Νο. 1 Αρχή παλμικής διασκορπισμού μαγνητρονίων υψηλής ισχύος
Η τεχνική παλμικής διασκορπισμού μαγνητρόν υψηλής ισχύος χρησιμοποιεί υψηλή ισχύ παλμού αιχμής (2-3 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από τη συμβατική διασκορπισμό μαγνητρονίου) και κύκλο λειτουργίας χαμηλού παλμού (0,5%-10%) για να επιτύχει υψηλούς ρυθμούς διάστασης μετάλλων (>50%), οι οποίοι προέρχεται από τα χαρακτηριστικά εκτόξευσης μαγνητρονίων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1, όπου η μέγιστη πυκνότητα στόχου ρεύματος I είναι ανάλογη με την εκθετική νη ισχύ της τάσης εκφόρτισης U, I = kUn (n είναι μια σταθερά που σχετίζεται με τη δομή της καθόδου, το μαγνητικό πεδίο και υλικό).Σε χαμηλότερες πυκνότητες ισχύος (χαμηλή τάση) η τιμή n είναι συνήθως στην περιοχή από 5 έως 15.με την αυξανόμενη τάση εκφόρτισης, η πυκνότητα ρεύματος και η πυκνότητα ισχύος αυξάνονται γρήγορα και στην υψηλή τάση η τιμή n γίνεται 1 λόγω της απώλειας του περιορισμού του μαγνητικού πεδίου.Εάν σε χαμηλή πυκνότητα ισχύος, η εκκένωση αερίου προσδιορίζεται από ιόντα αερίων που βρίσκονται στην κανονική λειτουργία παλμικής εκφόρτισης.εάν σε υψηλές πυκνότητες ισχύος, η αναλογία των μεταλλικών ιόντων στο πλάσμα αυξάνεται και ορισμένα υλικά αλλάζουν, δηλαδή σε λειτουργία αυτοδιασκορπισμού, δηλ. Το πλάσμα διατηρείται από τον ιονισμό διασκορπισμένων ουδέτερων σωματιδίων και δευτερογενών μεταλλικών ιόντων και ατόμων αδρανούς αερίου όπως το Ar χρησιμοποιούνται μόνο για την ανάφλεξη του πλάσματος, μετά την οποία τα σωματίδια μετάλλου που διασκορπίζονται ιονίζονται κοντά στον στόχο και επιταχύνονται για να βομβαρδίσουν τον διασκορπισμένο στόχο υπό τη δράση μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων για να διατηρηθεί η εκφόρτιση υψηλού ρεύματος και το πλάσμα είναι πολύ σωματίδια ιονισμένου μετάλλου.Λόγω της διαδικασίας εκτόξευσης της επίδρασης θέρμανσης στον στόχο, προκειμένου να διασφαλιστεί η σταθερή λειτουργία του στόχου σε βιομηχανικές εφαρμογές, η πυκνότητα ισχύος που εφαρμόζεται απευθείας στον στόχο δεν μπορεί να είναι πολύ μεγάλη, γενικά άμεση ψύξη νερού και θερμική αγωγιμότητα υλικού στόχου θα πρέπει να είναι στην περίπτωση 25 W / cm2 κάτω, έμμεση ψύξη νερού, η θερμική αγωγιμότητα του υλικού στόχου είναι κακή, το υλικό στόχου που προκαλείται από κατακερματισμό λόγω θερμικής καταπόνησης ή το υλικό στόχος περιέχει συστατικά χαμηλών πτητικών κραμάτων και άλλες περιπτώσεις πυκνότητας ισχύος μπορεί να είναι 2 ~ 15 W / cm2 κάτω, πολύ κάτω από τις απαιτήσεις υψηλής πυκνότητας ισχύος.Το πρόβλημα της υπερθέρμανσης του στόχου μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας πολύ στενούς παλμούς υψηλής ισχύος.Ο Anders ορίζει την υψηλής ισχύος παλμική επιμετάλλωση μαγνητρονίων ως ένα είδος παλμικής διασκορπισμού όπου η πυκνότητα κορυφαίας ισχύος υπερβαίνει τη μέση πυκνότητα ισχύος κατά 2 έως 3 τάξεις μεγέθους και η επιμετάλλωση ιόντων στόχου κυριαρχεί στη διαδικασία επιμετάλλωσης και τα άτομα στοχευόμενου sputtering είναι πολύ διασπαρμένα .
