Classificació i teoria de la tecnologia de recobriment de PVD

Classificació i teoria de la tecnologia de recobriment PVD

Com una mena de material de forma especial, la pel·lícula prima pot ser amorfa, policristalina i monocristalina. Es pot fabricar amb elements o compostos simples, materials inorgànics o materials orgànics.

La tecnologia de pel·lícula fina inclou la deposició física de vapor (evaporació, polvorització de sorra, recobriment d'ions, recobriment d'arcs, recobriment de plasma) i deposició de vapors químics. La tecnologia utilitzada a la nostra fàbrica és la Deposició de Vapor Físic (PVD).

Revestiment One.Vacuum d'evaporació

Evaporació per escalfament de resistència i evaporació per escalfament de feix d’electrons:

1. Principis bàsics:

Un procés en el qual el substrat o peça a recobrir es col·loca en una càmera d'alta aspiració i s'escalfa per vaporitzar (o sublimar) el material formador de pel·lícula i dipositar-se a la superfície del substrat o peça de treball per formar una pel·lícula prima.

2. Tipus de font d'evaporació:

(a) (b) (c) (d)

3. Factors que afecten la qualitat de la pel·lícula:

A. La posició del substrat

La ubicació adequada del substrat és la condició prèvia per obtenir una pel·lícula uniforme.

B. Per garantir la massa de la membrana, la pressió ha de ser tan baixa com Pr (Pa).

L representa la distància entre la font d’evaporació i el substrat com L (cm).

C. Velocitat d'evaporació. Quan la taxa d’evaporació és petita, les molècules de gas s’adsorbeixen immediatament als àtoms (o molècules) de la membrana dipositada, resultant en una estructura de membrana solta, en partícules gruixudes i en molts defectes. Al contrari, l'estructura de la membrana és uniforme i compacta, la resistència mecànica és alta i l'estrès a l'interior de la membrana és gran.

D. En circumstàncies normals, quan la temperatura del substrat és alta, l'energia cinètica dels àtoms adsorbits augmenta en conseqüència i la pel·lícula formada és fàcil de cristalitzar i reduir els defectes de la xarxa. Quan la temperatura del substrat és baixa, no hi ha prou energia per subministrar els àtoms adsorbits, de manera que és fàcil formar una pel·lícula amorfa.

Recobriment de dos. Magnetron

L'esputteració per magnetron és un nou tipus de mètode de recobriment per pulverització desenvolupat a partir de la polvorització de càtodes als anys setanta. Com que supera de manera efectiva la debilitat mortal de la taxa de pulverització de càtode baix i l’augment de la temperatura del substrat causada pels electrons, ha obtingut un desenvolupament ràpid i una aplicació àmplia.

1. Magnetron sputtering:

El fenomen que els àtoms de la superfície diana són afectats per un ió bombardejant el material objectiu es denomina sputtering. La pel·lícula de polvorització es realitza quan els àtoms generats per la polvorització es dipositen a la superfície del substrat (peça de treball).

Principis bàsics de pulverització magnetron:

L'esputteració per magnetron era a la zona d'esquitxades i un camp magnètic perpendicular a la direcció del camp elèctric, a la intensitat elèctrica ortogonal i al camp magnètic. de les E i B són paral·leles, de manera que el recorregut electrònic augmenta molt, augmenten les col·lisions electròniques amb molècules de gasos, milloren l'eficiència de la ionització. De manera que el camp magnètic electrònic secundari sota el control de la pista, es pot utilitzar per a l'energia de ionització, quan l'energia esgotada només és absorbida per l'ànode (xassís). La figura següent:

Aquests electrons són accelerats pel camp elèctric i guanyen energia, i després xoquen amb els àtoms o molècules del gas, fins i tot si es ionitzen, de manera que es pugui mantenir el plasma.

L'esputteració per magnetron és controlar el moviment dels electrons afegint un camp magnètic de pista a la superfície objectiu, estendre el seu viatge al voltant de la superfície objectiu i millorar la densitat del plasma, de manera que la velocitat de recobriment de la polvorització es millora considerablement.

Rendiment d’electrons secundaris:

El rendiment secundari dels electrons es refereix al nombre d’electrons secundaris per ions bombardejant el blanc. L’anàlisi teòrica mostra que el rendiment secundari d’electrons de l’objectiu metàl·lic és independent de l’energia iònica quan l’energia de les ions és inferior a 500eV (en realitat, menys de 1000eV).

Rendiment de polvorització:

La polvorització de magnetrons té una tensió de treball de 200 ~ 500V, la qual cosa determina que l'energia màxima de ions del blanc és de 500eV i que l'ió de argó accelerat és perpendicular al blanc.

