การพัฒนาและประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยแม่เหล็กแม็กเน็ท

การพัฒนาและประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วย magnetron sputtering coating

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุฟิล์มบาง ๆ การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการสะสมตัวของสปัทเทอร์มีบทบาทที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการผลิตภาคอุตสาหกรรม บทความนี้ส่วนใหญ่จะแนะนำกระบวนการและการพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยสปัทเทอร์ซึ่งเป็นลักษณะของเทคโนโลยีการชุบโลหะ magnetron ที่สำคัญต่างๆและแนะนำการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการสปัตเตอร์ magnetron ในสาขาต่างๆ

กระบวนการของการพ่นสารเคลือบผิวเป็นส่วนใหญ่เพื่อทำให้วัสดุเป้าหมายเป็นฟิล์มบาง ๆ ซึ่งได้รับการติดตั้งบนแคโทดของระบบการทับถมของสปัตเตอร์และพื้นผิวของฟิล์มบาง ๆ จะวางอยู่บนขั้วบวกของพื้นผิวตรงข้ามกับผิวเป้าหมายระบบสปัตเตอร์ จะถูกสูบไปยังสูญญากาศสูงและเต็มไปด้วยอาร์กอน ฯลฯ แรงดันสูงจะถูกนำมาใช้ระหว่างขั้วบวกและขั้วบวกและแรงดันต่ำจะถูกสร้างขึ้นระหว่างขั้วบวกและแคโทดในพลาสม่าที่เกิดจากการปลดปล่อยไอออนบวกของอาร์กอนจะเคลื่อนไปทางแคโทด ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าและชนกับพื้นผิวเป้าหมาย อะตอมเป้าหมายที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวเป้าหมายหลังจากชนกันเรียกว่าอะตอมสปัตเตอร์ พลังงานของอะตอมของสปัตเตอร์โดยทั่วไปอยู่ในช่วงหนึ่งถึงสิบของอิเล็กตรอนโวลต์การเคลือบผิวโดยใช้อาร์กอนโพแทสเซียมไอออนที่เกิดจากการปล่อยก๊าซความดันต่ำไปยังเป้าหมายของขั้วลบกระหน่ำด้วยความเร็วสูงภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า อนุภาคเช่นอะตอมหรือโมเลกุลในเป้าหมายถูกกระจัดกระจายและวางลงบนพื้นผิวของพื้นผิวหรือชิ้นงานเพื่อสร้างชั้นฟิล์มที่จำเป็นอย่างไรก็ดีขั้นตอนการทับถมของสปัตเตอร์จะทำให้เกิดอนุภาคของการสลายตัวของพลังงานต่ำมากส่งผลให้ฟิล์มมีอัตราต่ำ

เทคโนโลยีการสปัตเตอร์ Magnetron คือการปรับปรุงอัตราการขึ้นรูปฟิล์มบนพื้นฐานของการสเปรย์เคลือบสถานประกอบการและสนามไฟฟ้าสนามแม่เหล็กตั้งฉากในพื้นผิวของเป้าหมายก๊าซไอออนไนซ์อัตราอาร์กอน 0.5% เพิ่มขึ้นจาก 0.3% เป็น 5% 6% เพื่อที่จะ สามารถแก้ปัญหาของอัตราการเคลือบผิวสปัตเตอร์ต่ำหนึ่งในวิธีการหลักคืออุตสาหกรรมเคลือบแม่นยำ วัสดุคาโทโธโพแทสเซียม Magnetron สามารถเตรียมได้จากวัสดุหลากหลายประเภทโลหะผสมโลหะผสมและเซรามิคทั้งหมดสามารถจัดทำเป็นชิ้นงานได้ เคลือบแม็กเน็ทเทอร์มิเนตเหมาะสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากอัตราการเคลือบฟิล์มและฟิล์มขนาดกะทัดรัดและการยึดติดกับพื้นผิวได้ดีภายใต้ผลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามไฟฟ้าตามแนวตั้ง

กระบวนการของ magnetron sputtering

ในกระบวนการสปัตเตอร์ magnetron กระบวนการเฉพาะมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานของฟิล์มและขั้นตอนหลักมีดังนี้:

