Classificação e teoria da tecnologia de revestimento PVD

Classificação e teoria da tecnologia de revestimento PVD

Como uma espécie de material de forma especial, o filme fino pode ser amorfo, policristalino e monocristalino. Pode ser feito de elementos simples ou compostos, materiais inorgânicos ou materiais orgânicos.

A tecnologia de filme fino inclui a deposição física de vapor (evaporação, pulverização catódica, revestimento iônico, arco voltaico, revestimento a plasma) e deposição química de vapor. A tecnologia utilizada em nossa fábrica é o Physical Vapor Deposition (PVD).

Um. Revestimento de evaporação em Vácuo

Evaporação por aquecimento por resistência e evaporação por aquecimento por feixe de elétrons:

1. Princípios básicos:

Um processo no qual o substrato ou peça de trabalho a ser revestida é colocado em uma câmara de alto vácuo e aquecido para vaporizar (ou sublimar) o material formador de filme e depositado na superfície do substrato ou peça de trabalho para formar um filme fino.

2. Tipo de fonte de evaporação:

a) b) c) d)

3. Fatores que afetam a qualidade do filme:

A. A posição do substrato

O posicionamento correto do substrato é a pré-condição para se obter um filme uniforme.

B. Para garantir a massa da membrana, a pressão deve ser tão baixa quanto Pr (Pa).

L representa a distância da fonte de evaporação ao substrato como L (cm).

C. Taxa de evaporação Quando a taxa de evaporação é pequena, as moléculas de gás são imediatamente adsorvidas nos átomos (ou moléculas) da membrana depositada, resultando em estrutura de membrana frouxa, partículas grossas e muitos defeitos. Pelo contrário, a estrutura da membrana é uniforme e compacta, a resistência mecânica é alta e a tensão no interior da membrana é grande.

D. Em circunstâncias normais, quando a temperatura do substrato é alta, a energia cinética dos átomos adsorvidos aumenta de acordo, e a película formada é fácil de cristalizar e reduzir os defeitos da rede. Quando a temperatura do substrato é baixa, não há energia suficiente para suprir os átomos adsorvidos, então é fácil formar um filme amorfo.

Revestimento de pulverização catódica Two.Magnetron

A pulverização catódica por magnetron é um novo tipo de método de revestimento por pulverização catódica desenvolvido com base na catódica catódica nos anos setenta. Por superar efetivamente a fraqueza fatal da baixa taxa de pulverização catódica e o aumento da temperatura do substrato causado pelos elétrons, obteve rápido desenvolvimento e ampla aplicação.

1. Magnetron sputtering:

O fenômeno de que os átomos na superfície do alvo são atingidos pelo bombardeio iônico do material alvo é chamado de sputtering. O filme de pulverização é realizado quando os átomos gerados pela pulverização catódica são depositados na superfície do substrato (peça de trabalho).

Princípios básicos de pulverização catódica:

Magnetron sputtering estava na zona de respingo e um campo magnético perpendicular à direção do campo elétrico, na intensidade elétrica ortogonal e campo magnético BE equação de movimento de elétrons, a eletrônica na forma de roda cicloidal ao longo da superfície de destino para a perpendicular à direção do E e B é paralelo, assim, muito estendido o itinerário eletrônico, aumentou as colisões de elétrons com moléculas de gás, melhorar a eficiência de ionização. Assim, o campo magnético de elétrons secundários sob o controle da pista, pode ser todo usado para energia de ionização, quando a energia exaurida, somente é absorvida pelo anodo (chassi). A figura a seguir:

Esses elétrons são acelerados pelo campo elétrico e ganham energia, e então colidem com os átomos ou moléculas do gás, mesmo que eles ionizem, de modo que o plasma possa ser mantido.

Magnetron sputtering é para controlar o movimento de elétrons, adicionando campo magnético pista para a superfície-alvo, estender seu curso ao redor da superfície-alvo e melhorar a densidade do plasma, então a taxa de revestimento de pulverização é muito melhorada.

Rendimento secundário de elétrons:

O rendimento secundário de elétrons refere-se ao número de elétrons secundários por íon bombardeando o alvo. A análise teórica mostra que o rendimento secundário de elétrons do alvo metálico é independente da energia iônica quando a energia do íon é menor que 500 eV (na verdade menor que 1000 eV).

Produção Sputtering:

A pulverização catódica por magnetron tem uma tensão de trabalho de 200 ~ 500V, que determina que a energia iônica máxima do alvo é 500eV, e o íon de argônio acelerado é perpendicular ao alvo.

