Clasificación y teoría de la tecnología de recubrimiento PVD

- May 04, 2019-

Clasificación y teoría de la tecnología de recubrimiento PVD.

 

Como un tipo de material de forma especial, la película delgada puede ser amorfa, policristalina y monocristalina. Puede estar hecho de elementos o compuestos simples, materiales inorgánicos o materiales orgánicos.

 

La tecnología de película delgada incluye la deposición física de vapor (evaporación, pulverización catódica, placas iónicas, placas de arco, placas de plasma) y la deposición química de vapor. La tecnología utilizada en nuestra fábrica es la Deposición de Vapor Físico (PVD).

 

Revestimiento por evaporación al vacío.

Resistencia al calentamiento por evaporación y por haz de electrones por evaporación:

1. Principios básicos:

Un proceso en el que el sustrato o la pieza de trabajo a recubrir se coloca en una cámara de alto vacío y se calienta para vaporizar (o sublimar) el material formador de película y se deposita sobre la superficie del sustrato o pieza de trabajo para formar una película delgada.

 

2. Tipo de fuente de evaporación:

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(a B C D)

3. Factores que afectan la calidad de la película:

A. La posición del sustrato.

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La colocación correcta del sustrato es la condición previa para obtener una película uniforme.

B. Para asegurar la masa de la membrana, la presión debe ser tan baja como Pr (Pa).

L representa la distancia desde la fuente de evaporación hasta el sustrato como L (cm).

C. Tasa de evaporación. Cuando la velocidad de evaporación es pequeña, las moléculas de gas se adsorben inmediatamente en los átomos (o moléculas) de la membrana depositada, lo que produce una estructura de membrana suelta, partículas gruesas y muchos defectos. Por el contrario, la estructura de la membrana es uniforme y compacta, la resistencia mecánica es alta y la tensión dentro de la membrana es grande.

D. En circunstancias normales, cuando la temperatura del sustrato es alta, la energía cinética de los átomos adsorbidos aumenta en consecuencia, y la película formada es fácil de cristalizar y reducir los defectos de la red. Cuando la temperatura del sustrato es baja, no hay suficiente energía para suministrar los átomos adsorbidos, por lo que es fácil formar una película amorfa.

 

Dos.Magnetrón recubrimiento por pulverización

La pulverización magnetrónica es un nuevo tipo de método de recubrimiento por pulverización catódica desarrollado sobre la base de la pulverización catódica en la década de 1970. Debido a que supera efectivamente la debilidad fatal de la baja tasa de pulverización catódica y el aumento de la temperatura del sustrato causado por los electrones, ha obtenido un rápido desarrollo y una amplia aplicación.

 

1. pulverización magnetrón:

El fenómeno de que los átomos en la superficie del objetivo son alcanzados por el bombardeo de iones en el material del objetivo se llama sputtering. La película de sputtering se realiza cuando los átomos generados por sputtering se depositan en la superficie del sustrato (pieza de trabajo).

Principios básicos de la pulverización magnetrónica:

La salpicadura de magnetrón estaba en la zona de salpicadura y un campo magnético perpendicular a la dirección del campo eléctrico, en la ecuación de movimiento electrónico ortogonal de intensidad eléctrica y campo magnético BE, la electrónica en forma de rueda cicloidal a lo largo de la superficie del objetivo a la perpendicular a la dirección De la E y B es paralela, por lo tanto extendió mucho el itinerario electrónico, aumentó las colisiones de electrones con las moléculas de gas, mejoró la eficiencia de ionización. Por lo tanto, el campo magnético del electrón secundario, bajo el control de la pista, se puede usar todo para la energía de ionización, cuando la energía agotada, solo es absorbida por el ánodo (chasis). La siguiente figura:

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Estos electrones son acelerados por el campo eléctrico y ganan energía, y luego chocan con los átomos o moléculas del gas, incluso si se ionizan, para que el plasma pueda mantenerse.