(l) การทำความสะอาดพื้นผิวส่วนใหญ่โดยการอบไอน้ำด้วยแอลกอฮอล์ isopropyl ตามด้วยการอบแห้งอย่างรวดเร็วหลังจากแช่สารตั้งต้นด้วยเอทานอลและอะซิโตนเพื่อขจัดคราบน้ำมันบนพื้นผิว

(2) สูญญากาศ ต้องควบคุมสูญญากาศเหนือ 2 * 10 ^-4 Pa เพื่อให้แน่ใจว่าฟิล์มมีความบริสุทธิ์

(3) การทำความร้อนเพื่อลบพื้นผิวของพื้นผิวความชื้นเพิ่มความแข็งแรงการยึดเกาะของฟิล์มและพื้นผิวที่ต้องการพื้นผิวความร้อนอุณหภูมิมักจะเลือกระหว่าง 150 ℃ ~ 150 ℃ ;

(4) ความดันส่วนอาร์กอนโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0.01 lPa เพื่อให้เป็นไปตามสภาพความดันของการปล่อยก๊าซเรืองแสง

(5) การตรวจสอบเบื้องต้น การนำแผ่นฟิล์มออกไซด์ไปวางบนพื้นผิวของวัสดุเป้าหมายโดยการทิ้งไอออนเพื่อไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพของฟิล์ม

(6) การสปัตเตอร์ ไอออนบวกที่เกิดขึ้นจากอาร์กอนอิออนสามารถภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กฉากและสนามไฟฟ้า bombard วัตถุเป้าหมายที่ความเร็วสูงทำให้อนุภาคเป้าหมายที่ปล่อยออกมาโดยการสปัตเตอร์ไปถึงพื้นผิวของพื้นผิวและฝากลงในฟิล์ม

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของแผ่นฟิล์มและพื้นผิวจะแตกต่างกันและแรงยึดเกาะมีขนาดเล็ก การแพร่กระจายของฟิล์มและอะตอมของสารตั้งต้นระหว่างการหลอมจะช่วยเพิ่มการยึดเกาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. การพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบด้วย magnetron sputtering coating

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการพัฒนาเทคโนโลยีสเตทเทอร์มิสเตอร์ magnetron มีความรวดเร็วมาก วิธีการทั่วไป ได้แก่ magnetron sputtering สมดุล magnetron sputtering ปฏิกิริยา magnetron magnetron ความถี่ปานกลางและพลังงานสูงชีพจร magnetron สปัตเตอร์

การสปัตเตอร์ magnetron แบบสมดุล: เทคนิคการถ่วง magnetron แบบดั้งเดิมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการวางแม่เหล็กถาวรหรือขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าหลังเป้าหมายซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับทิศทางของสนามไฟฟ้าบนพื้นผิวของเป้าหมาย ในไอออนไนซ์แก๊สอาร์กอนภายใต้ความกดดันสูงเป็นพลาสม่า, Ar + ไอออนโดยการเร่งสนามไฟฟ้า bombaging วัสดุแคโทโอ, อิเล็กตรอนรองเป็นสปัตเตอร์วัสดุเป้าหมายและอิเล็กตรอนในบทบาทของสนามไฟฟ้าตั้งฉากและสนามแม่เหล็ก, ผูกพันที่ขั้วลบใกล้ พื้นผิวของวัสดุเป้าหมายเพิ่มความเสี่ยงต่อการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนกับก๊าซซึ่งจะเพิ่มอัตราการเกิดไอออนไนซ์ของแก๊สอาร์กอนทำให้แก๊สอาร์กอนสามารถรักษาปริมาณการปล่อยก๊าซภายใต้แก๊สต่ำด้วยเช่นกันดังนั้น magnetron sputtering จึงลดความดันก๊าซสปัทเทอร์ ประสิทธิภาพของอัตราสปัตเตอร์และการสะสม อย่างไรก็ตามมีข้อเสียของการสปัตเตอร์ magnetron แบบเดิม ตัวอย่างเช่นทั้งอิเล็กตรอนที่เกิดจากการปล่อยแรงดันต่ำและอิเล็กตรอนตัวที่สองที่ปล่อยออกมาโดยการสปัตเตอร์จะถูกผูกไว้กับพื้นที่รอบ ๆ ผิวเป้าหมายประมาณ 60 มม. เพื่อให้ชิ้นงานสามารถวางได้ภายในช่วง 50 มม. และ 100 mm บนพื้นผิวเป้าหมาย เช่นช่วงของการเคลือบผิวขนาดเล็ก จำกัด ขนาดของชิ้นงานที่จะชุบ

