Prinsip No.1 dari sputtering magnetron berdenyut daya tinggi
Teknik sputtering magnetron berdenyut daya tinggi menggunakan daya pulsa puncak tinggi (2-3 orde besaran lebih tinggi daripada sputtering magnetron konvensional) dan siklus kerja pulsa rendah (0,5%-10%) untuk mencapai laju disosiasi logam tinggi (>50%), yang diperoleh dari karakteristik sputtering magnetron, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, di mana kerapatan arus target puncak I sebanding dengan pangkat n eksponensial dari tegangan pelepasan U, I = kUn (n adalah konstanta yang terkait dengan struktur katode, medan magnet, dan material). Pada kerapatan daya yang lebih rendah (tegangan rendah) nilai n biasanya dalam kisaran 5 hingga 15; dengan meningkatnya tegangan pelepasan, kerapatan arus dan kerapatan daya meningkat dengan cepat, dan pada tegangan tinggi nilai n menjadi 1 karena hilangnya pengurungan medan magnet. Jika pada kerapatan daya rendah, pelepasan gas ditentukan oleh ion gas yang berada dalam mode pelepasan berdenyut normal; Jika pada kerapatan daya tinggi, proporsi ion logam dalam plasma meningkat dan beberapa bahan beralih, yaitu dalam mode sputtering sendiri, yaitu Plasma dipertahankan oleh ionisasi partikel netral yang terciprat dan ion logam sekunder, dan atom gas inert seperti Ar hanya digunakan untuk menyalakan plasma, setelah itu partikel logam yang terciprat diionisasi di dekat target dan dipercepat kembali untuk membombardir target yang terciprat di bawah aksi medan magnet dan listrik untuk mempertahankan pelepasan arus tinggi, dan plasma adalah partikel logam yang sangat terionisasi. Karena proses sputtering dari efek pemanasan pada target, untuk memastikan operasi target yang stabil dalam aplikasi industri, kerapatan daya yang langsung diterapkan ke target tidak boleh terlalu besar, umumnya pendinginan air langsung dan konduktivitas termal material target harus dalam kasus 25 W / cm2 di bawah, pendinginan air tidak langsung, konduktivitas termal material target buruk, material target disebabkan oleh fragmentasi karena tekanan termal atau material target mengandung komponen paduan volatil rendah dan kasus lain kerapatan daya hanya dapat berada di 2 ~ 15 W / cm2 di bawah, jauh di bawah persyaratan kerapatan daya tinggi. Masalah target yang terlalu panas dapat diatasi dengan menggunakan pulsa daya tinggi yang sangat sempit. Anders mendefinisikan sputtering magnetron berdenyut daya tinggi sebagai jenis sputtering berdenyut di mana kerapatan daya puncak melebihi kerapatan daya rata-rata sebesar 2 hingga 3 orde besaran, dan sputtering ion target mendominasi proses sputtering, dan atom sputtering target sangat terdisosiasi.
No.2 Karakteristik pelapisan sputtering magnetron berdenyut daya tinggi
Sputtering magnetron berdenyut daya tinggi dapat menghasilkan plasma dengan laju disosiasi tinggi dan energi ion tinggi, serta dapat menerapkan tekanan bias untuk mempercepat ion bermuatan, dan proses pengendapan lapisan dibombardir oleh partikel berenergi tinggi, yang merupakan teknologi IPVD yang umum. Energi ion dan distribusi memiliki dampak yang sangat penting pada kualitas dan kinerja lapisan.
Mengenai IPVD, berdasarkan model wilayah struktural Thorton yang terkenal, Anders mengusulkan model wilayah struktural yang mencakup pengendapan plasma dan pengetsaan ion, memperluas hubungan antara struktur pelapis dan suhu serta tekanan udara dalam model wilayah struktural Thorton ke hubungan antara struktur pelapis, suhu, dan energi ion, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dalam kasus pelapisan pengendapan ion berenergi rendah, struktur pelapis sesuai dengan model zona struktur Thorton. Dengan meningkatnya suhu pengendapan, transisi dari wilayah 1 (kristal serat berpori longgar) ke wilayah T (kristal serat padat), wilayah 2 (kristal kolom) dan wilayah 3 (wilayah rekristalisasi); dengan meningkatnya energi ion pengendapan, suhu transisi dari wilayah 1 ke wilayah T, wilayah 2 dan wilayah 3 menurun. Kristal serat berdensitas tinggi dan kristal kolom dapat disiapkan pada suhu rendah. Ketika energi ion yang diendapkan meningkat hingga orde 1-10 eV, pemboman dan pengetsaan ion pada permukaan pelapis yang diendapkan ditingkatkan dan ketebalan pelapis meningkat.
No.3 Persiapan lapisan pelapis keras dengan teknologi sputtering magnetron berdenyut daya tinggi
Lapisan yang disiapkan dengan teknologi sputtering magnetron berdenyut daya tinggi lebih padat, dengan sifat mekanis yang lebih baik dan stabilitas suhu tinggi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, lapisan TiAlN sputtering magnetron konvensional adalah struktur kristal kolom dengan kekerasan 30 GPa dan modulus Young 460 GPa; lapisan HIPIMS-TiAlN memiliki kekerasan 34 GPa sedangkan modulus Young adalah 377 GPa; rasio antara kekerasan dan modulus Young adalah ukuran ketangguhan lapisan. Kekerasan yang lebih tinggi dan modulus Young yang lebih kecil berarti ketangguhan yang lebih baik. Lapisan HIPIMS-TiAlN memiliki stabilitas suhu tinggi yang lebih baik, dengan fase heksagonal AlN diendapkan dalam lapisan TiAlN konvensional setelah perlakuan anil suhu tinggi pada 1.000 °C selama 4 jam. Kekerasan lapisan berkurang pada suhu tinggi, sedangkan lapisan HIPIMS-TiAlN tetap tidak berubah setelah perlakuan panas pada suhu dan waktu yang sama. Pelapisan HIPIMS-TiAlN juga memiliki suhu awal oksidasi suhu tinggi yang lebih tinggi daripada pelapisan konvensional. Oleh karena itu, pelapisan HIPIMS-TiAlN menunjukkan kinerja yang jauh lebih baik pada alat pemotong berkecepatan tinggi daripada alat berlapis lainnya yang disiapkan melalui proses PVD.
Waktu posting: 08-Nov-2022