توسعه و کاربرد فناوری پوشش اسپکترومغناطیسی مگنترون

توسعه و کاربرد فناوری پوشش مگنترون Sputtering

در سال های اخیر، با توسعه مواد جدید، به خصوص توسعه و استفاده از مواد فیلم نازک، توسعه سریع تکنولوژی رسوب گیری اسپری بازی نقش غیر قابل جایگزینی در زمینه تحقیقات علمی و تولید صنعتی است. این مقاله به طور عمده روند و توسعه تکنولوژی پوشش رسوب اسپری، ویژگی های مختلف تکنولوژی پخش بزرگ مگنترون اسپری را معرفی می کند و کاربرد اصلی تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی را در زمینه های مختلف معرفی می کند.

فرآیند پوشش لکه ای عمدتا برای ساخت مواد هدف در فیلم های نازک است که بر روی کاتد سیستم رسوب اسپری نصب می شود و بستر فیلم های نازکی که باید در آن قرار داده شود بر روی آند از سطح هدف مخالف قرار می گیرد. سیستم اسپری به یک خلاء بالا پر شده و با آرگون و غیره پر می شود. فشار بالا بین کاتد و آند اعمال می شود و تخلیه انفجار کم فشار بین آند و کاتد ایجاد می شود. در پلاسمای تولید شده توسط تخلیه، یون های مثبت آرگون به سمت کاتد حرکت می کنند تحت اثر میدان الکتریکی و برخورد با سطح هدف. اتمهای هدف که پس از برخورد با سطح هدف منتشر می شوند، اتم های پرشده نامیده می شوند. انرژی اتمهای اشباع شده به طور کلی در محدوده ی یک تا ده تن از ولت های الکترونی است. استفاده از یون های مثبت یون های آرگون تولید شده توسط تخلیه ی درخشش کم فشار به هدف بمباران کاتد در سرعت های بالا تحت اثر میدان الکتریکی است. ذراتی مانند اتمها یا مولکولها در هدف، به صورت لایه ای روی سطح سوبسترا یا قطعه کار قرار می گیرند تا لایه فیلم مورد نیاز را تشکیل دهند. با این وجود، فرایند رسوب گیری اسپری، ذرات بسیار کم انرژی را به وجود می آورد که باعث کاهش سرعت فیلم می شود.

تکنولوژی اسپکترومغناطیسی بهبود سرعت فیلم بر اساس پوشش لکه ای، ایجاد و میدان مغناطیسی میدان الکتریکی در سطح هدف، سرعت یونیزاسیون گاز آرگون 0.5٪ افزایش از 0.3٪ به 5٪ 6٪، به طوری که آن را می تواند مشکل حل لایه پوشش پوشش پوشش پایین است، یکی از روش های اصلی صنعت پوشش دقیق است. مواد مغناطیسی اسپری کاتدی را می توان از طیف وسیعی از مواد آماده کرد، همه فلزات، آلیاژها و سرامیک را می توان به اهداف آماده کرد. Sputtering Magnetron مناسب برای تولید انبوه و کارایی بالا با توجه به نرخ رسوب سریع آن و فیلم فشرده و چسبندگی خوب به زیربست تحت تاثیر میدان مغناطیسی عمودی و میدان الکتریکی مناسب است.

1. فرآیند پاشش مگنترون

در فرایند اسپکتروم مغناطیسی، فرآیند مشخص تاثیر زیادی بر عملکرد فیلم دارد و روند اصلی به شرح زیر است:

(l) تمیز کردن بستر، عمدتا با تمیز کردن بخار با ایزوپروپیل الکل، و سپس خشک شدن سریع پس از خیساندن بستر با اتانول و استون برای حذف روغن روی سطح؛

(2) خلاء. خلاء باید بیش از 2 * 10 ^-4 Pa کنترل شود تا خلوص فیلم را تضمین کند.

(3) حرارت دادن، به منظور حذف رطوبت سطح بستر، افزایش مقاومت چسبندگی فیلم و بستر، نیاز به حرارت دادن بستر، درجه حرارت معمولا بین 150 ℃ ~ 150 ℃ ؛

(4) فشار بخار آرگون، به طور کلی در محدوده 0.01 lPa، برای رفع شرایط فشار تخلیه درخشش؛

(5) مطرح کردن در حال حاضر، فیلمبرداری اکسید بر روی سطح مواد هدف توسط بمباران یون ها به منظور جلوگیری از کیفیت فیلم انجام می شود.

(6) پرتاب. یون های مثبت تشکیل شده توسط آرگون یونیزه می توانند تحت اثر میدان مغناطیسی مجاور و میدان الکتریکی، مواد هدف را با سرعت بالا بمباران کنند، بدین معنی که ذرات هدف از طریق اسپری شدن به سطح سوبسترا منتقل می شوند و به یک فیلم منتقل می شوند.