Interacció entre els ions incidents i els materials:

La interacció entre ions portadors d’energia i la superfície d’orientació resulta en:

A. Partícules de superfície: àtoms de polvorització, àtoms de dispersió posterior, àtoms d’impuresa de desorció i electrons secundaris.
B. Fenòmens fisicoquímics superficials: neteja, gravat i reaccions químiques.
C. Defectes de punts, defectes de línia, tacs calents, cascades de col·lisió, implantació ió, estats amorfs i compostos a la capa superficial del material.

Tècniques de sputtering:

La tecnologia de sputtering es pot dividir en:

A. Dode de polvorització per descàrrega de llum;

B. Triple per polvorització per arxiu de filferro calent;

C. Rf sputtering mitjançant descàrrega rf;

D. Control de pulverització de magnetrons de la descàrrega de brillantor mitjançant un camp magnètic de pista tancat.

Estructura del càtode de polvorització de 2 magnetron:

Actualment, els dispositius de pulverització magnetron per a ús industrial utilitzen principalment un càtode rectangular de pulverització de magnetron pla (figura a). En general, la mida del material objectiu utilitzat té dues especificacions: màquina VT: amplada de l'amplada de longitud (450,5 120 6) mm; Màquina ZCK: 460 100 6. El càtode cilíndric de pulverització de magnetron també s'utilitza gradualment en producció (figura b). En comparació amb ells, la taxa d’ús del material objectiu pla és només del 20-30%, és a dir, la taxa d’ús és baixa.

Figura a figura b

La figura a és un tipus de camp magnètic produït per un imant permanent de pla rectangular de catàstrofe magnetron de pla, el material objectiu en contacte amb la sabata polar. Fora del material objectiu al llarg de la sabata pol N, al centre d’una sabata de pols S, amb sabates polars N i S, sotmeses respectivament a la polaritat inversa dels estampats de ferrita o ndfeb. Posar una permeabilitat del ferro pur connectar la part posterior de l’altre extrem de l’imant permanent, és a dir, per produir un camp magnètic del circuit magnètic de la pista.

La figura b és un càtode de magnetron buit cilíndric, que és un objectiu de càtode amb un imant posat en un objectiu cilíndric, amb pols N i S ben disposats, refrigeració per aigua i segellat dinàmic.
La funció de la sabata polar: formar un circuit magnètic tancat amb una resistència magnètica molt petita.

Actualment, solem utilitzar materials magnètics permanents: ferrita de bari (BaO · 6F1e2O3), ferrita d'estronci (SrO · 6F1e2O3), imant permanent ndfeb.
Electrode sputtering de magnetron:
Els elèctrodes de polvorització magnetron pràctics tenen les quatre estructures bàsiques següents:

(a) cilindre coaxial; (b) tipus pla; (c) tipus de con (S); (d) tipus buit pla o cilíndric
1 - el substrat; 2 - material objectiu; 3 - Escut

3 procés de polvorització:
Diagrama del sistema de dibuix de la màquina de recobriment per pulverització magnetron:

Paràmetres del procés de sputtering:

La relació entre la tensió objectiu u de la polvorització i la densitat de corrent diana J és la següent: uJ = K1
On K1 és el valor admissible de la densitat de potència objectiu, una constant.

La densitat de corrent objectiu es pot determinar segons la tensió d’orientació seleccionada i la densitat de potència objectiva admissible.

Reduir la pressió d'Ar és útil per millorar la velocitat de deposició i millorar l'adhesió del recobriment i la densitat de la pel·lícula. La pressió Ar de pulverització per magnetron es sol escollir com a 0,5 Pa, augmentant la impedància de la descàrrega de gasos amb la disminució de la pressió d'Ar. La polvorització de magnetrons, pot ajustar la pressió Ar adequadament, fer que la densitat de potència i el voltatge objectiu, respectivament, siguin propers al seu valor objectiu i el millor valor. Per tant, millorar el principi del procés de taxa de deposició és: el més a prop possible del valor de densitat de potència objectiu; El voltatge de destinació és el més proper possible al valor òptim.

A. Polvorització de la pel·lícula de metall pur:
En la deposició física de vapor, tant l'evaporació com la polvorització són adequades per a pel·lícules de metall pur, però la velocitat d'evaporació és més gran.
Actualment, els materials d’orientació utilitzats són: Al, Ti, Cu, Cr, etc

B. Polvorització de la pel·lícula d'aliatge:
Entre les tècniques de deposició física de vapor, la polvorització és la més adequada per a la deposició de pel·lícules d’aliatge. Els mètodes de sputtering inclouen sputtering de múltiples objectius, sputtering d’orientació de Mosaic i sputtering d’objectiu d’aliatge.
Els materials d’orientació que s’utilitzen actualment inclouen AlTi, ZrTi, CuTi, etc.

C. Polvorització de la pel·lícula composta:
La pel·lícula composta normalment es refereix a la capa de pel·lícula formada per la combinació mútua d'elements metàl·lics amb C, N, B, S i altres elements no metàl·lics. Els mètodes de recobriment inclouen sputtering dc, esputteratge rf i polvorització reactiva.

