HiPIMS 기술 소개

고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링의 No.1 원리
고전력 펄스 마그네트론 스퍼터링 기술은 높은 피크 펄스 전력(기존 마그네트론 스퍼터링보다 2-3배 더 높음)과 낮은 펄스 듀티 사이클(0.5%-10%)을 사용하여 높은 금속 해리율(>50%)을 달성합니다. 그림 1과 같이 마그네트론 스퍼터링 특성에서 파생됩니다. 여기서 피크 타겟 전류 밀도 I는 방전 전압 U의 지수 n승에 비례합니다. I = kUn(n은 음극 구조, 자기장과 관련된 상수입니다. 및 재료).더 낮은 전력 밀도(낮은 전압)에서 n 값은 일반적으로 5~15 범위입니다.방전 전압이 증가함에 따라 전류 밀도와 전력 밀도가 급격히 증가하고 고전압에서는 자기장 구속 손실로 인해 n 값이 1이 됩니다.전력 밀도가 낮은 경우 가스 방전은 일반 펄스 방전 모드에 있는 가스 이온에 의해 결정됩니다.높은 전력 밀도에서 플라즈마의 금속 이온 비율이 증가하고 일부 재료가 전환되는 경우, 즉 자체 스퍼터링 모드에 있습니다. 즉, 플라즈마는 스퍼터링된 중성 입자와 2차 금속 이온 및 불활성 가스 원자의 이온화에 의해 유지됩니다. Ar과 같은 플라즈마는 플라즈마를 점화하는 데만 사용되며, 그 후 스퍼터링된 금속 입자는 타겟 근처에서 이온화되고 고전류 방전을 유지하기 위해 자기장 및 전기장의 작용하에 스퍼터링된 타겟을 폭격하기 위해 다시 가속되며 플라즈마는 매우 높습니다. 이온화된 금속 입자.타겟에 대한 가열 효과의 스퍼터링 프로세스로 인해 산업 응용 분야에서 타겟의 안정적인 작동을 보장하기 위해 타겟에 직접 적용되는 전력 밀도가 너무 클 수 없으며 일반적으로 직접 수냉 및 타겟 재료 열전도율 25 W/cm2 이하인 경우, 간접수냉, 타겟재의 열전도율이 좋지 않은 경우, 열응력에 의한 타겟재의 파편화 또는 타겟재의 휘발성이 낮은 합금 성분이 포함된 타겟재 등의 경우 전력밀도가 낮을 ​​수 밖에 없다. 2 ~ 15 W / cm2 이하로 고전력 밀도 요구 사항보다 훨씬 낮습니다.대상 과열 문제는 매우 좁은 고전력 펄스를 사용하여 해결할 수 있습니다.Anders는 고전력 펄스 마그네트론 스퍼터링을 피크 전력 밀도가 평균 전력 밀도를 2~3배 초과하는 일종의 펄스 스퍼터링으로 정의하고 타겟 이온 스퍼터링이 스퍼터링 프로세스를 지배하고 타겟 스퍼터링 원자가 고도로 해리됩니다. .

No.2 고전력 펄스 마그네트론 스퍼터링 코팅 증착의 특성

고전력 펄스 마그네트론 스퍼터링은 높은 해리 속도와 높은 이온 에너지로 플라즈마를 생성할 수 있으며 바이어스 압력을 적용하여 하전된 이온을 가속할 수 있으며 코팅 증착 공정은 전형적인 IPVD 기술인 고에너지 입자에 의해 충격을 받습니다.이온 에너지와 분포는 코팅 품질과 성능에 매우 중요한 영향을 미칩니다.
유명한 Thorton 구조 영역 모델을 기반으로 IPVD에 대해 Anders는 플라즈마 증착 및 이온 에칭을 포함하는 구조 영역 모델을 제안하고 Thorton 구조 영역 모델의 코팅 구조와 온도 및 기압 간의 관계를 코팅 구조 간의 관계로 확장했습니다. 그림 2와 같이 온도 및 이온 에너지. 저에너지 이온 증착 코팅의 경우 코팅 구조는 Thorton 구조 구역 모델을 따릅니다.증착 온도가 증가함에 따라 영역 1(느슨한 다공성 섬유 결정)에서 영역 T(조밀한 섬유 결정), 영역 2(주상 결정) 및 영역 3(재결정화 영역)으로의 전이;증착 이온 에너지가 증가함에 따라 영역 1에서 영역 T, 영역 2 및 영역 3으로의 전이 온도가 감소합니다.고밀도 섬유 결정 및 주상 결정은 저온에서 제조할 수 있습니다.증착된 이온의 에너지가 1-10 eV 정도로 증가하면 증착된 코팅 표면에 대한 이온의 충돌 및 에칭이 향상되고 코팅의 두께가 증가합니다.

No.3 고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링 기술에 의한 하드코팅층 제조
고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링 기술로 준비된 코팅은 밀도가 높고 기계적 특성과 고온 안정성이 우수합니다.그림 3에서 볼 수 있듯이 기존의 마그네트론 스퍼터링 TiAlN 코팅은 경도가 30GPa이고 영률이 460GPa인 주상 결정 구조입니다.HIPIMS-TiAlN 코팅의 경도는 34GPa이고 영률은 377GPa입니다.경도와 영률 사이의 비율은 코팅의 인성의 척도입니다.더 높은 경도와 더 작은 영률은 더 나은 인성을 의미합니다.HIPIMS-TiAlN 코팅은 1,000°C에서 4시간 동안 고온 어닐링 처리한 후 기존 TiAlN 코팅에 침전된 AlN 육각형 상으로 고온 안정성이 더 우수합니다.코팅의 경도는 고온에서 감소하는 반면 HIPIMS-TiAlN 코팅은 동일한 온도 및 시간에서 열처리 후에도 변경되지 않습니다.HIPIMS-TiAlN 코팅은 또한 기존 코팅보다 고온 산화 개시 온도가 더 높습니다.따라서 HIPIMS-TiAlN 코팅은 PVD 공정으로 제조된 다른 코팅된 공구보다 고속 절삭 공구에서 훨씬 우수한 성능을 나타냅니다.