšanas tehnoloģijai vakuuma pārklāšanas iekārtās ir trīs galvenie virzieni: iztvaikošanas pārklāšanas tehnoloģija, jonu pārklājuma tehnoloģija un magnetronu izsmidzināšanas pārklāšanas iekārta. Katrai pārklājuma tehnoloģijai ir savas priekšrocības un trūkumi, un dažādi substrāti un mērķi tiek pārklāti ar dažādām pārklājuma tehnoloģijām.
Iztvaikošanas pretestības pārklājuma tehnoloģija izmanto pretestības sildīšanas iztvaikošanas avota iztvaikošanas pārklājuma tehnoloģiju, ko parasti izmanto materiālu ar zemu kušanas temperatūru, piemēram, alumīnija, zelta, sudraba, cinka sulfīda, magnija fluorīda, hroma trioksīda utt., Iztvaicēšanai; Apkures rezistori parasti ir izgatavoti no volframa, molibdēna, tantala utt. Unikālas priekšrocības, vienkārša struktūra un zemas izmaksas. Trūkums: materiāls var reaģēt ar tīģeli, ietekmējot plānās kārtiņas tīrību, un tas nevar iztvaikot augstas kušanas temperatūras dielektriskās plānās kārtiņas; Zems iztvaikošanas ātrums.
Iztvaikošanas pretestības elektronu staru iztvaikošana ir tehnoloģija, kas izmanto ātrgaitas elektronu staru sildīšanu, lai iztvaicētu un iztvaicētu materiālus, un pēc tam kondensējas plēvē uz substrāta virsmas. Elektronu staru kūļa siltuma avota enerģijas blīvums var sasniegt 104-109w/cm2 un var sasniegt vairāk nekā 3000 grādus. Tas var iztvaikot metālus ar augstu kušanas temperatūru vai dielektriskus materiālus, piemēram, volframu, molibdēnu, germānu, SiO2, AL2O3 utt.
Elektronu staru iztvaikošanas galvenais princips ir tāds, ka augsta vakuuma vidē elektronu lielgabala izstarotie augstas enerģijas elektroni elektrisko un magnētisko lauku iedarbībā bombardē mērķa materiāla virsmu, pārvēršot kinētisko enerģiju siltumenerģijā. Mērķa materiāls uzsilst, izkusis vai tieši iztvaiko, uz pamatnes virsmas uzklājot plānu kārtiņu.
Ir divu veidu tvaiku pārklāšanas avoti elektronu staru sildīšanai: taisni lielgabalu elektronu lielgabali un e-tipa elektronu lielgabali (arī apļveida). Elektronu stars tiek izstarots no avota un fokusēts un novirzīts ar magnētiskā lauka spoles palīdzību, lai bombardētu un karsētu plēves materiālu. Tās priekšrocības ietver spēju iztvaikot jebkuru materiālu, plēves augstu tīrību, tiešu iedarbību uz materiāla virsmu un augstu termisko efektivitāti. Elektronu lielgabalu trūkumi ietver sarežģītu struktūru, augstās izmaksas, vieglu savienojumu sadalīšanos nogulsnēšanās laikā un ķīmisko nelīdzsvarotību.
Iztvaicēšana ar indukcijas karsēšanu ir tehnoloģija, kas izmanto augstfrekvences elektromagnētiskā lauka indukcijas sildīšanu, lai iztvaicētu un iztvaicētu materiālus, kondensējot tos plēvē uz pamatnes virsmas. Tās priekšrocības ietver augstu iztvaikošanas ātrumu, kas var būt aptuveni 10 reizes lielāks nekā pretestības iztvaikošanas avotam. Iztvaikošanas avota temperatūra ir stabila, tādēļ tā ir mazāk pakļauta šļakatām. Tīģeļa temperatūra ir zema, un tīģeļa materiālam ir mazāks membrānas piesārņojums. Tās trūkumi ietver nepieciešamību aizsargāt iztvaicēšanas ierīci, augstās izmaksas un sarežģītu aprīkojumu.