 

La pulverización magnetrónica consiste en controlar el movimiento de los electrones agregando el campo magnético de la pista a la superficie objetivo, extender su recorrido alrededor de la superficie objetivo y mejorar la densidad del plasma, por lo que la tasa de recubrimiento por pulverización catódica mejora considerablemente.

 

Rendimiento de electrones secundarios:

El rendimiento electrónico secundario se refiere al número de electrones secundarios por ion que bombardean el objetivo. El análisis teórico muestra que el rendimiento electrónico secundario del objetivo metálico es independiente de la energía del ion cuando la energía del ion es menor que 500eV (en realidad, menor que 1000eV).

 

Producción de pulverización catódica:

La pulverización magnetrónica tiene un voltaje de trabajo de 200 ~ 500 V, lo que determina que la energía iónica máxima del objetivo es de 500 eV, y que el ión argón acelerado es perpendicular al objetivo.

 

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Interacción entre iones incidentes y materiales:

La interacción entre los iones que transportan energía y la superficie de destino da como resultado:

A. Partículas superficiales: átomos de pulverización catódica, átomos de retrodispersión, átomos de impureza de desorción y electrones secundarios.
B. Fenómenos fisicoquímicos de superficie: limpieza, grabado y reacciones químicas.
C. Defectos puntuales, defectos de línea, pernos prisioneros calientes, cascadas de colisión, implantación de iones, estados amorfos y compuestos en la capa de superficie del material.

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Técnicas de sputtering:

 

La tecnología de pulverización se puede dividir en:

 

A. Diodo por pulverización por descarga de luz de CC;

B. Pulverización de tripola por descarga de arco de alambre caliente;

C. Rf sputtering utilizando rf descarga;

D. Control de sputtering del magnetrón de la descarga luminiscente mediante el campo magnético de la pista cerrada.

 

2 magnetrón catódica estructura catódica:

En la actualidad, los dispositivos de pulverización magnetrónica para uso industrial utilizan principalmente un cátodo de pulverización catódica de magnetrón plano rectangular (figura a). En general, el tamaño del material objetivo utilizado tiene dos especificaciones: Máquina VT: ancho de la anchura de la longitud (450.5 120 6) mm; Máquina ZCK: 460 100 6. El cátodo de pulverización catódica magnetrón también se usa gradualmente en la producción (figura b). En comparación con ellos, la tasa de utilización del material objetivo del avión es solo del 20-30%, es decir, la tasa de utilización es baja.

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Figura una figura b

 

La figura a es un tipo de campo magnético producido por un cántar de pulverización catódica magnetrón plano de pista de imán permanente, el material objetivo en contacto con la zapata de polo. Fuera del material objetivo a lo largo de la zapata del polo N, en el centro de la zapata del polo S, la zapata del polo N y S, respectivamente, está sujeta a la polaridad inversa de la ferrita de estroncio o los imanes permanentes de ndfeb. Coloque una permeabilidad de hierro puro en la parte posterior para conectar el otro extremo del imán permanente, es decir, para producir el campo magnético del circuito magnético de la pista.

 

La figura b es un cátodo de magnetrón hueco cilíndrico, que es un objetivo de cátodo con un imán colocado en un objetivo cilíndrico, con los polos N y S bien dispuestos, enfriamiento por agua y sellado dinámico.
La función de la zapata de polo: formar un circuito magnético cerrado con una resistencia magnética muy pequeña.

 

En la actualidad, usamos comúnmente materiales magnéticos permanentes: ferrita de bario (BaO · 6F1e2O3), ferrita de estroncio (SrO · 6F1e2O3), imán permanente ndfeb.
Electrodo de pulverización magnetrón:
Los prácticos electrodos de pulverización magnetrónica tienen las siguientes cuatro estructuras básicas:

 

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(a) cilindro coaxial; (b) tipo plano; (c) tipo de cono (S pistola); (d) tipo hueco plano o cilíndrico
1 - el sustrato; 2 - material de destino; 3 - escudo

 

3 procesos de sputtering:
Esquema del sistema de dibujo de la máquina de recubrimiento por pulverización magnetrón:

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Parámetros del proceso de pulverización:

La relación entre la tensión de destino u de la pulverización y la densidad de la corriente de destino J es la siguiente: uJ = K1
Donde K1 es el valor permisible de la densidad de potencia objetivo, una constante.

