নং ১ উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন পালসড ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং এর মূলনীতি
উচ্চ ক্ষমতার পালসড ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং কৌশলটি উচ্চ ধাতু বিয়োজন হার (>৫০%) অর্জনের জন্য উচ্চ পিক পালস পাওয়ার (প্রচলিত ম্যাগনেট্রন স্পাটারিংয়ের চেয়ে ২-৩ গুণ বেশি) এবং কম পালস ডিউটি সাইকেল (০.৫%-১০%) ব্যবহার করে, যা ম্যাগনেট্রন স্পাটারিংয়ের বৈশিষ্ট্য থেকে উদ্ভূত, যেমনটি চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে, যেখানে পিক টার্গেট কারেন্ট ডেনসিটি I, ডিসচার্জ ভোল্টেজ U-এর এক্সপোনেনশিয়াল n-তম ঘাতের সমানুপাতিক, I = kUn (n হলো একটি ধ্রুবক যা ক্যাথোডের গঠন, চৌম্বক ক্ষেত্র এবং উপাদানের সাথে সম্পর্কিত)। কম পাওয়ার ডেনসিটিতে (কম ভোল্টেজে) n-এর মান সাধারণত ৫ থেকে ১৫-এর মধ্যে থাকে; ডিসচার্জ ভোল্টেজ বাড়ার সাথে সাথে কারেন্ট ডেনসিটি এবং পাওয়ার ডেনসিটি দ্রুত বৃদ্ধি পায়, এবং উচ্চ ভোল্টেজে চৌম্বক ক্ষেত্রের সীমাবদ্ধতা হারানোর কারণে n-এর মান ১ হয়ে যায়। যদি কম পাওয়ার ডেনসিটিতে গ্যাস ডিসচার্জ গ্যাস আয়ন দ্বারা নির্ধারিত হয়, তবে তা সাধারণ পালসড ডিসচার্জ মোডে থাকে; যদি উচ্চ শক্তি ঘনত্বে প্লাজমাতে ধাতব আয়নের অনুপাত বৃদ্ধি পায় এবং কিছু পদার্থ পরিবর্তিত হয়, অর্থাৎ স্ব-স্পাটারিং মোডে, স্পাটার্ড নিরপেক্ষ কণা এবং গৌণ ধাতব আয়নের আয়নীকরণের মাধ্যমে প্লাজমা বজায় রাখা হয়, এবং আর্গনের (Ar) মতো নিষ্ক্রিয় গ্যাস পরমাণু শুধুমাত্র প্লাজমা প্রজ্বলিত করতে ব্যবহৃত হয়, যার পরে স্পাটার্ড ধাতব কণাগুলো টার্গেটের কাছে আয়নিত হয় এবং উচ্চ কারেন্ট ডিসচার্জ বজায় রাখার জন্য চৌম্বকীয় ও বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে ত্বরান্বিত হয়ে স্পাটার্ড টার্গেটকে পুনরায় আঘাত করে, এবং প্লাজমাটি উচ্চ মাত্রায় আয়নিত ধাতব কণা দ্বারা গঠিত হয়। স্পাটারিং প্রক্রিয়ায় টার্গেটের উপর তাপীয় প্রভাবের কারণে, শিল্পক্ষেত্রে টার্গেটের স্থিতিশীল কার্যকারিতা নিশ্চিত করার জন্য, টার্গেটে সরাসরি প্রয়োগ করা পাওয়ার ডেনসিটি খুব বেশি হতে পারে না। সাধারণত, সরাসরি ওয়াটার কুলিং এবং টার্গেট উপাদানের তাপ পরিবাহিতার ক্ষেত্রে এটি ২৫ ওয়াট/সেমি²-এর নিচে হওয়া উচিত। পরোক্ষ ওয়াটার কুলিং, টার্গেট উপাদানের তাপ পরিবাহিতা দুর্বল, তাপীয় চাপের কারণে টার্গেট উপাদান খণ্ডিত হওয়া, অথবা টার্গেট উপাদানে কম উদ্বায়ী সংকর উপাদান থাকা এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে পাওয়ার ডেনসিটি কেবল ২ থেকে ১৫ ওয়াট/সেমি²-এর নিচে হতে পারে, যা উচ্চ পাওয়ার ডেনসিটির প্রয়োজনীয়তার চেয়ে অনেক কম। টার্গেট অতিরিক্ত গরম হওয়ার সমস্যাটি খুব সংকীর্ণ উচ্চ-ক্ষমতার পালস ব্যবহার করে সমাধান করা যেতে পারে। অ্যান্ডার্স উচ্চ-ক্ষমতার পালসড ম্যাগনেট্রন স্পাটারিংকে এমন এক ধরনের পালসড স্পাটারিং হিসেবে সংজ্ঞায়িত করেছেন যেখানে সর্বোচ্চ পাওয়ার ডেনসিটি গড় পাওয়ার ডেনসিটিকে ২ থেকে ৩ গুণ ছাড়িয়ে যায়, এবং স্পাটারিং প্রক্রিয়ায় টার্গেট আয়ন স্পাটারিং প্রাধান্য পায়, এবং টার্গেটের স্পাটারিং পরমাণুগুলো উচ্চ মাত্রায় বিয়োজিত হয়।
নং ২ উচ্চ ক্ষমতার পালসড ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং কোটিং ডিপোজিশনের বৈশিষ্ট্য