Interação entre íons incidentes e materiais:

A interação entre os íons portadores de energia e a superfície alvo resulta em:

Partículas de superfície: átomos de sputtering, átomos de backscatter, átomos de impureza de dessorção e elétrons secundários.
B. Fenómenos físico-químicos da superfície: limpeza, ataque químico e reacções químicas.
C. Defeitos pontuais, defeitos de linha, hot studs, cascatas de colisão, implantação iônica, estados amorfos e compostos na camada superficial do material.

Técnicas de Sputtering:

A tecnologia Sputtering pode ser dividida em:

A. Diodo pulverizado por descarga incandescente de corrente contínua;

B. Tripole sputtering por descarga de arco de fio quente;

C. Rf sputtering usando descarga de rf;

D. Magnetron sputtering controle de descarga de brilho usando campo magnético de pista fechada.

2 estrutura de catodo de catraca de magnetron:

Actualmente, os dispositivos de pulverização catódica de magnetron para uso industrial utilizam principalmente catéter de pulverização catódica rectangular planar (figura a). Geralmente, o tamanho do material de destino utilizado tem duas especificações: máquina de VT: espessura da largura do comprimento (450,5 120 6) mm; Máquina ZCK: 460 100 6. O cátodo cilíndrico de pulverização catódica é também gradualmente utilizado na produção (figura b). Em comparação com eles, a taxa de utilização do material de destino é de apenas 20-30%, ou seja, a taxa de utilização é baixa.

Figura a figura b

A figura a é um tipo de campo magnético produzido pelo cátodo catódico catódico de magnetron de pista de ímanes permanentes, o material alvo em contacto com o sapato polar. Fora do material de destino ao longo da sapata do pólo N, no centro de um sapato de polo S, sapata polo N e S, respectivamente, submetidos à polaridade reversa de ferritas de estrôncio ou ímãs permanentes de ndfeb. Coloque uma permeabilidade do ferro puro de volta conectar a outra extremidade do ímã permanente, ou seja, para produzir campo magnético do circuito magnético da pista.

A figura b é um cátodo de magnetrão oco cilíndrico, que é um alvo catódico com um ímã colocado em um alvo cilíndrico, com os pólos N e S bem dispostos, resfriamento à água e vedação dinâmica.
A função do sapato de pólo: formar um circuito magnético fechado com resistência magnética muito pequena.

Atualmente, usamos comumente materiais magnéticos permanentes: ferrite de bário (BaO · 6F1e2O3), ferrite de estrôncio (SrO · 6F1e2O3), íman permanente de ndfeb.
Eletrodo de pulverização Magnetron:
Eletrodos de sputtering magnetron práticos possuem as seguintes quatro estruturas básicas:

(a) cilindro coaxial; (b) tipo plano; (c) tipo cone (pistola S); d) Tipo oco plano ou cilíndrico
1 - o substrato; 2 - material de destino; 3 - escudo

3 processo de pulverização:
Desenho do diagrama do sistema da máquina de revestimento por pulverização catódica:

Parâmetros do processo de pulverização:

A relação entre a tensão alvo de sputtering e a densidade de corrente desejada J é a seguinte: uJ = K1
Onde K1 é o valor permitido da densidade de potência alvo, uma constante.

A densidade de corrente desejada pode ser determinada de acordo com a tensão alvo selecionada e a densidade de potência alvo permitida.

Reduzir a pressão de ar é útil para melhorar a taxa de deposição e melhorar a aderência do revestimento e a densidade do filme. A pressão de Ar de Magnetron sputtering é geralmente escolhida como 0,5 Pa, a impedância da descarga de gás com a diminuição da pressão de Ar sobe. Magnetron sputtering, pode ajustar a pressão de ar apropriadamente, fazer a densidade de potência de destino e tensão, respectivamente, ao mesmo tempo, perto de seu valor de destino e o melhor valor. Portanto, melhorar o princípio do processo de taxa de deposição é: o mais próximo possível do valor de densidade de potência alvo; A tensão alvo é o mais próximo possível do valor ideal.

A. Sputtering de filme de metal puro:
Na deposição física de vapor, tanto a evaporação quanto a pulverização catódica são adequadas para filmes de metal puro, mas a taxa de evaporação é maior.
Actualmente, os materiais alvo utilizados são: Al, Ti, Cu, Cr, etc

B. Sputtering de filme de liga:
Entre as técnicas físicas de deposição de vapor, a pulverização catódica é a mais adequada para a deposição de filmes de liga. Métodos de sputtering incluem sputtering multi-alvo, sputtering de alvo de mosaico e sputtering de alvo de liga.
Os materiais alvo usados atualmente incluem AlTi, ZrTi, CuTi e assim por diante.