Lai gan šo trīs iztvaikošanas pārklāšanas tehnoloģiju principi vakuuma pārklāšanas iekārtām ir vienādi, tās visas izmanto augstas temperatūras iztvaikošanu, lai iztvaicētu materiālus pārklājumam. Tomēr vide, kurā tie tiek uzklāti, ir atšķirīga, un arī pārklājuma materiāliem un pamatnēm ir atšķirīgas prasības.
Augstfrekvences indukcijas karsēšanas iztvaikošana ir process, kurā augstfrekvences spirālveida spoles centrā novieto tīģeli, kas satur pārklājuma materiālu, liekot pārklājuma materiālam augstfrekvences elektromagnētiskā lauka indukcijas rezultātā radīt spēcīgas virpuļstrāvas un histerēzes efektus, kā rezultātā. plēves slāņa karsēšanā, līdz tā iztvaiko un iztvaiko. Iztvaikošanas avots parasti sastāv no ūdens dzesēšanas augstfrekvences spoles un grafīta vai keramikas (magnija oksīda, alumīnija oksīda, bora oksīda utt.) tīģeļa. Augstfrekvences barošanas bloks izmanto frekvenci no 10 000 līdz vairākiem simtiem tūkstošu hercu ar ieejas jaudu no vairākiem līdz vairākiem simtiem kilovatu. Jo mazāks ir membrānas materiāla tilpums, jo augstāka ir indukcijas frekvence. Indukcijas spoles frekvenci parasti ražo, izmantojot ūdens dzesēšanas vara caurules. Augstfrekvences indukcijas sildīšanas iztvaicēšanas metodes trūkums ir tāds, ka nav viegli precīzi noregulēt ievades jaudu. Tam ir šādas priekšrocības:
1. Augsts iztvaikošanas ātrums:
2. Iztvaikošanas avota temperatūra ir vienmērīga un stabila, un nav viegli radīt pārklājuma pilienu izšļakstīšanos.
3. Vienreizēja iztvaikošanas avota ielāde, temperatūras kontrole ir salīdzinoši vienkārša, un darbība ir vienkārša.
Magnetronu izsmidzināšanas pārklājuma tehnoloģijas priekšrocības ir šādas
1. Augsts sedimentācijas ātrums. Pateicoties ātrdarbīgu magnetronu elektrodu izmantošanai, var iegūt lielu jonu strāvu, kas efektīvi uzlabo šī pārklājuma procesa nogulsnēšanās ātrumu un izsmidzināšanas ātrumu. Salīdzinot ar citiem izsmidzināšanas pārklāšanas procesiem, magnetronu izsmidzināšanai ir liela ražošanas jauda un izlaide, un to plaši izmanto dažādās rūpnieciskās ražošanā.
2. Augsta jaudas efektivitāte. Magnetronu izsmidzināšanas mērķi parasti izvēlas spriegumu diapazonā no 200 V-1000 V, parasti 600 V, jo 600 V spriegums ir tieši augstākajā efektīvajā jaudas efektivitātes diapazonā.
Zema izsmidzināšanas enerģija. Zemais spriegums, kas tiek pielietots magnetrona mērķim, un magnētiskais lauks ierobežo plazmu katoda tuvumā, kas var novērst augstas enerģijas lādētu daļiņu nokļūšanu uz pamatnes.
3. Pamatnes temperatūra ir zema. Anodiskās izlādes laikā radītos elektronus var izmantot bez substrāta atbalsta zemējuma, kas var efektīvi samazināt elektronu bombardēšanu uz substrāta. Tāpēc pamatnes temperatūra ir salīdzinoši zema, tādēļ tā ir ļoti piemērota dažu plastmasas pamatņu pārklāšanai, kas nav īpaši izturīgas pret augstām temperatūrām.
