High Power Impulse Magnetron Sputtering

Mikil sprautun með miklum krafti (HIPIMS eða HiPIMS, einnig þekktur sem háspennuljós sprauta, HPPMS) er aðferð við líkamlega gufuútfellingu þunntra kvikmynda sem byggist á úthreinsun magnetron sputter. HIPIMS notar mjög mikla orkuþéttleika í röðinni kW ∙ cm ^-2 í stuttum púlsum (tíðni) tugum smás sekúndna við lítilli vinnsluhraða (á / frá tímahlutfalli) <> Greiningarmöguleikar HIPIMS eru miklar jónunar á sputtered málmi og hátt hlutfall af sameinda gas dissociation sem leiða til mikillar þéttleika afhentra kvikmynda. Jónunar- og dissociation gráðu eykst í samræmi við hámarksbakkaorku. Takmarkanirnar eru ákvörðuð af umskipti losunarinnar frá ljóma til boga. Hámarksstyrkur og skylda hringrás eru valdir þannig að meðaltali bakskautsstyrkur sé í samræmi við hefðbundna sprautun (1-10 W ∙ cm ^-2 ).

HIPIMS er notað fyrir:

●   viðloðun efla formeðhöndlun á hvarfefninu áður en húðun fer fram

●   afhendingu þunnra kvikmynda með mikla þéttleika örvera

HIPIMS útblástur í plasma

HIPIMS plasma er myndað með ljómaútskrift þar sem útblástursþéttleiki getur náð nokkrum A ∙ cm ^-2 , en útblásturspennan er haldið við nokkur hundruð volt. Útblásturinn er einsleitur dreifður yfir yfirborðið á bakskautinu (miða) en umfram ákveðna þröskuld núverandi þéttleika verður það þéttur í þröngum jónunarhleypum sem hreyfa sig á leið sem kallast veðrunarsvæði "akstursbraut".

HIPIMS býr til háþéttniplasma í röð 1013 jónir ∙ cm ^{-3 sem} innihalda háa brot af málmjónarjónum. Helstu jónunarbúnaðurinn er rafeindastyrkur, sem er jafnvægi með hleðsluskipti, dreifingu og útblástur í blóði í blysum. Jónunarhraði fer eftir plasmaþéttni.

Jónunarhæð málmgufsins er sterkur virkni hámarksstyrkþéttni losunarinnar. Við mikla straumþéttleika er hægt að mynda sputtered jónir með hleðslu 2+ og hærri - allt að 5+ fyrir V -. Útlit markjóna með hleðslustöðum sem eru hærri en 1+ er ábyrgur fyrir hugsanlegri efnafræðilegri losunarferli sem hefur hærri losunarstuðul en útblástur hreyfitegunda sem finnast í hefðbundnum glóðu losun. Uppbygging hugsanlegrar rafeindaútblásturs getur aukið núverandi losun.

HIPIMS er venjulega starfrækt í stuttum púlsstuðul (low impulsing) ham með litla vinnsluhring til að koma í veg fyrir ofhitnun miðilsins og annarra kerfishluta. Í hverjum púls fer útskriftin í gegnum nokkur stig:

●   rafmagns sundurliðun

●   gasplasma

●   málmplasma

●   stöðug ástand, sem hægt er að ná ef málmplasma er þétt nóg til að ráða í raun yfir gasplasma.

Neikvæð spenna (spenna) sem beitt er á hvarfefni hefur áhrif á orku og hreyfingarstefnu jákvæðra hlaðinna agna sem högg undirlagið. The á-burt hringrás hefur tíma á röð millisekúndur. Vegna þess að vöktunarhringurinn er lítill (<10%), er="" aðeins="" lágt="" meðaltal="" bakskautsstyrkur="" (1-10=""> Markmiðið getur kólnað á meðan á "slökkt" stendur og viðhalda stöðugleika vinnslu.

Losunin sem heldur HIPIMS er háhraða glóandi útskrift, sem er tímabundið eða kvaðst. Hver púls er glóa upp í tímabundið lengd eftir það sem það fer í útblástur í hring. Ef púlslengd er haldið undir mikilvægum kröfum starfar útskriftin stöðugt á óstöðugan hátt.