উচ্চ ক্ষমতার পালসড ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং উচ্চ বিয়োজন হার এবং উচ্চ আয়ন শক্তি সম্পন্ন প্লাজমা তৈরি করতে পারে এবং চার্জিত আয়নগুলোকে ত্বরান্বিত করার জন্য বায়াস চাপ প্রয়োগ করতে পারে, এবং কোটিং জমার প্রক্রিয়াটি উচ্চ-শক্তির কণা দ্বারা বোমাবর্ষণের মাধ্যমে সম্পন্ন হয়, যা একটি সাধারণ IPVD প্রযুক্তি। আয়নের শক্তি এবং বণ্টন কোটিংয়ের গুণমান ও কার্যকারিতার উপর অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলে।
IPVD সম্পর্কে বলতে গেলে, বিখ্যাত থর্নটন স্ট্রাকচারাল রিজিয়ন মডেলের উপর ভিত্তি করে, অ্যান্ডার্স একটি স্ট্রাকচারাল রিজিয়ন মডেল প্রস্তাব করেন যা প্লাজমা ডিপোজিশন এবং আয়ন এচিং অন্তর্ভুক্ত করে। তিনি থর্নটন স্ট্রাকচারাল রিজিয়ন মডেলে কোটিং কাঠামো এবং তাপমাত্রা ও বায়ুচাপের মধ্যকার সম্পর্ককে কোটিং কাঠামো, তাপমাত্রা এবং আয়ন শক্তির মধ্যকার সম্পর্কে প্রসারিত করেন, যা চিত্র ২-এ দেখানো হয়েছে। কম শক্তির আয়ন ডিপোজিশন কোটিং-এর ক্ষেত্রে, কোটিং কাঠামোটি থর্নটন স্ট্রাকচার জোন মডেল মেনে চলে। ডিপোজিশন তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে, অঞ্চল ১ (আলগা ছিদ্রযুক্ত ফাইবার ক্রিস্টাল) থেকে অঞ্চল T (ঘন ফাইবার ক্রিস্টাল), অঞ্চল ২ (স্তম্ভাকার ক্রিস্টাল) এবং অঞ্চল ৩ (পুনঃস্ফটিকীকরণ অঞ্চল)-এ রূপান্তর ঘটে; ডিপোজিশন আয়ন শক্তি বৃদ্ধির সাথে সাথে, অঞ্চল ১ থেকে অঞ্চল T, অঞ্চল ২ এবং অঞ্চল ৩-এ রূপান্তরের তাপমাত্রা হ্রাস পায়। উচ্চ-ঘনত্বের ফাইবার ক্রিস্টাল এবং স্তম্ভাকার ক্রিস্টাল কম তাপমাত্রায় প্রস্তুত করা যেতে পারে। যখন জমা হওয়া আয়নের শক্তি ১-১০ eV মাত্রায় বৃদ্ধি পায়, তখন জমা হওয়া প্রলেপের পৃষ্ঠে আয়নের আঘাত ও ক্ষয় বৃদ্ধি পায় এবং প্রলেপের পুরুত্ব বেড়ে যায়।
নং ৩ উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন পালসড ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং প্রযুক্তি দ্বারা কঠিন আবরণ স্তর প্রস্তুতকরণ
উচ্চ ক্ষমতার পালসড ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং প্রযুক্তি দ্বারা প্রস্তুত কোটিংটি অধিক ঘন, এবং এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ও উচ্চ তাপমাত্রার স্থিতিশীলতা উন্নততর। চিত্র ৩-এ যেমন দেখানো হয়েছে, প্রচলিত ম্যাগনেট্রন স্পাটার্ড TiAlN কোটিং-এর একটি কলামার ক্রিস্টাল কাঠামো রয়েছে, যার কাঠিন্য ৩০ GPa এবং ইয়ং-এর মডুলাস ৪৬০ GPa; অন্যদিকে HIPIMS-TiAlN কোটিং-এর কাঠিন্য ৩৪ GPa এবং ইয়ং-এর মডুলাস ৩৭৭ GPa; কাঠিন্য এবং ইয়ং-এর মডুলাসের অনুপাত কোটিং-এর দৃঢ়তার একটি পরিমাপ। উচ্চতর কাঠিন্য এবং ক্ষুদ্রতর ইয়ং-এর মডুলাস উন্নততর দৃঢ়তার ইঙ্গিত দেয়। HIPIMS-TiAlN কোটিং-এর উচ্চ তাপমাত্রার স্থিতিশীলতা উন্নততর, যেখানে প্রচলিত TiAlN কোটিং-এ ১,০০০ °C তাপমাত্রায় ৪ ঘণ্টা ধরে উচ্চ তাপমাত্রার অ্যানিলিং ট্রিটমেন্টের পর AlN হেক্সাগোনাল ফেজ অধঃক্ষিপ্ত হয়। উচ্চ তাপমাত্রায় কোটিং-এর কাঠিন্য হ্রাস পায়, কিন্তু একই তাপমাত্রা ও সময়ে তাপ প্রক্রিয়াকরণের পর HIPIMS-TiAlN কোটিং অপরিবর্তিত থাকে। প্রচলিত কোটিংয়ের তুলনায় HIPIMS-TiAlN কোটিংয়ের উচ্চ-তাপমাত্রার জারণের সূচনা তাপমাত্রাও বেশি। তাই, PVD প্রক্রিয়ায় তৈরি অন্যান্য কোটিংযুক্ত টুলের তুলনায় HIPIMS-TiAlN কোটিং উচ্চ-গতির কাটিং টুলে অনেক ভালো পারফরম্যান্স দেখায়।
পোস্ট করার সময়: ০৮-নভেম্বর-২০২২