 

La densidad de la corriente objetivo se puede determinar de acuerdo con el voltaje objetivo seleccionado y la densidad de potencia objetivo permitida.

 

Reducir la presión de Ar es útil para mejorar la velocidad de deposición y para mejorar la adherencia del recubrimiento y la densidad de la película. La presión de Ar del sputtering del magnetrón generalmente se elige como 0.5 Pa, la impedancia de la descarga de gas con la disminución de la presión de Ar aumenta. La pulverización magnetrónica, puede ajustar la presión de Ar de manera adecuada, hacer que la densidad de potencia objetivo y el voltaje, respectivamente, se al mismo tiempo se acerquen a su valor objetivo y al mejor valor. Por lo tanto, mejorar el principio de proceso de la tasa de deposición es: lo más cercano posible al valor de densidad de potencia objetivo; El voltaje objetivo es lo más cercano posible al valor óptimo.

 

A. Sputtering de película de metal puro:
En la deposición física de vapor, tanto la evaporación como la pulverización son adecuadas para películas de metal puro, pero la velocidad de evaporación es mayor.
En la actualidad, los materiales objetivo utilizados son: Al, Ti, Cu, Cr, etc.

B. pulverización de película de aleación:
Entre las técnicas de deposición física de vapor, la pulverización catódica es la más adecuada para la deposición de películas de aleación. Los métodos de sputtering incluyen sputtering de múltiples objetivos, sputtering de mosaico de objetivo y sputtering de blanco de aleación.
Los materiales de destino utilizados en la actualidad incluyen AlTi, ZrTi, CuTi, etc.

C. Sputtering de película compuesta:
La película compuesta generalmente se refiere a la capa de película formada por la combinación mutua de elementos metálicos con C, N, B, S y otros elementos no metálicos. Los métodos de chapado incluyen sputtering dc, sputtering rf y sputtering reactivo.

 

1. Se debe usar una película de compuesto por pulverización catódica de Dc. Por ejemplo, los objetivos de compuestos conductores como SnO2, TiC, MoB y MoSi2 se hacen generalmente mediante pulvimetalurgia, que es muy costosa. El recubrimiento de la película conductora transparente ITO es una aplicación industrial de dc película de compuesto por pulverización catódica.

2. El sputtering de Rf no está limitado por si el objetivo es conductor o no. Puede ser de metal o cerámico aislado.

3. La pulverización reactiva es cuando la pulverización del objetivo del metal, al mismo tiempo a la cámara de recubrimiento en el gas que contiene los elementos necesarios que no son xin. TiC (negro) UTILIZA el objetivo Ti, y el gas de trabajo es Ar + C2H2 o Ar + CH4.

 

En la pulverización reactiva, el gas de reacción inyectado no solo reacciona con los átomos de la película depositados en la pieza de trabajo para formar una película compuesta, sino que también reacciona con el material objetivo para formar un compuesto en la superficie objetivo, lo que puede hacer que la tasa de extracción del objetivo material y, en consecuencia, reducir la velocidad de recubrimiento incluso en un orden de magnitud, lo que es fácil de causar envenenamiento del objetivo.