Nevienmērīga kodināšana uz magnetronu izsmidzināšanas mērķu virsmas. Magnetronu izsmidzināšanas mērķu nevienmērīgu virsmas kodināšanu izraisa nevienmērīgi mērķa magnētiskie lauki, kā rezultātā palielinās kodināšanas ātrums vietējās mērķa vietās un zemāks mērķa materiāla efektīvais izmantošanas līmenis (tikai 20% -30% izmantošanas līmenis) . Tāpēc, lai uzlabotu mērķa materiālu izmantošanas līmeni, ar noteiktiem līdzekļiem ir jāmaina magnētiskā lauka sadalījums vai jāizmanto magnēti, lai pārvietotos katodā, kas var arī uzlabot mērķa materiālu izmantošanas līmeni.
4. Salikts mērķis. Var ražot ar mērķi pārklātas kompozīta sakausējuma plēves. Pašlaik Ta Ti sakausējuma, (Tb Dy) - Fe un Gb Co sakausējuma plēves ir veiksmīgi uzklātas, izmantojot kompozītu magnetronu izsmidzināšanas tehnoloģiju. Saliktiem mērķiem ir četru veidu struktūras, proti, apļveida iegultie mērķi, kvadrātveida iegultie mērķi, mazi kvadrātveida iegultie mērķi un vēdekļveida iegultie mērķi. Starp tiem vislabākais lietošanas efekts ir vēdekļveida iegultā mērķa struktūrai.
5. Plašs pielietojuma klāsts. Magnetronu izsmidzināšanas procesā var nogulsnēt daudzus elementus, tostarp Ag, Au, C, Co, Cu, Fe, Ge, Mo, Nb, Ni, Os, Cr, Pd, Pt, Re, Rh, Si, Ta, Ti, Zr, SiO, AlO, GaAs, U, W, SnO utt.
Vakuuma jonu pārklājuma tehnoloģija
Vakuuma jonu pārklāšanas tehnoloģija(saīsināti kā jonu pārklāšana) pirmo reizi izstrādāja D M. Mattox tika ierosināts un ieviests praksē 1963. gadā kā pārklājuma tehnoloģija, kas apvieno iztvaikošanu un izsmidzināšanu. Tā ir balstīta uz jonu bombardēšanu, kas uzsilda pārklāto materiālu vai sagatavi līdz izkusušam stāvoklim, un izmanto augstas enerģijas jonu bombardēšanu, lai uz substrāta virsmas uzklātu ķīmiski nogulsnētas metāla vai pusvadītāju plānas kārtiņas, tādējādi iegūstot plānas kārtiņas ar specifiskām struktūrām un īpašībām.
Jonu pārklāšanas process ir savienot iztvaikošanas avotu ar anodu un sagatavi ar katodu. Ja tiek pielietota trīs līdz piecu tūkstošu voltu augstsprieguma līdzstrāva, starp iztvaikošanas avotu un apstrādājamo priekšmetu rodas loka izlāde. Sakarā ar inerto argona gāzi, kas iepildīta vakuuma pārsegā, daļa argona gāzes tiek jonizēta izlādes elektriskā lauka iedarbībā, veidojot plazmas tumšo zonu ap katoda sagatavi. Pozitīvi lādētos argona jonus piesaista katoda negatīvais augstais spriegums un spēcīgi bombardē apstrādājamā priekšmeta virsmu, izraisot daļiņu un netīrumu izšļakstīšanos uz sagataves virsmas, tādējādi ļaujot apstrādājamā priekšmeta virsmai izplūst. pilnībā iztīrīts ar jonu bombardēšanu. Pēc tam tiek pieslēgts iztvaikošanas avota maiņstrāvas barošanas avots, un iztvaicētās materiāla daļiņas izkūst un iztvaiko, nonākot kvēlizlādes zonā un tiek jonizētas. Pozitīvi lādētie iztvaicētie materiāla joni, kurus pievelk katods, kopā ar argona joniem steidzas uz sagatavi. Kad uz apstrādājamā priekšmeta virsmas nogulsnēto iztvaicēto materiāla jonu daudzums pārsniedz izšļakstīto jonu daudzumu, tie pakāpeniski uzkrājas, veidojot stingri pieliptu pārklājumu uz sagataves virsmas.
