آخرین توسعه و روند تکنولوژی پوشش مگنترون اسپری

آخرین توسعه و روند تکنولوژی پوشش مگنترون اسپری

فرایند اساسی پراش تابش تابش این است که تحت عمل یونهای انتقال انرژی در پلاسمای تابش در الکترود منفی، اتمهای هدف از هدف هدف قرار می گیرند و سپس بر روی بستر ایجاد می شوند تا یک فیلم نازک ایجاد شود. در این فرآیند، الکترون های ثانویه به طور همزمان از سطح هدف آزاد می شوند، که نقش اصلی را در حفظ پایدار پلاسما ایفا می کنند. ظهور و کاربرد فناوری اسپری در مراحل مختلف انجام شده است. پس از بیش از 30 سال توسعه، تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون به یک روش غیر قابل تعویض برای تهیه فوق العاده سخت، مقاوم در برابر سایش، ضریب اصطکاک کم، مقاوم در برابر خوردگی، تزئینی، اپتیکی، الکتریکی و دیگر فیلم های کاربردی تبدیل شده است. اسپکترومغناطیسی مولکول یکی دیگر از پیشرفت های مهم در این زمینه است. به علت کم شدن میزان رسوبگذاری، ایجاد آرام از تخلیه قوس مواد هدف و تغییر ساختار، ترکیب و عملکرد، تقریبا غیرممکن است که فیلمهای عایق انعطاف پذیر ضعیف، به خصوص فیلمهای سرامیکی، با رسوب دگرسازی واکنش دهنده dc، به دلیل کم شدن میزان رسوب، تقریبا غیرممکن باشد. برای غلبه بر این کاستی ها می توان از فناوری اسپکترومغناطیسی مگنترون استفاده کرد. فرکانس پالس 10 ~ 200 کیلوهرتز است که می تواند به طور موثر جلوگیری از مواد هدف را از تخلیه قوس و تثبیت فرایند رسوب اشباع واکنش، به طوری که رسوب با سرعت بالا از فیلم های واکنش پذیر با کیفیت بالا. نویسندگان عمدتا بحث تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی در عدم توازن اسپکترومغناطیسی مگنترون، پیشرفت اسپکترومغناطیسی پالس مگنترون، و همچنین نظارت بر نظارت بر نظارت مغناطیسی، اسپری کردن، خلوص بالا با سرعت بالا در تهیه غشای کم فشار و بهبود کیفیت پیشرفت تکنولوژی پخش اسپری پلی تکنیک، تحویل کامل آن، آخرین تماس برای چین صنعت پتروشیمی باید به شدت به توسعه و کاربرد تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی بپردازد.

تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون غیر تعادل

در مقایسه با پاشش مگنترون معمولی، تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون غیر متعادل، در طراحی تفاوت کمی دارد، اما منجر به تفاوت شدید در ویژگی رسوب می شود. شکل. 1 نمودار مختصری از ویژگی های منطقه پلاسما از تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون غیرمتراکم و تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی متعارف