1. S'ha d'emprar una pel·lícula composta de polvorització de DC, per exemple, els objectius compostos conductors com SnO2, TiC, MoB i MoSi2 solen ser produïts per metal·lúrgia de pols, la qual cosa és molt costosa. sputtering film compost.

2. La polvorització no està limitada per si l’objectiu és conductor o no. Pot ser metàl·lic o objectiu ceràmic aïllat.

3. La polvorització reactiva és quan el metall es dirigeix sputtering, al mateix temps a la càmera de recobriment en el gas que conté els elements no xin necessaris. TiC (negre) UTILITZA l'objectiu Ti i el gas de treball és Ar + C2H2 o Ar + CH4.

En polvorització reactiva, el gas de reacció injectat no només reacciona amb els àtoms de pel·lícula dipositats a la peça de treball per formar una pel·lícula composta, sinó que també reacciona amb el material objectiu per formar un compost a la superfície objectiu, que pot fer que la velocitat de desprendiment del blanc sigui material i redueix de manera corresponent la taxa de recobriment fins i tot per un ordre de magnitud, que és fàcil de provocar enverinament per objectiu.

Al començament dels compostos en procés de polvorització, només a l'Ar pur, després augmenta gradualment el gas de reacció (C2H2 o N2, etc.), al començament de la reacció el gas només passa a través, el canvi de velocitat de polvorització no és gran , quan el gas de reacció arriba a un determinat límit, la taxa de polvorització presenta el canvi obvi i, a continuació, continua augmentant el gas de reacció, la velocitat de polvorització mostrava una tendència constant. Es va trobar que la direcció del procés invers en un determinat rang entre la corba de la desalineació, apareix "corba d’histèresi". Això s’anomena "corba d’enverinament objectiu". Mirar abaix:

Corba d'enverinament objectiu
Mesures per evitar l'enverinament objectiu:
. Millorar la taxa d'extracció del sistema de buit;
Reduir el gas de reacció.
Aïlla el gas de reacció del blanc.

Alguns exemples de pel·lícules compostes de polvorització són els següents:

Material de membrana
artefactes
funció
TiN,
Peces d’acer i fresa d’alta velocitat
Resistent al desgast dur
Funda i corretja d'acer inoxidable
La decoració d'or
Ceràmica i rajoles
La decoració d'or
ITO
Vidre conductor transparent
Transparent conductor
SiO2
Vidre conductor transparent
Evitar la difusió d'ions de sodi
Al2O3
Circuit integrat de xip de silici
Passivació d’aïllament
MgF2
Lent òptic
Menys l'anti-reflexió
TiC
Funda i peces del telèfon d’acer inoxidable
decoració

Tecnologia de revestiment de ions per pulverització de magnetrons:

Després dels anys 80, connecteu el biaix de la polvorització magnetron, que s'anomena recobriment iònic de pulverització de magnetron, en endavant denominat galvanoplàstia (Sputtreing Ion, abreviatura SIP). Actualment, la nostra fàbrica inclou l’ús d’equips de pel lícula de recobriment, és a dir, l’ús de la tecnologia.

1. Procés de fabricació de recobriment decoratiu (TiN o TiC) mitjançant tecnologia de revestiment de ions per pulverització magnetron:

2. Procés de recobriment de PVD:

Resum: segons els requeriments de la pel·lícula, el nivell de buit té un paper crucial en la qualitat de la pel·lícula. Per als productes produïts per la nostra fàbrica, es requereix el grau de buit abans de la formació de pel·lícules per assolir els 5,0 10-3pa (el temps de bombament és d’uns 30-60 minuts).

Bombeig de calefacció: quan s'assoleix el grau de buit (per exemple, 2.0-2-2), comenceu a escalfar i obriu el marc giratori.

Objectiu: reduir o eliminar el gas adsorbit a la superfície dels productes i la cambra de buit mitjançant la cocció, per tal de millorar la qualitat i el rendiment de la pel·lícula per satisfer els requisits, però cal tenir en compte que:

A. En el rang real, la calefacció es pot activar, cosa que pot impedir que la superfície de la mercaderia siga oxidada.
B. La taula giratòria s'ha d'obrir quan s'inicia la calefacció.

Neteja d’orientació (també coneguda com a punt objectiu): l’objectiu només es pot obrir i netejar quan el grau de buit arriba a un determinat rang (la gamma requerida dels productes produïts per la nostra fàbrica és 7.0 10-3 ~ 5.0 10-3pa).

Objectiu: eliminar el gas adsorbit i netejar el recobriment a la superfície del blanc.