Jonu pārklājuma pārklājuma struktūra ir blīva, bez caurumiem, burbuļiem un vienmērīga biezuma. Šī metode ir ļoti piemērota tādu detaļu pārklāšanai ar iekšējiem caurumiem, rievām un šaurām spraugām, kuras ir grūti pārklāt ar citām metodēm un neveido metāla mezgliņus. Pateicoties tā spējai novērst nelielas plaisas un defektus, piemēram, iedobumus uz sagataves virsmas, šis process var efektīvi uzlabot pārklāto detaļu virsmas kvalitāti un fizikālās un mehāniskās īpašības. Noguruma testi ir parādījuši, ka, pareizi rīkojoties, sagataves noguruma kalpošanas laiku var palielināt par 20% līdz 30%, salīdzinot ar laiku pirms apšuvuma.
Vakuuma jonu pārklājuma raksturojums
Salīdzinot ar iztvaikošanu un izsmidzināšanu, jonu pārklāšanai ir šādas īpašības:
(1) Laba pārklājuma saķere
Parastā vakuuma pārklājuma laikā gandrīz nav pārejas slāņa, kas savienotu sagataves virsmu un pārklājumu. Jonu pārklājuma laikā, kad joni bombardē apstrādājamo priekšmetu lielā ātrumā, tie var iekļūt sagataves virsmā un veidot difūzijas slāni, kas dziļi implantēts substrātā. Jonu pārklājuma saskarnes difūzijas dziļums var sasniegt četrus līdz piecus mikrometrus. Pārklāšanas sākumposmā līdzās pastāv izsmidzināšana un nogulsnēšanās, un saskarnē starp plēvi un substrātu var izveidot pārejas slāni vai jauktu plēves un substrāta komponentu slāni, ko sauc par pseido difūzijas slāni, kas var efektīvi uzlabot adhēzijas veiktspēju. no plēves slāņa.
(2) Spēcīga pārklājuma spēja
Jonu pārklājuma laikā iztvaicētās materiāla daļiņas lādētu jonu veidā pārvietojas elektriskā lauka virzienā. Tāpēc visur, kur ir elektriskais lauks, var iegūt labu pārklājumu, kas ir daudz pārāks par parasto vakuuma pārklājumu, kas var iegūt pārklājumu tikai tiešā virzienā. Tāpēc šī metode ir ļoti piemērota platībām uz pārklājuma daļām, kuras ir grūti pārklāt ar citām metodēm, piemēram, iekšējiem caurumiem, rievām un šaurām spraugām.
(3) Laba pārklājuma kvalitāte
Jonu pārklājuma pārklājumam ir blīva struktūra, bez caurumiem, bez burbuļiem un vienmērīgs biezums. Pat malas un rievas var pārklāt vienmērīgi, un detaļas, piemēram, vītnes, var arī pārklāt ar augstu cietību, augstu nodilumizturību (zemu berzes koeficientu), labu izturību pret koroziju un ķīmisko stabilitāti, kā rezultātā plēves slāņa kalpošanas laiks ir ilgāks; Tajā pašā laikā plēves slānis var ievērojami uzlabot sagataves izskatu un dekoratīvo darbību.
(4) Vienkāršojiet tīrīšanas procesu
Lielākajai daļai esošo pārklāšanas procesu ir nepieciešama iepriekšēja stingra sagataves tīrīšana, un process ir samērā atbildīgs. Jonu pārklāšanas procesā tiek izmantots liels skaits augstas enerģijas daļiņu, kas rodas kvēlizlādes rezultātā, lai radītu katoda izsmidzināšanas efektu uz virsmas, kas attīra uz pamatnes virsmas adsorbēto gāzi un eļļu, izsmidzinot, attīrot pamatnes virsmu līdz viss pārklāšanas process ir pabeigts, vienkāršojot daudzus pirms pārklājuma tīrīšanas darbus.