در پاشش مگنترون معمولی، پلاسما به طور کامل به منطقه هدف محدود می شود و مقدار معمولی آن حدود 6 سانتیمتر بر روی سطح هدف است. شکل 1 c (به نام مهاجم) اسپکترومغناطیسی مغناطیسی نامتعادل، میدان مغناطیسی خارجی، شدت میدان مغناطیسی بالاتر از خطوط مرکزی نیروی مغناطیسی، یک حلقه بسته بین مرکز و حاشیه نیست، بخشی از سطح بیرونی مغناطیسی خطوط میدان گسترش یافته به سوبسترا، ساختن بخشی از الکترون ثانویه می تواند به سطح سوبسترا در امتداد خطوط نیروی مغناطیسی برسد، پلاسما دیگر به محدوده هدف محدود نمی شود، بلکه می تواند به سطح سوبسترا برسد افزایش تراکم پرتوهای یونی بستر، معمولا می تواند بیش از 5 مگابایت بر سانتیمتر باشد. به همین ترتیب منبع اشباع نیز منبع یونی بمباران بستر است. تراکم پرتو یونی سوبسترا متناسب با تراکم جاری مواد هدف است. تراکم جاری مواد هدف افزایش می یابد، میزان رسوب افزایش می یابد و تراکم پرتو یونی بستر افزایش می یابد. شکل 1b (نامگذاری انسجام) یکی دیگر از میدان مغناطیسی غیر تعادل است که با شدت میدان مغناطیسی بالاتر از شدت میدان مغناطیسی محدوده خطوط میدان مغناطیسی بسته شده اما به دیواره دستگاه هدایت شده و تراکم پلاسمای پایین بر روی سطح بستگی دارد. با توجه به تراکم پایین پرتو یون سوبسترا، این روش به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، مطالعات نشان داده است که این روش می تواند فیلم هایی با سطح خاص و فعالیت های بالا را به دست آورد و تخلخل فیلم به دست آمده می تواند بیش از 1000 بار از سطح متراکم باشد و تخلخل را می توان در همان زمان کنترل کرد. فیلم های متخلخل کاربرد های مهمی مانند کاتالیزورها، دستگاه های احتراق و بدنه های سیاه دارند. توسعه بیشتر مگنتن ناپایدار (CFUBMS) با استفاده از منابع چندتایی مگنترون چندگانه غیرمترقبه که به روش خاصی نصب شده است، مورد استفاده قرار می گیرد، که برای غلبه بر مشکل بزرگ استفاده از یک هدف واحد به طور یکنواختی فیلم های نازک روی سطح بستر های پیچیده. در سیستم چند هدفه، رابطه بین دو هدف مجاور می تواند به صورت موازی یا نسبی قرار گیرد. همچنین دو حالت میدان مغناطیسی در اهداف مجاور وجود دارد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 2. هنگامی که قطبهای مجاور مجاور مخالف هستند، آنها حالت حالت میدان مغناطیسی نامیده می شوند. هنگامی که قطبهای مغناطیسی مجاور یکسان هستند، حالت میدان مغناطیسی آینه نامیده می شود. در حالت میدان مغناطیسی بسته، میدان مغناطیسی میدان بین مواد مختلف هدف بسته شده، از دست دادن دیواره کمتر الکترونیکی، تراکم پلاسما بر روی سطح سوبسترا بالا است، نسبت یون ها و اتم ها به سطح آینه سوبست میدان مغناطیسی یا تک هدف بیش از 2 تا 3 برابر میدان مغناطیسی نامتعادل است، زمانی که زیربندی و فاصله هدف افزایش می یابد، میدان مغناطیسی بسته بر روی سطح یون سوبسترا و تاثیر نسبت اتمی بیشتر است. در حالت آینه، خط میدان مغناطیسی به دیواره هدایت می شود و الکترون های ثانویه توسط دیوار در امتداد خط میدان مغناطیسی مصرف می شود و موجب کاهش تراکم پلاسما بر روی سطح سوبسترا می شود.

بر اساس تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون غیر تعادل، اخیرا ظهور تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی متغیر میدان مغناطیسی متغیر است که با موقعیت قطب مغناطیسی قابل تنظیم آن مشخص می شود. با تغییر فاصله بین دو قطب مغناطیسی و سطح هدف، شدت میدان مغناطیسی روی سطح هدف می تواند تغییر کند. طراحی میدان مغناطیسی متغیر، پارامترهای فنی جدیدی را ارائه می دهد، اجرای یون های رسوبی، اتم ها از تنظیم دقیق، مانند فاز رسوبی، امید به پرتو یونی بالاتر را دارد، به منظور بهبود چسبندگی فیلم، اما سپر بیشتر یونی می تواند منجر به بالا استرس و نقص فیلم نازک، در هر زمان میدان مغناطیسی می تواند پرتو یونی را تغییر دهد و این مشکل را از بین می برد. هنگام ضبط فیلم گرادیان و چند لایه فیلم، این روش می تواند بهترین ترکیب خواص مختلف فیلم را بدست آورد. این تکنولوژی همچنین می تواند ویژگی های خوردگی اسپری هدف را کنترل و رسیدن به اسپری شدن یکنواخت هدف را کنترل کند.