La neteja d'ions: artefactes després del tractament de precalentament, la superfície encara hi haurà una mica de brutícia, també pot tenir una lleugera capa d'òxid, la neteja de ions és eliminar la brutícia i la capa d'oxidació de superfície és un dels mètodes efectius. Per al gas d’ar que omple l’alta pressió en la cambra de buit, els artefactes i el biaix negatiu causats per la descàrrega de resplendor al mateix temps, per ionització d’arió sota l’acció del camp elèctric, els artefactes bombardeants d’alta energia i aconsegueixen la brutícia la superfície de la peça esquitxada, neta i la finalitat de l’activació a la superfície de la càrrega.

Formació de la pel·lícula: quan la pressió de treball del gas argon arriba a un determinat nivell, l'objectiu s’obre i s’afegeix una quantitat adequada de gasos reactius per pulveritzar i finalment s’obté la pel·lícula requerida. Actualment, la pel·lícula de nitrur, la pel·lícula d'òxid i el film de carbur es obtenen a través de nitrogen (N2), oxigen (O2), metà (CH4), acetilè (C2H2), monòxid de carboni (CO) i altres gasos.

Matèries que necessiten atenció en el procés de formació de pel·lícules:

1. El flux i la pressió de l'Ar són normals?
2. Abans d'obrir l'objectiu, proporcioneu un volt de polarització, inicieu el marc giratori i comproveu si hi ha un curtcircuit a la càrrega.
3. La tensió de destinació, el corrent objectiu, la pressió i el corrent de polarització s'han de prestar atenció durant el procés de formació de pel·lícules.

Refrigeració: es generarà una temperatura elevada durant el procés de formació de pel·lícules, de manera que s'eviti la capa de pel·lícula de l’estrès causat per la diferència de temperatura entre l’interior i l’exterior de la cambra de buit. Després de la formació de pel·lícules, es requereix una refrigeració adequada abans que la pel·lícula sigui alliberada.
Càmera de buit. Unitat de càrrega i neteja de la cambra de buit.

Paràmetres relacionats de la capa de ions polvoritzant per magnetron:

La peça de treball de pulverització per magnetrons té tres tipus de connexió elèctrica: posada a terra, suspensió i polarització.
El dispositiu de recobriment sol ser un sòl d’habitatge de la cambra de buit com a ànode i les disposicions de potencial zero.
La suspensió és el procés d'aïllament de la peça de treball de l'ànode (carcassa) i el càtode i la suspensió al plasma.
El biaix consisteix a afegir desenes de volts a centenars de volts de biaix negatiu a la peça de treball, quan el biaix és zero que està connectat a terra.

1. Ràtio d'arribada d'ions:

En el recobriment de ions, l’efecte dels ions incidents sobre l’estructura i les propietats de la pel·lícula depèn principalment de l’energia iònica i del flux d'ions.
En la capa d’ions, l’energia obtinguda per l’ió incident en cada àtom dipositat es denomina valor de guany d’energia.
Ea = Ei (ev)
El tipus de Ei és l'energia de l'ió incident (ev), I / Φ Φ per als ions a assolir que a.

2. Biaix i corrent:

Els paràmetres pràctics del procés de recobriment de ions són la tensió de polarització i la densitat de corrent de la peça. Actualment, la nostra fàbrica en el procés de recobriment de TiN o TiC, el control de polarització afegit a -100 ~ -400V, corrent de polarització en 2 ~ 6A aproximadament .

3. Polvorització impulsada:

La polvorització de pols generalment utilitza tensions d'ona rectangulars.

El període de pols és T, el temps de destil·lació de l'objectiu en cada cicle és T-delta T, el delta T és el temps (amplada) d'impuls positiu afegit a l'objectiu. V- i V + són l'amplitud de tensió dels polsos negatius i positius afegits a la objectiu, respectivament.

4. Casos anormals durant l’operació:

Actualment, els principals models utilitzats en la producció són: màquina de recobriment continu vt-1200, SVS i COM, zck-1500 i altres tipus d'equips de destinació.

Fenomen anormal
Les conseqüències
a.
L’escut del cotxe no està bé quan es neteja l'objectiu
La superfície de la mercaderia estava contaminada i va provocar que la pel·lícula de la mercaderia es produís després de la capa d’explosió
B
Es produeix un curtcircuit de polarització durant la neteja de ions
Prova de funció NG després de la formació de pel·lícules (rebutjada)
C
Durant el procés de formació de pel·lícules, el flux de gasos de reacció és massa gran (per exemple, C2H2), resultant en una intoxicació per objectiu
Després de sortir els productes del forn, el recobriment de la pel·lícula o el fenomen irregular del color és evident
D
L’aigua de refrigeració d’orientació no s’obre a l’obertura de l’objectiu
Els danys a l’equip, les causes greus de les víctimes

IKS PVD, màquina de revestiment al buit, poseu-vos en contacte amb: iks.pvd@foxmail.com