 

Al comienzo de los compuestos en el proceso de bombardeo, solo en el Ar puro, luego aumente gradualmente el gas de reacción (C2H2 o N2, etc.), al comienzo del gas de reacción que acaba de pasar, el cambio en la velocidad de bombardeo no es grande Cuando el gas de reacción alcanza un cierto límite, la velocidad de pulverización presenta el cambio obvio, y luego continúa aumentando el gas de reacción, la velocidad de pulverización mostró una tendencia constante nuevamente. Se encontró que la dirección del proceso inverso en un cierto rango entre la curva de desalineación, aparece en la imagen de "curva de histéresis". Esto se llama "curva de envenenamiento del objetivo". Vea abajo:

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Curva de envenenamiento objetivo
Medidas para prevenir el envenenamiento del objetivo:
. Mejorar la tasa de extracción del sistema de vacío;
Reducir el gas de reacción.
Aislar el gas de reacción del objetivo.

 

Ejemplos de películas de compuestos de pulverización catódica son los siguientes:

Material de membrana
artefactos
función
Estaño,
Broca de acero de alta velocidad y fresadora
Resistente al desgaste
Caja y correa de acero inoxidable.
La decoracion dorada
Cerámica y azulejos.
La decoracion dorada
ITO
Vidrio conductor transparente
Transparente conductora
SiO2
Vidrio conductor transparente
Evitar la difusión de iones de sodio.
Al2O3
Circuito integrado de chip de silicio.
Pasivacion aislante
MgF2
Lente óptica
Menos el anti-reflejo.
Tic
Caja del teléfono de acero inoxidable y piezas
decoración

 

Tecnología de recubrimiento iónico de pulverización magnetrón:

Después de los 80 s, conecte la polarización de la pulverización magnetrónica que se denomina Magnetron sputtering Ion Plating, en lo sucesivo denominada sputtering Ion Plating (Sputtreing Ion Plating, abreviatura SIP). Nuestra fábrica incluye actualmente el uso de equipos hechos de película de revestimiento, a saber, el uso de la tecnología.

1. Proceso de fabricación de revestimiento decorativo (TiN o TiC) mediante tecnología de recubrimiento iónico por pulverización magnetrón:

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2. Proceso de recubrimiento PVD:

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Resumen: según los requisitos de la película, el nivel de vacío juega un papel crucial en la calidad de la película. Para los productos producidos por nuestra fábrica, se requiere el grado de vacío antes de la formación de la película para alcanzar 5.0 10-3pa (el tiempo de bombeo es de aproximadamente 30-60 minutos).

 

Calentamiento de bombeo: cuando se alcanza el grado de vacío (por ejemplo, 2.0 10-2pa), comience a calentar y abra el marco giratorio.

 

Objetivo: reducir o eliminar el gas adsorbido en la superficie de los productos y la cámara de vacío mediante cocción, a fin de mejorar la calidad y el rendimiento de la película para cumplir con los requisitos, pero debe tenerse en cuenta que:

 

R. En el rango real, el calentamiento puede encenderse, lo que puede evitar que la superficie de los productos se oxide.
B. El plato giratorio debe abrirse cuando se inicia el calentamiento.

 

Limpieza del objetivo (también conocido como objetivo puntual): el objetivo solo puede abrirse y limpiarse cuando el grado de vacío alcanza un cierto rango (el rango requerido de los productos producidos por nuestra fábrica es 7.0 10-3 ~ 5.0 10-3pa).

 

Objetivo: eliminar el gas adsorbido y limpiar el recubrimiento en la superficie del objetivo.

 

Limpieza iónica: los artefactos después del tratamiento de precalentamiento, la superficie aún tendrá algo de suciedad, también puede tener una capa de óxido leve, la limpieza iónica es eliminar la suciedad y la capa de oxidación superficial es uno de los métodos efectivos. Para el gas Ar que llena la alta presión en la cámara de vacío, los artefactos y la polarización negativa causada por la descarga incandescente al mismo tiempo, por ionización del Ar ion bajo la acción del campo eléctrico, los artefactos de bombardeo de alta energía, y lograr la suciedad en el La superficie de la pieza de trabajo salpica, limpia y el propósito de la activación en la superficie de la carga.