(7) در طی انلینگ، ضریب انبساط حرارتی فیلم و بستر متفاوت است و نیروی اتصال کوچک است. انتشار متقابل فيلم و اتم هاي سوبسترا در طويل شدن مي تواند به طور موثر چسبندگي را بهبود بخشد.

2. توسعه تكنولوژي پوشش پاشش مگنترون

در سال های اخیر، توسعه تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی بسیار سریع است. روش های معمول شامل اسپکترومغناطیسی مگنترون متعادل، اسپکترومغناطیسی واکنش پذیری، اسپکترومغناطیس مگنترون پرایمر و پاشش مگنترون پالس با انرژی بالا است.

اسپکترومغناطیسی مگنترون متعادل: سنتی ترین روش اسپکترومغناطیسی مگنترون شامل قرار دادن یک آهنربای دائمی یا یک سیم پیچ الکترومغناطیسی در پشت هدف است که یک میدان مغناطیسی عمود بر میدان الکتریکی روی سطح هدف ایجاد می کند. در یونیزاسیون گاز آرگون تحت فشار بالا به یک پلاسما، یون Ar + توسط شتاب ماده الکتریکی بمباران مواد کاتد، الکترون های ثانویه مواد پرتاب کننده را پخش می کنند، و الکترون در نقش میدان الکتریکی عمود بر و میدان مغناطیسی، متصل در کاتد، در نزدیکی سطح مواد هدف، خطر برخورد بین الکترون و گاز را افزایش می دهد که باعث افزایش سرعت یونیزاسیون گاز آرگون می شود، همچنین گاز آرژانتین همچنین می تواند تخلیه را تحت گاز کم نگه دارد، در نتیجه اسپکترومغناطیس مگنترون هر دو فشار گاز اسپری را کاهش می دهد، بلکه باعث بهبود بهره وری از اسپری و میزان رسوب. با این حال، برخی از ضعف های مگنترون رایج است. به عنوان مثال، هر دو الکترون تولید شده توسط تخلیه فشار پایین و الکترون های دوم منتشر شده توسط هدف قرار دادن sputtering به منطقه اطراف سطح هدف حدود 60 میلی متر، به طوری که قطعه کار می تواند تنها در محدوده 50 میلی متر و 100 میلی متر در سطح هدف. چنین طیف وسیعی از پوشش، اندازه قطعه کار را به اندازهای محدود می کند.

Sputtering Magnetron reactive: با توسعه مهندسی سطح، انواع مختلف فیلم های نازک ترکیب شده بیشتر و بیشتر استفاده می شود. فیلم های ترکیبی را می توان با اسپری کردن روی اهداف ساخته شده از مواد ترکیبی به طور مستقیم یا توسط گازهای واکنشی در هنگام لکه بر روی اهداف فلزی یا آلیاژی تهیه کرد. این مگنترون واکنش پذیر است. به طور کلی، با استفاده از فلز خالص به عنوان واکنش های هدف و گاز، بدست آوردن فیلم های با کیفیت با کیفیت بالا آسان تر است.

Sputtering مگنترون فرکانس M edium: این روش پوشش مگنترون منبع تغذیه اسپکتروم را از DC معمولی به منبع تغذیه AC متناوب تغذیه تغذیه می کند. در فرایند اسپری، زمانی که ولتاژ اعمال شده توسط سیستم در نیمه منفی جریان متناوب، مواد هدف بمباران شده و با یون های مثبت بمباران می شود، در حالی که در نیم نیمه مثبت، سطح مواد هدف بمباران می شود و توسط الکترون ها در پلاسما بوجود می آید و در عین حال، بارهای مثبت انباشته شده روی سطح مواد هدف، خنثی می شوند و پدیده قابل توجه قوس سرکوب می شود. اگر فرکانس منبع قدرت اسپکتروم مغناطیسی معمولا بین 10 تا 80 کیلو هرتز باشد، فرکانس بالا است، زمان شتاب یون های مثبت کوتاه است، انرژی در هنگام ضربه زدن به هدف کم است و اسپری شدن به طور کلی، میزان رسوب دهی به ترتیب کاهش می یابد. سیستم اسپری مگنترون با فرکانس متوسط دارای دو هدف است که به صورت دوره ای کاتد و آند از سوی دیگر، آن را نیز حذف پدیده قابل توجهی قوس.