(5) Plaši pieejami pārklājuma materiāli
Jonu pārklāšana ir process, kurā izmanto augstas enerģijas jonus, lai bombardētu sagataves virsmu, pārvēršot lielu daudzumu elektriskās enerģijas siltumenerģijā uz sagataves virsmas, tādējādi veicinot difūziju un ķīmiskās reakcijas virsmas audos un apstrādājamā detaļā. to neietekmē augsta temperatūra. Tāpēc šim pārklāšanas procesam ir plašs pielietojumu klāsts un tas ir mazāk ierobežots. Parasti var pārklāt dažādus metālus, sakausējumus, kā arī noteiktus sintētiskus materiālus, izolācijas materiālus, termojutīgus materiālus un materiālus ar augstu kušanas temperatūru. Metāla sagataves var pārklāt ar nemetāliem vai metāliem, kā arī metāliem vai nemetāliem un pat plastmasu, gumiju, kvarcu, keramiku utt.
Vakuuma jonu pārklājuma klasifikācija
Ir dažādas jonizācijas un ierosmes metožu kombinācijas dažādiem iztvaikošanas avotiem un atomiem, kā rezultātā rodas daudzas iztvaikošanas avotu jonu pārklāšanas metodes. Izplatītas metodes ietver izsmidzināšanas jonu pārklājumu un iztvaikošanas jonu pārklāšanu, pamatojoties uz membrānas daļiņu iegūšanu.
1. Izputināšanas tipa jonu pārklājums
Izmantojot augstas enerģijas jonus, lai izsmidzinātu membrānas materiāla virsmu, tiek radītas metāla daļiņas. Metāla daļiņas jonizējas metāla jonos gāzizlādes telpā, un tās sasniedz substrātu ar negatīvu nobīdi, lai nogulsnētu un izveidotu plēvi.
Iztvaikošanas jonu pārklāšana
Pārklājuma materiāla karsēšana, izmantojot dažādas karsēšanas metodes, lai iztvaikotu un ražotu metāla tvaikus, kas pēc tam tiek ievadīti gāzizlādes telpā, dažādos veidos ierosināti, lai jonizētos metāla jonos. Šie joni sasniedz substrātu ar negatīvu novirzi un nogulsnējas plēvē.
Starp tiem iztvaikošanas jonu pārklājumu var iedalīt līdzstrāvas divpakāpju jonu pārklāšanā, dobā katoda jonu pārklāšanā, karstās stieples loka jonu pārklāšanā un katoda loka jonu pārklāšanā saskaņā ar dažādiem izlādes principiem. Līdzstrāvas sekundārais jonu pārklājums ir stabila mirdzuma izlāde; Dobu katoda jonu pārklājums un karstā stieples loka jonu pārklājums ir termiskās loka izlādes, un elektronu ģenerēšanas iemeslu var vienkārši apkopot kā elektronu termisko emisiju ārpus kodola, ko izraisa metāla materiālu karsēšana līdz augstām temperatūrām; Katoda loka jonu pārklājuma izlādes veids atšķiras no iepriekšējiem jonu pārklājuma veidiem, un tajā tiek izmantota aukstā loka izlāde.
(1) Dobu katoda jonu pārklājums (HCD)
Izmantojot dobu karstā katoda izlādi, lai radītu plazmas elektronu staru kūli. Dobu katoda jonu pārklājuma raksturojums: ① HCD dobā katoda lielgabals ir gan siltuma avots membrānas materiāla gazifikācijai, gan jonizācijas avots iztvaicētām daļiņām, un jonizācijas metode ir zema spiediena elektronu staru sadursmes izmantošana; ② Izmantojot paātrinājuma spriegumu no 0V līdz vairākiem simtiem voltu, jonizācija un jonu paātrinājums darbojas neatkarīgi. Var labi veikt reaktīvo jonu pārklājumu; ④ Pamatnes temperatūras paaugstināšanās ir neliela, un pārklājuma laikā substrāts joprojām ir jāuzsilda; ⑤ Augsta jonizācijas efektivitāte, liels elektronu staru punkts, un to var nogulsnēt uz dažādām plēvēm.
(2) Katoda loka jonu pārklājums
Katoda loka jonu pārklāšana ir kulminācija galvenajai jonu pārklājuma tehnoloģijai, kas izmanto aukstu loka izlādi un kurai ir visaugstākais daļiņu jonizācijas ātrums starp daudzām PVD pārklāšanas tehnoloģijām.
