Prinsip No.1 sputtering magnetron berdenyut daya tinggi
Teknik sputtering magnetron berdenyut daya tinggi menggunakan daya pulsa puncak tinggi (2-3 kali lipat lebih tinggi dari sputtering magnetron konvensional) dan siklus kerja pulsa rendah (0,5%-10%) untuk mencapai tingkat disosiasi logam yang tinggi (>50%), yang berasal dari karakteristik sputtering magnetron, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, di mana kerapatan arus target puncak I sebanding dengan kekuatan ke-n eksponensial dari tegangan pelepasan U, I = kUn (n adalah konstanta yang terkait dengan struktur katoda, medan magnet dan materi).Pada kepadatan daya yang lebih rendah (tegangan rendah) nilai n biasanya berkisar antara 5 sampai 15;dengan meningkatnya tegangan luahan, rapat arus dan rapat daya meningkat dengan cepat, dan pada tegangan tinggi nilai n menjadi 1 karena hilangnya kekangan 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 berganti, yaitu dalam mode self-sputtering, yaitu Plasma dipertahankan oleh ionisasi partikel netral yang tergagap dan ion logam sekunder, dan atom gas inert seperti Ar hanya digunakan untuk menyalakan plasma, setelah itu partikel logam yang tergagap terionisasi di dekat target dan dipercepat kembali untuk membombardir target yang tergagap di bawah aksi medan magnet dan listrik untuk mempertahankan pelepasan arus tinggi, dan plasma sangat partikel logam terionisasi.Karena proses sputtering dari efek pemanasan pada target, untuk memastikan operasi target yang stabil dalam aplikasi industri, kerapatan daya yang langsung diterapkan pada target tidak boleh terlalu besar, umumnya pendinginan air langsung dan konduktivitas termal bahan target harus dalam kasus 25 W / cm2 di bawah, pendinginan air tidak langsung, konduktivitas termal bahan target buruk, bahan target yang disebabkan oleh fragmentasi karena tekanan termal atau bahan target mengandung komponen paduan volatil rendah dan kasus kepadatan daya lainnya hanya dapat di 2 ~ 15 W / cm2 di bawah, jauh di bawah persyaratan kerapatan daya tinggi.Masalah overheating target dapat diatasi dengan menggunakan pulsa daya tinggi yang sangat sempit.Anders mendefinisikan sputtering magnetron berdenyut daya tinggi sebagai jenis sputtering berdenyut di mana kepadatan daya puncak melebihi kerapatan daya rata-rata sebesar 2 hingga 3 kali lipat, dan sputtering ion target mendominasi proses sputtering, dan atom target sputtering sangat terdisosiasi .
No.2 Karakteristik pengendapan lapisan sputtering magnetron berdenyut daya tinggi
Sputtering magnetron berdenyut daya tinggi dapat menghasilkan plasma dengan laju disosiasi tinggi dan energi ion tinggi, dan dapat menerapkan tekanan bias untuk mempercepat ion bermuatan, dan proses pengendapan lapisan dibombardir oleh partikel berenergi tinggi, yang merupakan teknologi IPVD yang khas.Energi dan distribusi ion memiliki dampak yang sangat penting pada kualitas dan kinerja lapisan.
Tentang IPVD, berdasarkan model wilayah struktural Thorton yang terkenal, Anders mengusulkan model wilayah struktural yang mencakup pengendapan plasma dan etsa ion, memperluas hubungan antara struktur lapisan dan suhu dan tekanan udara dalam model wilayah struktural Thorton ke hubungan antara struktur lapisan, suhu dan energi ion, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dalam kasus lapisan deposisi ion energi rendah, struktur lapisan 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, temperatur transisi dari daerah 1 ke daerah T, daerah 2 dan daerah 3 menurun.Kristal serat berdensitas tinggi dan kristal berbentuk kolom dapat dibuat pada suhu rendah.Ketika energi ion yang diendapkan meningkat hingga urutan 1-10 eV, pengeboman dan etsa ion pada permukaan lapisan yang diendapkan ditingkatkan dan ketebalan lapisan ditingkatkan.
No.3 Persiapan lapisan pelapis keras dengan teknologi sputtering magnetron berdenyut daya tinggi
Lapisan yang disiapkan oleh teknologi sputtering magnetron berdenyut daya tinggi lebih padat, dengan sifat mekanik yang lebih baik dan stabilitas suhu tinggi.Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, lapisan TiAlN magnetron sputtered konvensional adalah struktur kristal kolumnar 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 yang diendapkan dalam lapisan TiAlN konvensional setelah perlakuan anil suhu tinggi pada 1.000 °C selama 4 jam.Kekerasan lapisan menurun 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 onset oksidasi suhu tinggi yang lebih tinggi daripada pelapisan konvensional.Oleh karena itu, lapisan HIPIMS-TiAlN menunjukkan kinerja yang jauh lebih baik pada alat potong berkecepatan tinggi dibandingkan alat berlapis lainnya yang dibuat dengan proses PVD.
Waktu posting: Nov-08-2022