اسپکتروم مغناطیسی پالس با انرژی بالا: برای اولین بار از زمانیکه دانشمندان سوئدی با استفاده از پالس انرژی بالا به عنوان حالت ذخیره انرژی اسپکترومغناطیسی مگنترون و رسوب پلاستیکی نازک فیلم، HPPMS از آن زمان، با افزایش میزان یونیزاسیون فلزات بالا، در سال های اخیر، افزایش پالس تکنولوژی اسپکترومغناطیسی استفاده از قدرت پیک بالا پیک و نسبت کم وظیفه پالس سرعت تولید اسپری فلزی سرعت یونیزاسیون یک تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون است، به دلیل مدت زمان پالس کوتاه، متوسط قدرت بالا نیست، این کاتد در بیش از حد گرم نیست و افزایش الزامات خنک کننده مورد نیاز. حداکثر قدرت آن 100 برابر بیشتر از تقارن مگنترون معمولی است که حدود 1000-3000w / cm2 است. تراکم پلاسما می تواند تا 1018 مگاوات بر 3 درجه باشد. میزان یونیزاسیون ماده پرتاب شده بسیار بالا است و هدف Cu انفجار می تواند تا 70٪ باشد.

3. کاربرد فناوری پوشش مگنترون Sputtering

فن آوری پوشش لایه ای مگنترون عمدتا برای رسوب فلزات و یا فیلم های نازک ترکیب شده از پلاستیک، سرامیک، شیشه، سیلیکون و دیگر محصولات برای به دست آوردن محصولات رنگ آمیزی سطح، زیبا و مقرون به صرفه از پلاستیک و سرامیک استفاده می شود. تکنولوژی ساخت فیلم دکوراسیون، لامپ، مبلمان، اسباب بازی ها، هنر و صنایع دستی، دکوراسیون و دیگر زمینه های زندگی معمولا استفاده از روش اسپکترومغناطیسی مگنترون است که همچنین در زمینه های صنعتی فیلم محافظ نظامی، محصول نوری، رسانه ضبط مغناطیسی، مدار چاپی ، فیلم مقاوم در برابر رطوبت و نفوذ پذیر، مقاوم در برابر سایش، مقاومت در برابر زنگ و مقاومت در برابر خوردگی.

اسپکترومغناطیسی مگنترون نه تنها در زمینه های علمی و صنعتی کاربرد دارد، بلکه در بسیاری از لوازم روزانه به کار رفته است، که عمدتا در تهیه فیلم های نازک دشوار توسط رسوب بخار شیمیایی استفاده می شود. تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون برای سالهای زیادی در تهیه بسته بندی الکترونیکی و فیلمهای نازک اپتیک مورد استفاده قرار گرفته است، به ویژه از تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مگنترون غیرمتراز فرکانس پیشرفته پیشرفته در فیلمهای نازک اپتیک و شیشه رهبری شفاف استفاده شده است. شیشه های رسانایی شفاف در حال حاضر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، مانند دستگاه های صفحه نمایش کامپیوتر پانل، دستگاه های الکترومغناطیسی مایکروویو و دستگاه های محافظ فرکانس رادیویی، سلول های خورشیدی و غیره. علاوه بر این، تکنولوژی پوشش پلیمری مگنترون نقش مهمی در حافظه نوری دارد. علاوه بر این، این تکنولوژی به طور گسترده ای در فیلم های عملکرد سطحی، فیلم های خود روانکاری، فیلم فوق العاده سخت و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.

علاوه بر زمینه های ذکر شده در بالا که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، تکنولوژی پوشش پلیمری مگنترون نیز نقش مهمی را در تحقیق در زمینه فیلم های نازک ابررسانا، فیلم های نازک مغناطیسی، فیلم های نازک فویل، فیلم های نازک فلورسنت، فیلم ها و سلول های خورشیدی.

4. نتیجه گیری

تکنولوژی پوشش لایه ای مگنترون یکی از اصلی ترین تکنیک های آماده سازی فیلم های نازک به علت مزایای قابل توجه آن است. توزیع پلاسما و کیفیت فیلم موجب افزایش اسپکترومغناطیسی مغناطیسی غیر تعادل می شود. توسعه تکنولوژی پوشش پاششی متوسط، به طور موثر بر پدیده شگفت انگیزی در فرآیند پرتاب واکنش پذیرفته، نقایص ساختاری فیلم را کاهش داده و میزان رسوب فیلم را به میزان قابل توجهی افزایش داده است. Sputtering با سرعت بالا و تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی پالس با انرژی بالا، زمینه تحقیق جدیدی را برای پخش فیلم ها فراهم می کند. در مطالعات آینده، تکنولوژی اسپکتروم جدید برای ترویج در زمینه زندگی، ترکیبی از تکنولوژی انباشت اسپری مگنترون و کامپیوتر به یک موضوع داغ تحقیق تبدیل خواهد شد، با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری پوشش زمانی که میدان مغناطیسی، میدان الکتریکی، میدان دما، و توزیع پلاسما، فناوری پوشش پراکنده را برای توسعه فضای بزرگ ارائه می دهد، تکنولوژی پوشش پودر مگنترون را به تغییر ساختارهای صنعتی و زندگی ارتقا می دهد.