C. Sputtering do filme composto:
O filme composto geralmente se refere à camada de filme formada pela combinação mútua de elementos metálicos com C, N, B, S e outros elementos não metálicos. Os métodos de galvanização incluem sputtering cc, sputtering rf e sputtering reativo.

1. Deve ser utilizado filme composto de pulverização catódica, Por exemplo, alvos compostos como SnO2, TiC, MoB e MoSi2 são normalmente feitos por metalurgia de pó, o que é muito dispendioso. O revestimento de filme condutor transparente ITO é uma aplicação industrial de dc filme composto sputtering.

2. Rf sputtering não é limitado por se o alvo é condutor ou não. Pode ser metal ou alvo cerâmico isolado.

3. A pulverização reativa é quando o alvo de metal pulveriza, ao mesmo tempo, para a câmara de revestimento no gás contendo os elementos não-xin necessários. O TiC (preto) usa o alvo Ti e o gás de trabalho é Ar + C2H2 ou Ar + CH4.

Em pulverização catódica, o gás de reação injetado não apenas reage com os átomos de filme depositados na peça de trabalho para formar um filme composto, mas também reage com o material alvo para formar um composto na superfície alvo, o que pode fazer a taxa de remoção do alvo material e, consequentemente, reduzir a taxa de revestimento, mesmo em uma ordem de magnitude, que é fácil de causar envenenamento por alvo.

No início dos compostos no processo de sputtering, somente no Ar puro, então gradualmente aumente o gás de reação (C2H2 ou N2, etc.), no começo do gás de reação apenas passe, a mudança de taxa de crepitação não é grande , quando o gás de reação atinge um certo limite, a taxa de pulverização apresenta a mudança óbvia e, em seguida, continua a aumentar o gás de reação, a taxa de pulverização mostrou uma tendência de estabilização novamente. Verificou-se que a direção do processo inverso em um determinado intervalo entre a curva do desalinhamento, aparece imagem "curva de histerese". Isso é chamado de "curva de envenenamento de alvo". Ver abaixo:

Curva de envenenamento de alvo
Medidas para prevenir o envenenamento do alvo:
. Melhorar a taxa de extração do sistema de vácuo;
Reduza o gás de reação.
Isole o gás de reação do alvo.

Exemplos de filmes de compostos de pulverização são os seguintes:

Material de membrana
artefatos
função
Lata,
Fresa de alta velocidade e fresa
Resistente ao desgaste duro
Caixa de aço inoxidável e cinta
A decoração de ouro
Cerâmica e Azulejos
A decoração de ouro
ITO
Vidro condutor transparente
Condutora transparente
SiO2
Vidro condutor transparente
Impedir a difusão de íons de sódio
Al2O3
Chip de silício de circuito integrado
Passivação de isolamento
MgF2
Lente óptica
Menos o anti-reflexo
TiC
Caixa de telefone de aço inoxidável e peças
decoração

Tecnologia de chapeamento iônico Magnetron sputtering:

Após os 80 s, conectar a polarização do sputtering do magnétron é chamado o chapeamento do Ion do sputtering do magnetron, daqui em diante referido como o chapeamento do Ion sputtering (Sputtreing Ion Plating, abreviatura SIP). Nossa fábrica atualmente inclui o uso de equipamentos feitos de chapeamento de filme, ou seja, o uso da tecnologia.

1. Processo de fabricação de revestimento decorativo (TiN ou TiC) por tecnologia de chapeamento iônico de magnetron sputtering:

2. processo de revestimento de PVD:

Resumo: de acordo com as exigências do filme, o nível de vácuo desempenha um papel crucial na qualidade do filme. Para os produtos produzidos pela nossa fábrica, o grau de vácuo antes da formação do filme é necessário para atingir 5,0 10-3pa (o tempo de bombeamento é de cerca de 30-60 minutos).

Bombeamento de aquecimento: quando o grau de vácuo é atingido (por exemplo, 2.0 10-2pa), inicie o aquecimento e abra a estrutura rotativa.

Objetivo: reduzir ou eliminar o gás adsorvido na superfície dos produtos e a câmara de vácuo por cozimento, de modo a melhorar a qualidade e o desempenho do filme para atender aos requisitos, mas deve-se notar que:

A. Na faixa de verdade, o aquecimento pode ser ligado, o que pode impedir que a superfície da mercadoria seja oxidada.
B. O prato giratório deve ser aberto quando o aquecimento é iniciado.

Limpeza do alvo (também conhecido como alvo pontual): o alvo só pode ser aberto e limpo quando o grau de vácuo atingir um determinado intervalo (a gama necessária dos produtos produzidos pela nossa fábrica é de 7.0 10-3 ~ 5.0 10-3pa).