No.2 Τα χαρακτηριστικά της υψηλής ισχύος παλμικής εναπόθεσης επίστρωσης με μάγνητρο
Η παλμική διασκορπισμός μαγνητρονίων υψηλής ισχύος μπορεί να παράγει πλάσμα με υψηλό ρυθμό διάστασης και υψηλή ενέργεια ιόντων και μπορεί να ασκήσει πίεση μεροληψίας για να επιταχύνει τα φορτισμένα ιόντα και η διαδικασία εναπόθεσης επικάλυψης βομβαρδίζεται από σωματίδια υψηλής ενέργειας, που είναι μια τυπική τεχνολογία IPVD.Η ενέργεια και η διανομή ιόντων έχουν πολύ σημαντικό αντίκτυπο στην ποιότητα και την απόδοση της επίστρωσης.
Σχετικά με το IPVD, με βάση το διάσημο μοντέλο δομικής περιοχής Thorton, ο Anders πρότεινε ένα μοντέλο δομικής περιοχής που περιλαμβάνει εναπόθεση πλάσματος και χάραξη ιόντων, επέκτεινε τη σχέση μεταξύ δομής επίστρωσης και θερμοκρασίας και πίεσης αέρα στο μοντέλο δομικής περιοχής Thorton στη σχέση μεταξύ της δομής επίστρωσης. θερμοκρασία και ενέργεια ιόντων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 2. Στην περίπτωση επικάλυψης απόθεσης ιόντων χαμηλής ενέργειας, η δομή επικάλυψης συμμορφώνεται με το μοντέλο ζώνης δομής Thorton.Με την αύξηση της θερμοκρασίας εναπόθεσης, η μετάβαση από την περιοχή 1 (χαλαρή πορώδης ίνα κρύσταλλοι) στην περιοχή T (πυκνοί κρύσταλλοι ινών), την περιοχή 2 (στήλες κρύσταλλοι) και την περιοχή 3 (περιοχή ανακρυστάλλωσης).Με την αύξηση της ενέργειας ιόντων εναπόθεσης, η θερμοκρασία μετάβασης από την περιοχή 1 στην περιοχή Τ, την περιοχή 2 και την περιοχή 3 μειώνεται.Οι κρύσταλλοι ινών υψηλής πυκνότητας και οι στηλώδεις κρύσταλλοι μπορούν να παρασκευαστούν σε χαμηλή θερμοκρασία.Όταν η ενέργεια των εναποτιθέμενων ιόντων αυξάνεται στην τάξη των 1-10 eV, ο βομβαρδισμός και η χάραξη των ιόντων στην επιφάνεια των εναποτιθέμενων επικαλύψεων ενισχύεται και το πάχος των επικαλύψεων αυξάνεται.
Νο. 3 Προετοιμασία στρώματος σκληρής επίστρωσης με τεχνολογία ψεκασμού παλμικού μαγνητρονίου υψηλής ισχύος
Η επίστρωση που παρασκευάζεται με την τεχνολογία παλμικής ψεκασμού μαγνητρόν υψηλής ισχύος είναι πιο πυκνή, με καλύτερες μηχανικές ιδιότητες και σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες.Όπως φαίνεται στην Εικόνα 3, η συμβατική επίστρωση TiAlN με διασκορπισμό με μαγνητρόνιο είναι μια δομή κρυστάλλου στήλης με σκληρότητα 30 GPa και συντελεστή Young 460 GPa.Η επίστρωση HIPIMS-TiAlN έχει σκληρότητα 34 GPa ενώ ο συντελεστής του Young είναι 377 GPa.η αναλογία μεταξύ σκληρότητας και συντελεστή Young είναι ένα μέτρο της σκληρότητας της επίστρωσης.Υψηλότερη σκληρότητα και μικρότερος συντελεστής Young σημαίνει καλύτερη σκληρότητα.Η επίστρωση HIPIMS-TiAlN έχει καλύτερη σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, με την εξαγωνική φάση AlN να κατακρημνίζεται στη συμβατική επίστρωση TiAlN μετά από επεξεργασία ανόπτησης σε υψηλή θερμοκρασία στους 1.000 °C για 4 ώρες.Η σκληρότητα της επίστρωσης μειώνεται σε υψηλή θερμοκρασία, ενώ η επίστρωση HIPIMS-TiAlN παραμένει αμετάβλητη μετά τη θερμική επεξεργασία στην ίδια θερμοκρασία και χρόνο.Η επίστρωση HIPIMS-TiAlN έχει επίσης υψηλότερη θερμοκρασία έναρξης οξείδωσης υψηλής θερμοκρασίας από τη συμβατική επίστρωση.Ως εκ τούτου, η επίστρωση HIPIMS-TiAlN παρουσιάζει πολύ καλύτερη απόδοση σε εργαλεία κοπής υψηλής ταχύτητας από άλλα επικαλυμμένα εργαλεία που παρασκευάζονται με τη διαδικασία PVD.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-08-2022