1. zenbakiko potentzia handiko pultsu magnetron sputtering-aren printzipioa
Potentzia handiko pultsu magnetron sputtering teknikak gailur pultsu potentzia handia (ohiko magnetron sputtering-a baino 2-3 magnitude ordena handiagoa) eta pultsu betebehar ziklo baxua (% 0,5-% 10) erabiltzen ditu metalen disoziazio tasa altuak lortzeko (>% 50), eta hori magnetron sputtering ezaugarrietatik eratorria da, 1. irudian erakusten den bezala, non gailur helburuko korronte dentsitatea I U deskarga-tentsioaren n-garren potentzia esponentzialarekiko proportzionala den, I = kUn (n katodoaren egiturarekin, eremu magnetikoarekin eta materialarekin lotutako konstante bat da). Potentzia dentsitate txikiagoetan (tentsio baxua), n balioa normalean 5 eta 15 arteko tartean dago; deskarga-tentsioa handitzen den heinean, korronte dentsitatea eta potentzia dentsitatea azkar handitzen dira, eta tentsio altuan n balioa 1 bihurtzen da eremu magnetikoaren konfinamendua galtzeagatik. Potentzia dentsitate txikietan bada, gas deskarga pultsu deskarga moduan dauden gas ioiek zehazten dute; Potentzia-dentsitate handietan, plasmako ioi metalikoen proportzioa handitzen bada eta material batzuk aldatzen badira, hau da, auto-ihinztadura moduan, hau da, plasma ihinztatutako partikula neutroen eta bigarren mailako ioi metalikoen ionizazioaren bidez mantentzen da, eta Ar bezalako gas geldoen atomoak plasma pizteko soilik erabiltzen dira, eta ondoren ihinztatutako metalezko partikulak helburuaren ondoan ionizatzen dira eta berriro azeleratzen dira ihinztatutako helburua bonbardatzeko eremu magnetiko eta elektrikoen eraginpean, korronte handiko deskarga mantentzeko, eta plasma oso ionizatutako metalezko partikulak dira. Helburuan berotze-efektua duen sputtering prozesuak direla eta, aplikazio industrialetan helburuaren funtzionamendu egonkorra bermatzeko, helburura zuzenean aplikatzen den potentzia-dentsitatea ezin da handiegia izan. Oro har, ur-hozte zuzena eta helburu-materialaren eroankortasun termikoa 25 W/cm2-koa izan behar dira. Zeharkako ur-hoztea bada, helburu-materialaren eroankortasun termikoa eskasa bada, helburu-materiala tentsio termikoagatik zatikatzeagatik edo helburu-materialak aleazio-osagai lurrunkor gutxi baditu, eta beste potentzia-dentsitate kasu batzuetan 2 ~ 15 W/cm2-koa baino ez da izan behar, potentzia-dentsitate handiaren eskakizunen azpitik. Helburuaren gehiegi berotzearen arazoa potentzia handiko pultsu oso estuak erabiliz konpondu daiteke. Andersek potentzia handiko pultsu magnetron sputtering-a pultsu sputtering mota bat bezala definitzen du, non potentzia-dentsitate maximoak batez besteko potentzia-dentsitatea 2 edo 3 magnitude-ordena gainditzen duen, eta helburu-ioi sputtering-ak sputtering prozesua menderatzen duen, eta helburu-sputtering-atomoak oso disoziatuta dauden.
2. zk. Potentzia handiko pultsu magnetron sputtering bidezko estalduraren deposizioaren ezaugarriak
Potentzia handiko pultsatutako magnetron sputtering-ak disoziazio-tasa handiko eta ioi-energia handiko plasma sor dezake, eta polarizazio-presioa aplika dezake kargatutako ioiak azeleratzeko, eta estalduraren deposizio-prozesua energia handiko partikulek bonbardatzen dute, IPVD teknologia tipikoa dena. Ioi-energiak eta banaketak eragin handia dute estalduraren kalitatean eta errendimenduan.
IPVDri buruz, Thortonen eskualde estrukturalaren eredu ospetsuan oinarrituta, Andersek plasma bidezko deposizioa eta ioien grabatzea barne hartzen dituen eskualde estrukturalaren eredu bat proposatu zuen, estaldura-egituraren eta tenperaturaren eta aire-presioaren arteko erlazioa Thortonen eskualde estrukturalaren ereduan estaldura-egituraren, tenperaturaren eta ioien energiaren arteko erlaziora zabalduz, 2. irudian erakusten den bezala. Energia baxuko ioien deposizio-estalduraren kasuan, estaldura-egitura Thortonen egitura-zona ereduarekin bat dator. Deposizio-tenperatura handitzen den heinean, 1. eskualdetik (zuntz kristal porotsu solteak) T eskualdera (zuntz kristal trinkoak), 2. eskualdera (zutabe-kristalak) eta 3. eskualdera (birkristalizazio-eskualdea) igarotzea; deposizio-ioien energia handitzen den heinean, 1. eskualdetik T, 2. eskualdera eta 3. eskualdera igarotzeko tenperatura gutxitzen da. Dentsitate handiko zuntz kristalak eta zutabe-kristalak tenperatura baxuan prestatu daitezke. Gordailatutako ioien energia 1-10 eV-ko ordenara igotzen denean, gordailatutako estalduraren gainazalean ioien bonbardaketa eta grabatzea hobetzen da eta estalduraren lodiera handitzen da.
3. zk. Estaldura-geruza gogorraren prestaketa potentzia handiko pultsu magnetron sputtering teknologiaren bidez
Potentzia handiko pultsu magnetron sputtering teknologiak prestatutako estaldura trinkoagoa da, propietate mekaniko hobeak eta tenperatura altuko egonkortasunarekin. 3. irudian ikusten den bezala, ohiko magnetron sputtering bidezko TiAlN estaldura 30 GPa-ko gogortasuna eta 460 GPa-ko Young-en modulua dituen kristal-egitura zutabeduna da; HIPIMS-TiAlN estaldurak 34 GPa gogortasuna du, eta Young-en modulua, berriz, 377 GPa; gogortasunaren eta Young-en moduluaren arteko erlazioa estalduraren gogortasunaren neurria da. Gogortasun handiagoak eta Young-en modulu txikiagoak gogortasun hobea esan nahi dute. HIPIMS-TiAlN estaldurak tenperatura altuko egonkortasun hobea du, AlN fase hexagonala TiAlN estaldura konbentzionalean prezipitatzen baita 1.000 °C-tan 4 orduz tenperatura altuko erreketa-tratamenduaren ondoren. Estalduraren gogortasuna gutxitzen da tenperatura altuan, HIPIMS-TiAlN estaldura, berriz, aldatu gabe mantentzen da tenperatura eta denbora berean tratamendu termikoaren ondoren. HIPIMS-TiAlN estaldurak tenperatura altuko oxidazio-hasiera tenperatura handiagoa du estaldura konbentzionalak baino. Beraz, HIPIMS-TiAlN estaldurak errendimendu askoz hobea erakusten du abiadura handiko ebaketa-erremintetan PVD prozesuaren bidez prestatutako beste estalitako erremintekin alderatuta.
Argitaratze data: 2022ko azaroaren 8a