Objetivo: remover o gás adsorvido e limpar o revestimento na superfície do alvo.

Limpeza de íons: artefatos após o tratamento de pré-aquecimento, a superfície ainda será há alguma sujeira, também pode ter camada de óxido leve, a limpeza de íons é remover a sujeira e a camada de oxidação da superfície é um dos métodos eficazes. Para o gás Ar que preenche a alta pressão na câmara de vácuo, os artefatos e o viés negativo causados pela descarga luminosa ao mesmo tempo, pela ionização do íon de Ar sob a ação do campo elétrico, pelos artefatos de bombeamento de alta energia e atingem a sujeira no superfície da peça de trabalho espirrar, limpar e o propósito da ativação na superfície da carga.

Formação de filme: quando a pressão do gás de trabalho argônio atinge um certo nível, o alvo é aberto e uma quantidade apropriada de gás reativo é adicionada para pulverização, e finalmente a película necessária é obtida. Atualmente, filme de nitreto, filme de óxido e filme de metal duro são obtidos através de nitrogênio (N2), oxigênio (O2), metano (CH4), acetileno (C2H2), monóxido de carbono (CO) e outros gases.

Assuntos que necessitam de atenção no processo de formação de filme:

1. O fluxo de ar e a pressão são normais?
2. Antes de abrir o alvo, dê tensão de polarização, inicie a estrutura rotativa e verifique se há um curto-circuito na carga.
3. A tensão alvo, a corrente desejada, a pressão e a corrente de polarização devem receber atenção durante o processo de formação do filme.

Resfriamento: alta temperatura será gerada durante o processo de formação de filme, de modo a evitar a camada de filme de tensão causada pela diferença de temperatura entre o interior e o exterior da câmara de vácuo. Após a formação do filme, é necessário um resfriamento adequado antes que o filme seja liberado.
Câmara de vácuo . Unidade de carga e limpeza da câmara de vácuo.

Parâmetros relacionados do chapeamento do íon de pulverização do magnétron:

A peça de pulverização catódica da Magnetron possui três tipos de conexão elétrica: aterramento, suspensão e polarização.
O dispositivo de revestimento é geralmente um invólucro da câmara de vácuo como o ânodo e as provisões de potencial zero.
Suspensão é o processo de isolar a peça de trabalho do anodo (habitação) e catodo e suspendê-lo no plasma.
O viés é adicionar dezenas de volts a centenas de volts de polarização negativa na peça de trabalho, quando a polarização é zero que é aterrada.

1. taxa de chegada Ion:

Na ionização, o efeito dos íons incidentes na estrutura e nas propriedades do filme depende principalmente da energia iônica e do fluxo de íons.
No ion plating, a energia obtida pelo íon incidente em cada átomo depositado é chamada de valor de ganho de energia.
Ea = Ei (ev)
Tipo de Ei é a energia do íon incidente (ev), I / Φ Φ para os íons atingirem a.

2. Viés e corrente:

Os parâmetros práticos do processo de ionização são a tensão de polarização e densidade de corrente da peça de trabalho.Na actual, a nossa fábrica no processo de revestimento TiN ou TiC, o controle de polarização adicionado em -100 ~ -400V, viés corrente em 2 ~ 6A ou mais .

3. pulverização catódica:

A pulverização catódica geralmente usa tensões de onda retangulares.

O período de pulso é T, o tempo de sputtering alvo em cada ciclo é t-delta T, delta T é o tempo de pulso positivo (largura) adicionado ao alvo.V- e V + são a amplitude de tensão de pulsos negativos e positivos adicionados ao alvo, respectivamente.

4. casos anormais durante a operação:

Atualmente, os principais modelos utilizados na produção são: vt-1200, SVS e COM, Zck-1500 e outros tipos de equipamentos alvo.

Fenômeno anormal
As consequências
uma.
O escudo do carro não está bem quando o alvo é lavado
A superfície da mercadoria estava contaminada, resultando no filme da mercadoria após o revestimento da explosão
B
Curto-circuito de polarização ocorre durante a limpeza de íons
Teste de função NG após formação de filme (rejeitado)
C
Durante o processo de formação de filme, a taxa de fluxo do gás de reação é muito grande (por exemplo, C2H2), resultando em envenenamento do alvo
Depois que os produtos saem do forno, o revestimento do filme ou o fenômeno desigual da cor são óbvios
D
A água de resfriamento alvo não é aberta durante a abertura do alvo
Danos ao equipamento, vítimas de causas graves

IKS PVD, máquina de revestimento a vácuo, contato: iks.pvd@foxmail.com