Upphaflegar athuganir með hraðri myndavélsmyndun á myndavélum árið 2008 voru skráð sjálfstætt, sýnt með betri nákvæmni og staðfest að sýna að flest jónunarferli eiga sér stað í staðbundnum, mjög takmörkuðum jónunar svæðum. Hraði hraði mældist vera í röð 104 m / s, sem er um það bil aðeins 10% af rafeindadrifshraða.

HIPIMS meðferð með undirlagi

Formeðhöndlun undirlags í plasma umhverfi er krafist fyrir útfellingu þunnra kvikmynda á vélrænum hlutum, svo sem bifreiðahlutum, málmskurðarverkfæri og skreytingar. Substrate er immersed í plasma og hlutdræg að háspennu nokkur hundruð volt. Þetta veldur mikilli orkuþrýstingi sem sprautar burt mengun. Í tilvikum þar sem plasma inniheldur málmjónir, geta þau verið ígrædd í undirlagið að dýpi nokkurra nm. HIPIMS er notað til að mynda plasma með mikilli þéttleika og hátt hlutfall af málmjónum. Þegar horft er á filmu-hvarfefnið tengi í þvermál má sjá hreint tengi. Epitaxy eða atomic skráning er dæmigerð milli kristal af nítríð kvikmynd og kristal málm hvarfefni þegar HIPIMS er notað til formeðferðar. HIPIMS hefur verið notað til formeðhöndlunar á stáli hvarfefni í fyrsta skipti í febrúar 2001 af AP Ehiasarian.

Undirlag við formeðhöndlun notar háspennu, sem krefst sérhannaðrar uppgötvunar og bælingartækni. Hollur DC hvarfefni einingar veita mest fjölhæfur valkostur þar sem þeir hámarka undirlag etch hlutfall, draga úr undirlag skemmdum, og geta starfað í kerfi með mörgum bakskautum. Annar valkostur er notkun tveggja HIPIMS aflgjafa sem eru samstilltar í skipulagsstjóranum: einn til að ákvarða losun og einn til að framleiða púlsa undirlagsþætti.

Þynnuskilyrði með HIPIMS

Þynnar kvikmyndir sem HIPIMS afhent við útblástursþéttleika> 0,5 A · cm ^-2 eru með þéttum dálkum uppbyggingu án holur. Afhending kopar kvikmynda af HIPIMS var tilkynnt í fyrsta skipti fyrir V. Kouznetsov fyrir umsókn um að fylla 1 μm vias með hlutföllum 1: 1,2

Flutningur málmnítríð (CrN) þunnur filmur var afhentur af HIPIMS í fyrsta sinn í febrúar 2001 af AP Ehiasarian. Fyrsta ítarlega rannsóknin á kvikmyndum sem HIPIMS afhenti með TEMdemonstrated þéttum örbyggingu, án mikillar galla. Kvikmyndirnar höfðu mikla hörku, góða tæringarþol og lágt rennaþol. Auglýsingin á HIPIMS vélbúnaði sem fylgdi gerði tæknin aðgengileg fyrir víðtækari vísindasamfélagið og kallaði á þróun á ýmsum sviðum.

Eftirfarandi efni hafa verið afhent með HIPIMS með góðum árangri:

●   Tæringarþol: CrN / NbN nanoscale multilayer

●   Oxunarþolandi: CrAlYN / CrN , nanoskala , marglaga,   Ti-Al-Si-N, Cr-Al-Si-N nanókomposit

●   Optical: Ag, Ti02, ZnO, InSnO, Zr02, CuInGaSe

●   MAX stig: TiSiC

●   Microelectronics: Cu, Ti, TiN, Ta, TaN

●   Hard húðun: kolefni nítríð CN _x

●   Vatnsfælin: HfO2

Kostir

Helstu kostir HIPIMS húðun fela í sér þéttari lagskiptingu og aukið hlutfall hörku við Modul Young miðað við hefðbundna PVD húðun. Samanburðarhæfar, hefðbundnar, nanógerðar (Ti, Al) N húðun er með hörku 25 GPa og 460 GPa unglinga, hörku nýju HIPIMS lagsins er hærri en 30 GPa með 365 GPa ungs fólks. Hlutfallið milli hörku og Moduls Young er mælikvarði á seiga eiginleika lagsins. Æskilegt ástand er hár hörku með tiltölulega litlum unglingastærð, eins og er að finna í HIPIMS húðun. Nýlega voru nýjar umsóknir af HIPIMS húðuðum flötum fyrir líffræðilega notkun tilkynnt af Rtimi et al.