 

Formación de la película: cuando la presión del argón del gas de trabajo alcanza un cierto nivel, el objetivo se abre y se agrega una cantidad apropiada de gas reactivo para la pulverización, y finalmente se obtiene la película requerida. Actualmente, la película de nitruro, la película de óxido y la película de carburo se obtienen a través de nitrógeno (N2), oxígeno (O2), metano (CH4), acetileno (C2H2), monóxido de carbono (CO) y otros gases.

 

Materias que requieren atención en el proceso de formación de la película:

1. ¿Es normal el flujo y la presión de Ar?
2. Antes de abrir el objetivo, indique la tensión de polarización, inicie el cuadro giratorio y compruebe si hay un cortocircuito en la carga.
3. Se debe prestar atención a la tensión objetivo, la corriente objetivo, la presión y la corriente de polarización durante el proceso de formación de la película.

 

Enfriamiento: se generará una alta temperatura durante el proceso de formación de la película, para evitar que la capa de la película sufra tensiones causadas por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la cámara de vacío. Después de la formación de la película, se requiere un enfriamiento adecuado antes de que se libere la película.
Cámara de vacío . Unidad de carga y limpieza de la cámara de vacío.

 

Parámetros relacionados de magnetron sputtering ion plating:

La pieza de pulverización magnetrón tiene tres tipos de conexión eléctrica: conexión a tierra, suspensión y desviación.
El dispositivo de recubrimiento suele ser una cámara de vacío que se aloja como el ánodo y las disposiciones de potencial cero.
La suspensión es el proceso de aislar la pieza de trabajo del ánodo (alojamiento) y el cátodo y suspenderla en plasma.
El sesgo es agregar decenas de voltios a cientos de voltios de sesgo negativo en la pieza de trabajo, cuando el sesgo es cero que está conectado a tierra.

 

1. Relación de llegada de iones:

En el revestimiento iónico, el efecto de los iones incidentes sobre la estructura y las propiedades de la película depende principalmente de la energía iónica y del flujo iónico.
En el revestimiento iónico, la energía obtenida por el ion incidente en cada átomo depositado se denomina valor de ganancia de energía.
Ea = Ei (ev)
El tipo de Ei es la energía del ion incidente (ev), I / Φ Φ para que los iones alcancen una a.

 

2. Sesgo y corriente:

Los parámetros prácticos del proceso de recubrimiento iónico son el voltaje de polarización y la densidad de corriente de la pieza de trabajo. En la actualidad, nuestra fábrica en el proceso de recubrimiento de TiN o TiC, el control de polarización agregado en -100 ~ -400V, la corriente de polarización en 2 ~ 6A o menos .

 

3. Pulverización pulsada:

Pulverización pulsante generalmente utiliza voltajes de onda rectangular.

El período de pulso es T, el tiempo de pulverización del objetivo en cada ciclo es t-delta T, delta T es el tiempo de pulso positivo (ancho) agregado al objetivo. V- y V + son la amplitud de voltaje de los pulsos negativos y positivos agregados al objetivo, respectivamente.

 

4. Casos anormales durante la operación:

En la actualidad, los principales modelos utilizados en la producción son: vt-1200, SVS y COM máquina de revestimiento continuo, zck-1500 y otros tipos diferentes de equipos de destino.

Fenómeno anormal
Las consecuencias
a.
El escudo del coche no está bien cuando se lava el objetivo.
La superficie de los productos estaba contaminada, lo que resultó en la película de los productos después del recubrimiento de explosión.
segundo
Se produce un cortocircuito de polarización durante la limpieza de iones
Prueba de funcionamiento NG después de la formación de la película (rechazada)
do
Durante el proceso de formación de la película, la velocidad de flujo del gas de reacción es demasiado grande (por ejemplo, C2H2), lo que resulta en una intoxicación por el objetivo.
Después de que los productos salen del horno, el recubrimiento de la película o el fenómeno de color desigual es obvio
re
El agua de enfriamiento no se abre durante la apertura del objetivo
Daños al equipo, graves causas de bajas.

IKS PVD, máquina de recubrimiento al vacío, contacte a: iks.pvd@foxmail.com

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