magnetron sputtering ปฏิกิริยา: ด้วยการพัฒนาวิศวกรรมพื้นผิวฟิล์มชนิดผสมบางชนิดมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น ฟิล์มคอมโพสิตสามารถเตรียมได้โดยการสปัตเตอร์กับเป้าหมายที่ทำจากวัสดุผสมโดยตรงหรือโดยแก๊สปฏิกิริยาเมื่อสปัตเตอร์กับเป้าหมายโลหะหรืออัลลอยด์ หลังถูกเรียกว่า magnetron sputtering ปฏิกิริยา โดยทั่วไปจะง่ายต่อการได้รับฟิล์มสารประกอบที่มีคุณภาพสูงโดยการใช้โลหะบริสุทธิ์เป็นเป้าหมายและปฏิกิริยาของแก๊ส

M edium frequency magnetron sputtering: วิธีการเคลือบนี้จะเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟของ magnetron sputtering จาก DC แบบดั้งเดิมไปเป็นแหล่งจ่ายไฟ AC ความถี่ปานกลางในกระบวนการสปัตเตอร์เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้โดยระบบอยู่ในวงจรครึ่งทางด้านลบของกระแสสลับปัจจุบันวัสดุเป้าหมาย เป็น bombarded และ sputter โดยประจุบวกในขณะที่ในครึ่งรอบบวกพื้นผิวของวัตถุเป้าหมายถูก bombarded และ sputter โดยอิเล็กตรอนในพลาสม่าและในเวลาเดียวกันบวกประจุบวกบนพื้นผิวของวัสดุเป้าหมายเป็นกลาง และปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งของ arc จะถูกระงับหากความถี่ของ magnetron sputtering power source โดยปกติอยู่ระหว่าง 10 ถึง 80 kHz ความถี่สูงเวลาการเร่งความเร็วของไอออนบวกสั้น ๆ พลังงานจะต่ำเมื่อกดปุ่มเป้าหมายและการสปัตเตอร์ อัตราการสะสมจะลดลงตามลำดับระบบความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าความถี่วิทยุ (magnetron sputtering system) โดยทั่วไปมีสองเป้าหมายซึ่งผลัดกันเป็นขั้วลบและขั้วบวกเป็นระยะ ๆ นอกจากนี้ยังช่วยลดปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งด้วย

การสปัตเตอร์ magnetron แบบพัลส์พลังงานสูงเป็นครั้งแรกนับตั้งแต่นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนใช้ชีพจรพลังงานสูงเป็นโหมดจ่ายพลังงานแบบ magnetron และการสะสมฟิล์ม Cu ซึ่งเป็น HPPMS เนื่องจากมีอัตราการเกิดไอออไนซ์สูงขึ้นเมื่อไม่กี่ปีมานี้พลังงานสูงชีพจร เทคโนโลยีการสปัตเตอร์ magnetron คือการใช้พลังงานสูงสุดของพัลส์ชีพจรและอัตราการเต้นของชีพจรต่ำทำให้เกิดอัตราการสึกกร่อนของไอออนไนเซอร์สูงของเทคโนโลยีการสปัตเตท magnetron เนื่องจากระยะเวลาชีพจรสั้น ๆ ค่าเฉลี่ยกำลังไฟฟ้าไม่สูงแคโทดนี้ไม่ร้อนจัดและเพิ่ม ความต้องการในการระบายความร้อนเป้าหมายพลังงานสูงสุดของมันคือ 100 เท่าของการสปัตเตอร์ magnetron สามัญซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับ 1000-3000w / cm2 ความหนาแน่นของพลาสม่าจะสูงถึง 1018m-3 ตามลำดับ อัตราการเกิดไอออไนซ์ของวัสดุสปัตเตอร์มีค่าสูงมากและการเพิ่มขึ้นของสเปเซอร์สามารถลดได้ถึง 70%

3. การ ประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเคลือบด้วย magnetron sputtering coating

เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยแม่เหล็กแม็กเน็ทรอนจะใช้สำหรับการเคลือบฟิล์มโลหะหรือสารประกอบบางชนิดที่ทำจากพลาสติกเซรามิคแก้วซิลิคอนและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะและเซรามิกที่สดใสสวยงามและประหยัด เทคโนโลยีการทำภาพตกแต่งโคมไฟเฟอร์นิเจอร์ของเล่นศิลปะหัตถกรรมการตกแต่งและทุ่งแห่งชีวิตอื่น ๆ มักใช้วิธีการสตราด magnetron magnetron ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมการป้องกันภาพยนตร์ผลิตภัณฑ์แสงสื่อบันทึกข้อมูลแบบแม่เหล็กแผงวงจร , ฟิล์มป้องกันความชื้นและซึมผ่านฟิล์มทนต่อการสึกหรอทนต่อสนิมและทนต่อการกัดกร่อน

การทุบตีแม็กเน็ทเตอร์ไม่ได้ใช้เฉพาะในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และสาขาอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังขยายไปถึงวัสดุสิ้นเปลืองจำนวนมากในแต่ละวันซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการจัดทำฟิล์มบางที่ยากด้วยการสะสมไอเคมี เทคโนโลยีการสเต็ปเทอร์ Magnetron ถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายปีในการจัดทำบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และแผ่นฟิล์มบางเฉียบโดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคโนโลยีการสปัตเตอริง magnetron ขั้นสูงที่ไม่เท่ากันขั้นสูงยังมีการนำมาใช้กับฟิล์มบางและแก้วที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า แก้วนำไฟฟ้าใสใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันเช่นอุปกรณ์แสดงผลโทรทัศน์คอมพิวเตอร์ไมโครเวฟคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและอุปกรณ์ป้องกันคลื่นวิทยุและอุปกรณ์เซลล์สุริยะเป็นต้น นอกจากนี้เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วย magnetron magnetron ยังมีบทบาทสำคัญในหน่วยความจำออพติคอล นอกจากนี้เทคโนโลยีนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิล์มฟิล์มชนิดพื้นผิวฟิล์มหล่อลื่นฟิล์มฟิล์มพิเศษและอื่น ๆ

นอกเหนือไปจากช่องด้านบนที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายแล้วเทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วย magnetron sputtering ยังมีบทบาทสำคัญในการวิจัยเกี่ยวกับฟิล์มบางชนิดที่มีอุณหภูมิสูงฟิล์มตัวนำยิ่งยวดฟิล์มบาง ๆ ที่เหนี่ยวนำ magnetoresistive บางส่วนฟิล์มเฟรชโรเลตและฟิล์มเรืองแสง ฟิล์มและเซลล์แสงอาทิตย์

4. ข้อสรุป

เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยแม็กเน็ทรอนได้กลายเป็นเทคนิคหลักในการเตรียมฟิล์มบาง ๆ เนื่องจากข้อได้เปรียบที่โดดเด่น การสปัตเตอริง magnetron ไม่สมดุลช่วยเพิ่มการกระจายตัวของพลาสม่าและคุณภาพของฟิล์ม การพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยคลื่นความถี่ปานกลางได้เอาชนะปรากฏการณ์ที่โดดเด่นในกระบวนการสปัตเตอร์แบบปฏิกิริยาลดข้อบกพร่องที่มีโครงสร้างของฟิล์มและทำให้อัตราการเคลือบฟิล์มเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ การสปัตเตอร์ความเร็วสูงและเทคโนโลยีการสปัตเตอร์ magnetron ชีพจรพลังงานสูงเปิดช่องการวิจัยใหม่สำหรับการฉีดพ่นฟิล์ม ในการศึกษาในอนาคตเทคโนโลยีการสปัตเตอร์ใหม่เพื่อส่งเสริมในด้านของชีวิตการรวมกันของเทคโนโลยีการสะสม magnetron sputtering และคอมพิวเตอร์จะกลายเป็นหัวข้อการวิจัยร้อนโดยใช้คอมพิวเตอร์จำลองของการเคลือบเมื่อสนามแม่เหล็กสนามไฟฟ้าเขตข้อมูลอุณหภูมิ, และการกระจายของพลาสม่าจะเสนอเทคโนโลยีการเคลือบผิวสำหรับการพัฒนาของการขยายตัวของพื้นที่ขนาดใหญ่ส่งเสริมเทคโนโลยีการเคลือบ magnetron sputtering เพื่อการเปลี่ยนแปลงของเขตอุตสาหกรรมและการดำรงชีวิต