اسپکترومغناطیسی مغناطیسی پالس (PMS)

Sputtering پالس مگنترون با جایگزینی منبع برق سنتی DC با منبع تغذیه DC پالس تشکیل شده است. این تکنولوژی دارای تعدادی از مزایای قابل توجه است، مانند درجه حرارت پایین رسوب، رسوب فیلم سرامیکی با سرعت بالا و بدون نقص. به عنوان مثال، هنگام ضبط فیلم اکسید، اهداف فلزی را می توان به صورت سنتی استفاده کرد، رسوب اسپکتیو واکنشی را در یک محفظه اکسیژن مناسب کنترل شده یا Rf (به طور کلی 13156 مگاهرتز) رسوب هدف اکسید اسپری می کند. با این حال، هر دو روش محدودیت دارند. فیلم های با کیفیت بالا را می توان با اسپری کردن RF با کم شدن میزان رسوب (سطح m / h) و سیستم های پیچیده بدست آورد. مشکل در تشدید واکنش این است که هدف مسموم شده است. در طی پرورش واکنشی، ناحیه تابش غیر اصلی در سطح هدف، توسط رسوبات عایق پوشانده شده است، که منجر به انباشت بار در عایق و لایه عایق از هدف تا زمانی که رخ می دهد تخلیه قوس. تخلیه ARC اجزای مواد هدف به شکل قطرات تبخیر می شوند و باعث می شود نقص های فیلم های مختلف هنگام رسوب شدن روی سطح بستر مانند ساختار سستی فیلم، دانه درشت، ترکیب یا ساختار جداسازی و غیره، که تأثیر بسیار نامطلوب بر عملکرد فیلم، به ویژه مقاومت نوری و خوردگی. تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون می تواند به طور موثر تولید قوس را مهار و از بین بردن نقص های فیلم جلوگیری کند و میزان رسوب پاشش را برای رسیدن به میزان رسوب فلز خالص، یعنی 10 متر بر ساعت، بهبود می بخشد. در فرآیند پالس پراکنده، ولتاژ پالس اضافه شده به هدف، مشابه با پمپاژ مگنترون (400 تا 500V) است و زمان تخلیه با ولتاژ اضافه شده بر روی هدف کنترل می شود تا اطمینان حاصل شود که هدف مسموم نیست و تخلیه قوس رخ می دهد. سپس ولتاژ هدف خاموش می شود، حتی اگر هدف به طور مثبت شارژ شود. از آنجا که سرعت الکترون در پلاسما بسیار بالاتر از سرعت یون است، ولتاژ مثبت مواد هدف تبدیل به طور کلی نیاز به 10٪ ~ 20٪ از ولتاژ تعصب منفی است، که می تواند از تخلیه قوس جلوگیری کند (این نوع منبع تغذیه منبع تغذیه دوقطبی نامتقارن نامیده می شود. مطالعات نشان داده است که وقتی فرکانس پالس پایین تر از 20kHz باشد، وقوع ترشح قوس نمی تواند مهار شود. هنگامی که فرکانس پالس بالاتر از 20kHz است، تخلیه قوس می تواند کاملا سرکوب شود. در عین حال، عرض پالس (نسبت ولتاژ مثبت و منفی به زمان) نقش کلیدی ایفا می کند. ولتاژ مثبت تاثير قابل توجهی بر اینکه آیا تخلیه قوس تولید شده است یا خیر، تاثير بسزايی بر نرخ رسوب دارد. هنگامی که ولتاژ مثبت از 10٪ تا 20٪ افزایش می یابد (در مقایسه با ولتاژ منفی)، میزان رسوب دهی می تواند 50٪ افزایش یابد. فکر می کنم این اثر با یک ولتاژ مثبت بالا برای تمیز کردن هدف افزایش می یابد. فن آوری PMS می تواند برای اسپکتروم دو قطبی مگنترون استفاده شود و دو هدف مگنترون اسپکتیو به ترتیب مثبت و قطب منفی هستند. در فرایند کار، یک هدف در حال پخش شدن است، در حالی که دیگر تمیز کردن است، و چرخه تکرار می شود. این تکنولوژی دارای مزایای بسیاری از جمله عملکرد طولانی مدت (300h) پایدار است و کاربرد مهم در رسوب نازک نوری اپتیکال مورد استفاده در ساخت و ساز، خودرو و مواد پلیمری دارد. یکی دیگر از پیشرفت های اخیر، استفاده از تعویض پالس به زیربناها است. تعصب پالس می تواند تا حد زیادی پرتو یونی بر روی بستر را بهبود بخشد. در اسپکترومغناطیس، هنگامی که DC منفی تعادل به طور کلی به -100V اضافه می شود، پرتو یون سوبسترا اشباع خواهد شد. افزایش تعجب منفی پرتو یون سوبسترا را افزایش نخواهد داد. به طور کلی تصور می شود که جریان اشباع یک پرتو یونی است و الکترون ها نمی توانند نزدیک به سطح سوبسترا باشند. نتایج نشان می دهد که تعویض پالس نه تنها جریان اشباع سوبسترا را افزایش می دهد، بلکه منجر به افزایش تعادل منفی نیز می شود. هنگامی که فرکانس پالس افزایش می یابد، اثر بیشتر قابل توجه است. مکانیزم هنوز مشخص نیست، که ممکن است مربوط به نرخ یونیزاسیون پلاسما و دمای الکترون بالاتر باشد که توسط میدان الکتریکی نوسان می شود. تعصب منفی پالس سوبسترا یک روش جدید برای کنترل چگالی جریان سوبسترا را به طور موثر کنترل می کند و این اثر را می توان برای بهینه سازی ساختار غشاء، چسبندگی و کاهش تمیز کردن اسپری و زمان گرمایش سوبسترا استفاده کرد. با پیشرفت مکانیک، قدرت، کنترل و دیگر فن آوری های مرتبط، تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی بیشتر توسعه خواهد یافت. به عنوان مثال، به تازگی، با توجه به کاربرد آهنربا دائمی زمین، نیروی میدان مغناطیسی روی سطح هدف تنها 300 تا 500 گرم است، اما اکنون به 1kGs بهبود یافته است، که علاوه بر بهبود کارایی و توانایی اسپکترومغناطیسی مگنترون .

