No.1 Suuritehoisen pulssimagnetronin sputteroinnin periaate
Suuritehoisessa pulssimagnetronisputterointitekniikassa käytetään suurta huippupulssitehoa (2-3 suuruusluokkaa suurempi kuin perinteinen magnetronisputterointi) ja alhaista pulssikäyttöjaksoa (0,5–10 %) korkean metallin dissosiaationopeuden (> 50 %) saavuttamiseksi. on johdettu magnetronin sputterointiominaisuuksista, kuten kuvassa 1 on esitetty, jossa huipputavoitevirran tiheys I on verrannollinen purkausjännitteen U eksponentiaaliseen n:teen tehoon, I = kUn (n on katodirakenteeseen, magneettikenttään liittyvä vakio ja materiaali).Pienemmillä tehotiheyksillä (matala jännite) n-arvo on yleensä välillä 5 - 15;purkausjännitteen kasvaessa virrantiheys ja tehotiheys kasvavat nopeasti ja korkealla jännitteellä n-arvoksi tulee 1 johtuen magneettikentän rajauksen häviämisestä.Pienillä tehotiheyksillä kaasupurkauksen määräävät kaasuionit, jotka ovat normaalissa pulssipurkaustilassa;jos suurilla tehotiheyksillä metalli-ionien osuus plasmassa kasvaa ja jotkin materiaalit siirtyvät eli itsesputteroituvassa tilassa, eli plasmaa ylläpitää sputteroitujen neutraalien hiukkasten ja sekundääristen metalli-ionien ja inerttien kaasuatomien ionisaatio kuten Ar, käytetään vain plasman sytyttämiseen, minkä jälkeen sputteroidut metallihiukkaset ionisoidaan lähellä kohdetta ja kiihdytetään takaisin pommittamaan sputteroitua kohdetta magneetti- ja sähkökenttien vaikutuksesta korkean virranpurkauksen ylläpitämiseksi, ja plasma on erittäin korkea. ionisoidut metallihiukkaset.Kohteeseen kohdistuvan lämpövaikutuksen sputterointiprosessista johtuen kohteen vakaan toiminnan varmistamiseksi teollisissa sovelluksissa suoraan kohteeseen kohdistettu tehotiheys ei voi olla liian suuri, yleensä suora vesijäähdytys ja kohdemateriaalin lämmönjohtavuus pitäisi olla, jos virrankulutus on alle 25 W / cm2, epäsuora vesijäähdytys, kohdemateriaalin lämmönjohtavuus on huono, lämpöjännityksen aiheuttaman pirstoutumisen aiheuttama kohdemateriaali tai kohdemateriaali sisältää vähän haihtuvia metalliseoskomponentteja ja muissa tapauksissa tehotiheys voi olla vain 2 ~ 15 W / cm2 alle, paljon alle korkean tehotiheyden vaatimukset.Kohteen ylikuumenemisongelma voidaan ratkaista käyttämällä erittäin kapeita suuritehoisia pulsseja.Anders määrittelee suurtehoisen pulssimagnetronisputteroinnin eräänlaiseksi pulssiruiskutukseksi, jossa huipputehotiheys ylittää keskimääräisen tehotiheyden 2-3 suuruusluokkaa ja kohde-ionisputterointi hallitsee sputterointiprosessia ja kohdesputterointiatomit ovat erittäin dissosioituneita. .
No.2 Suuritehoisen pulssimagnetronin sputterointipinnoitteen ominaisuudet
Suuritehoinen pulssimagnetronisputterointi voi tuottaa plasmaa, jolla on korkea dissosiaationopeus ja korkea ionienergia, ja se voi kohdistaa bias-painetta nopeuttaakseen varautuneita ioneja, ja pinnoitepinnoitusprosessia pommittavat korkeaenergiset hiukkaset, mikä on tyypillinen IPVD-tekniikka.Ionienergialla ja jakautumisella on erittäin tärkeä vaikutus pinnoitteen laatuun ja suorituskykyyn.
IPVD:stä, joka perustuu kuuluisaan Thorton-rakennealuemalliin, Anders ehdotti rakennealuemallia, joka sisältää plasmapinnoituksen ja ionien syövytyksen, laajensi pinnoitteen rakenteen ja lämpötilan ja ilmanpaineen välistä suhdetta Thortonin rakennealuemallissa pinnoitteen rakenteen väliseen suhteeseen. lämpötila ja ionienergia, kuten kuvassa 2. Matalaenergiaisen ionipinnoituspinnoitteen tapauksessa pinnoiterakenne on Thortonin rakennevyöhykemallin mukainen.Saostuslämpötilan noustessa siirtyminen alueelta 1 (löysät huokoiset kuitukiteet) alueeseen T (tiheät kuitukiteet), alueeseen 2 (pylväskiteet) ja alueeseen 3 (uudelleenkiteytysalue);kerrostumisionienergian kasvaessa siirtymälämpötila alueelta 1 alueelta T, alueelta 2 ja alueelta 3 laskee.Suuritiheyksiset kuitukiteet ja pylväskiteet voidaan valmistaa alhaisessa lämpötilassa.Kun kerrostuneiden ionien energia kasvaa luokkaan 1-10 eV, tehostuu ionien pommittaminen ja syövytys kerrostetun pinnoitteen pinnalle ja pinnoitteiden paksuus kasvaa.
Nro 3 Kovan pinnoitekerroksen valmistus suuritehoisella pulssimagnetronisputterointitekniikalla
Suuritehoisella pulssimagnetronisputterointitekniikalla valmistettu pinnoite on tiheämpi, sillä on paremmat mekaaniset ominaisuudet ja korkea lämpötilastabiilisuus.Kuten kuvassa 3 näkyy, tavanomainen magnetronisputteroitu TiAlN-pinnoite on pylväsmäinen kiderakenne, jonka kovuus on 30 GPa ja Youngin moduuli 460 GPa;HIPIMS-TiAlN-pinnoitteen kovuus on 34 GPa, kun taas Youngin moduuli on 377 GPa;kovuuden ja Youngin moduulin välinen suhde on pinnoitteen sitkeyden mitta.Korkeampi kovuus ja pienempi Youngin moduuli tarkoittavat parempaa sitkeyttä.HIPIMS-TiAlN-pinnoitteella on parempi korkeiden lämpötilojen stabiilius, ja AlN-heksagonaalinen faasi saostuu tavanomaiseen TiAlN-pinnoitteeseen korkean lämpötilan hehkutuskäsittelyn jälkeen 1000 °C:ssa 4 tunnin ajan.Pinnoitteen kovuus laskee korkeassa lämpötilassa, kun taas HIPIMS-TiAlN-pinnoite pysyy muuttumattomana lämpökäsittelyn jälkeen samassa lämpötilassa ja samassa ajassa.HIPIMS-TiAlN-pinnoitteella on myös korkeampi lämpötilan hapettumisen alkamislämpötila kuin perinteisellä pinnoitteella.Siksi HIPIMS-TiAlN-pinnoite näyttää paljon paremman suorituskyvyn nopeissa leikkaustyökaluissa kuin muut pinnoitetut työkalut, jotka on valmistettu PVD-prosessilla.
Postitusaika: 08.11.2022