Характарыстыкі плазмы пры катодным дугавым нанясенні

Тэхнічны аналіз з пункту гледжання працэсу і абсталявання

Катодна-дугавое нанясеннеn шырока прызнана як тэхналогія высокаіянізацыйнага PVD, здольная ствараць шчыльныя, моцна счапляльныя і ультрацвёрдыя пакрыцці.
У аснове гэтага працэсу ляжыць унікальная плазма, якая генеруецца катоднымі дугавымі разрадамі, характарыстыкі якой кардынальна адрозніваюць яе ад магнетроннага распылення і іншых метадаў PVD.

Разуменне паводзін плазмы ў сістэмах катоднай дугі мае важнае значэнне для кантролю структуры пакрыцця, яго прадукцыйнасці і доўгатэрміновай стабільнасці працэсу.

1. Паходжанне плазмы катоднай дугі

Пры катодным дугавым нанясенні плазма ўтвараецца ў мікраскапічных катодных плямах, якія ўтвараюцца на паверхні мішэні, калі ініцыюецца дугавы разрад з высокім токам і нізкім напружаннем.

Асноўныя характарыстыкі катодных плям ўключаюць:

1. Надзвычай высокая лакальная шчыльнасць току (10⁶–10⁸ А/см²)

2. Звышвысокая лакалізаваная тэмпература

3. Хуткае выбуховае выпарэнне матэрыялу катода

Гэты працэс стварае плазму, якая складаецца пераважна з іянізаванага матэрыялу мішэні, а не з нейтральных атамаў.

2. Высокая ступень іянізацыі: вызначальная характарыстыка

Адной з найбольш значных асаблівасцей плазмы катоднай дугі з'яўляецца яе выключна высокая доля іанізацыі.

Хуткасць іанізацыі металічных часціц можа перавышаць 70–90%, і значная частка іонаў мае некалькі зарадаў (M²⁺, M³⁺).

Гэты высокі ўзровень іянізацыі дазваляе:

1. Моцныя ўзаемадзеянні іонаў з субстратам

2. Палепшанае ўшчыльненне плёнкі

3. Выдатная адгезія пакрыцця нават пры адносна нізкіх тэмпературах падкладкі

З інжынернага пункту гледжання, высокая іянізацыя забяспечвае шырокі і надзейны тэхналагічны дыяпазон, асабліва для цвёрдых і ахоўных пакрыццяў.

3. Высокая энергія і накіраванасць іонаў

Плазма катоднай дугі праяўляе высокую ўласную энергію іонаў, якая звычайна вагаецца ад некалькіх дзясяткаў да больш чым ста электрон-вольт.

Наступствы гэтай энергетычнай плазмы ўключаюць:

1. Эфектыўная актывацыя і ачыстка паверхні

2. Павышаная рухомасць адатамаў на падкладцы

3. Утварэнне шчыльных, дробназярністых або аморфных плёнкавых структур

У спалучэнні з падладжвальным зрушэннем энергію іонаў можна дакладна наладзіць для балансавання:

1. Ушчыльненне плёнкі

2. Кантроль рэшткавага напружання

3. Адгезія пакрыцця

Гэтая кіравальнасць з'яўляецца галоўнай перавагай сістэм катоднай дугі ў прамысловым ужыванні.

4. Шчыльнасць плазмы і характарыстыкі пераносу

У параўнанні з іншымі відамі плазмы, атрыманымі пры PVD, плазма катоднай дугі мае наступныя характарыстыкі:

1. Надзвычай высокая шчыльнасць плазмы

2. Моцнае самакіраванае пашырэнне плазмы з катоднай плямы

На перанос плазмы ўплываюць: ток дугі; магнітныя кіруючыя палі; геаметрыя камеры;

Правільнае кіраванне плазмай забяспечвае: раўнамерную таўшчыню пакрыцця; стабільную хуткасць нанясення; стабільныя ўласцівасці пакрыцця ва ўсіх партыях

5. Макрачасціцы: праблема, уласцівая плазме

Адметнай асаблівасцю плазмы катоднай дугі з'яўляецца адначасовая генерацыя макрачасціц (кропель).

Гэтыя расплаўленыя або цвёрдыя часціцы ўзнікаюць у выніку: выкіду выбуховага матэрыялу ў катодных плямах; макрачасціцы могуць негатыўна паўплываць на: шурпатасць паверхні; аптычную якасць; трыбалагічныя характарыстыкі.

Каб вырашыць гэтую праблему, прамысловыя сістэмы звычайна аб'ядноўваюць:

Магнітныя або каналавыя фільтраваныя дугавыя плазменныя сістэмы

Аптымізаваныя механізмы кіравання катоднай плямай

Тэхналогія фільтраванай дугі дазваляе захаваць высокія перавагі іанізацыі, адначасова значна зніжаючы забруджванне часціцамі.

–Гэты артыкул быў апублікаваныабсталяванне для вакуумнага нанясення пакрыццяўвытворца Zhenhua Vacuum