تکنولوژی پوشش پاشش جدید مگنترون

از اسپکتروشهای معمولی فلزی، اسپری واکنشی، لکهبرداری تعادل، و غیره، همراه با تقاضای صنعتی و ظهور تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون، تکنولوژیهای جدید مانند اسپری کم فشار، رسوب با سرعت بالا، رسوب اسپری شدن خودپرداز، چندگانه مهندسی سطح و اسپری شدن پالس به روند توسعه در این زمینه تبدیل شده است. مشکل اصلی پاشش فشار پایین این است که در فشار کم (به طور کلی <011pa)، احتمال="" برخورد="" بین="" الکترون="" ها="" و="" اتم="" های="" گاز="" کاهش="" می=""> در تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون، کافی نیست که تخلیه درخشش بر روی سطح مواد هدف را حفظ کنید، که باعث ناتوانی رسوب لکه شدن می شود. با بهینه سازی ساختار میدان مغناطیسی، فاصله حرکت فضای الکترون طولانی است و تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون غیر تعادل می تواند رسوبات اسپری را در خلاء در سطح 10-2pa تحمل کند. علاوه بر این، رسوب اسپری در فشار پایین و شدت بیشتر می تواند با محدود کردن حرکت الکترون با میدان الکترومغناطیسی خارجی، متوجه می شوید. رسوب با سرعت بالا می تواند به میزان قابل توجهی کارایی کار را بهبود بخشد، مصرف گاز را کاهش دهد و فیلم جدیدی به دست آورد. مشکل اصلی حل شدن در رسوب با سرعت بالا این است که چگالی فعلی ماده مورد نظر بدون افزایش جریان تخلیه افزایش می یابد. با افزایش چگالی قدرت، ظرفیت خنک کننده مواد هدف و بستر باید بهبود یابد. در حال حاضر چگالی قدرت هدف بیش از 100W / cm2 است و میزان رسوب بیش از 1 m / min است. رسوب با سرعت بالا یک جایگزین جذاب برای الکترود معمولی است. در فرایند رسوب با سرعت بالا، با افزایش میزان یونیزاسیون ذرات پرتاب شده، گاز کار می تواند قطع شود و همچنین تخلیه تخلیه می تواند حفظ شود، به همین دلیل است که می توان از رسوبات اسپری شدن خود محافظت کرد. جداسازی اسپکتروفتومارو، نقش مهمی در بهبود چسبندگی بین فیلم نازک و بستر، حذف نقایص داخلی فیلم نازک و تهیه فیلم نازک خالص دارد. ترکیبی از تکنولوژی اسپکترومغناطیس مگنترون و سایر تکنولوژی های مهندسی سطح، یکی دیگر از مهمترین راه های توسعه تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون است. با اینکه تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی دارای مزایای فراوانی است اما همچنان سهم کوچکی در زمینه مهندسی سطح زمین دارد و تکنولوژی سطح سنتی هنوز هم اشغال می کند یک موقعیت غالب یکی از دلایل اصلی اثرگذاری آن بر کاربرد آن اینست که مواد زیربنایی مانند فولاد کم آلیاژ و آلیاژ تیتانیوم برای نرم شدن با فیلم های فوق العاده سخت حاصل از تکنولوژی اسپری، بسیار نرم است. این بستر برای مقاومت در برابر فشار بارها بسیار نرم است، در مقایسه با پوشش های بسیار سخت. برعکس، برای برنامه های مقاوم در برابر خوردگی، نقص های Pinprick می تواند منجر به شکست خوردگی شود. به منظور غلبه بر این مشکلات، تکنولوژی های مهندسی سطح چندگانه توسعه یافتند، یعنی چندین تکنیک مهندسی سطح برای تغییر مواد به صورت پیوسته مورد استفاده قرار گرفتند و لایه های اصلاح سطح، مزایای بی نظیری نسبت به تکنولوژی تک سطح داشتند. یک مثال نمونه از این است که n-رسوب و پس از رسوب لجن، که زیر سطح 500 متر ضخامت و سختی 10GPa فراهم می کند، و پس از آن قرار 3 ~ 5 متر TiN. TiN مقاومت در برابر سایش بالا را فراهم می کند و n-layer مقاومت در برابر خستگی و تحمل زیاد را تحمل می کند.

وضعیت توسعه داخلی و کاربرد آن در صنایع پتروشیمی

تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون به طور گسترده ای در زمینه های مصالح ساختمانی، دکوراسیون، اپتیک، پیشگیری از خوردگی و تقویت ابزار سنگزنی در چین مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر تهیه فیلم های کاربردی مانند فوتوالکتریک، فوتوترمال، مغناطیس، ابررسانایی، دی الکتریک و کاتالیزوری با تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون یک نقطه تحقیق است. با این حال، همانطور که برای تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون غیر متعادل، به خصوص فرایند رسوب جدید، چند واحد در چین مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. پس از جستجو، مشخص شده است که کمتر از 20 مقاله علمی پژوهشی در چینی تا کنون وجود دارد و تعدادی از واحدهای نویسنده حتی کمتر هستند. فیلم ضد خوردگی و سختی بالا می تواند نقش مهمی در بهبود عملکرد و زندگی انتظار می رود که در صنعت پتروشیمی به طور قابل توجهی بهبود کارایی محصول، کیفیت محصول و حفاظت از محیط زیست، ایمنی و غیره، ماشین آلات نفت، ضریب اصطکاک کم، روانکاری، کیسه ضد گلوله، کاتالیز، اپتیک و دیگر فیلم های کاربردی مورد استفاده قرار گیرد. با توسعه و استفاده از تکنولوژی و فرآیند پاشش جدید مگنترون و افزایش تقاضا برای بهبود بهره وری تولید، حفاظت از محیط زیست و ایمنی در صنایع نفت و شیمی، اهمیت فن آوری اسپکترومغناطیس مگنترون به صنایع نفت و صنایع شیمیایی ادامه خواهد یافت. با این حال، در حال حاضر صنایع پتروشیمی در چین فاقد درک و کاربرد کافی از تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی هستند و هیچ موسسه تخصصی در این زمینه وجود ندارد. بنابراین، نویسنده خواستار تقویت حمایت از تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی است.

IKS PVD، تولید تجهیزات خلاء پوشش از چین، تماس: iks.pvd@foxmail.com