მაღალი სიმძლავრის იმპულსური მაგნეტრონული გაფრქვევის პრინციპი No.1
მაღალი სიმძლავრის პულსური მაგნეტრონული გაფრქვევის ტექნიკა იყენებს მაღალი პიკური პულსური სიმძლავრეს (2-3 რიგით მეტი სიდიდით, ვიდრე ჩვეულებრივი მაგნეტრონული გაფრქვევა) და დაბალი პულსური სამუშაო ციკლის (0.5%-10%) გამოყენებას ლითონის მაღალი დისოციაციის სიჩქარის (>50%) მისაღწევად, რაც გამომდინარეობს მაგნეტრონული გაფრქვევის მახასიათებლებიდან, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათ 1-ში, სადაც პიკური სამიზნე დენის სიმკვრივე I პროპორციულია განმუხტვის ძაბვის U ექსპონენციალური n-ური სიმძლავრისა, I = kUn (n არის მუდმივა, რომელიც დაკავშირებულია კათოდის სტრუქტურასთან, მაგნიტურ ველთან და მასალასთან). დაბალი სიმძლავრის სიმკვრივეების დროს (დაბალი ძაბვა) n მნიშვნელობა ჩვეულებრივ 5-დან 15-მდე დიაპაზონშია; განმუხტვის ძაბვის ზრდასთან ერთად, დენის სიმკვრივე და სიმძლავრის სიმკვრივე სწრაფად იზრდება, ხოლო მაღალი ძაბვის დროს n მნიშვნელობა ხდება 1 მაგნიტური ველის შეზღუდვის დაკარგვის გამო. თუ დაბალი სიმძლავრის სიმკვრივეების დროს, გაზის განმუხტვა განისაზღვრება ნორმალური პულსური განმუხტვის რეჟიმში მყოფი გაზის იონებით; თუ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის დროს პლაზმაში ლითონის იონების პროპორცია იზრდება და ზოგიერთი მასალა გადადის თვითშეფრქვევის რეჟიმში, ანუ პლაზმა შენარჩუნებულია გაფრქვეული ნეიტრალური ნაწილაკების და მეორადი ლითონის იონების იონიზაციით, ხოლო ინერტული აირის ატომები, როგორიცაა Ar, გამოიყენება მხოლოდ პლაზმის აალების მიზნით, რის შემდეგაც გაფრქვეული ლითონის ნაწილაკები იონიზდება სამიზნის მახლობლად და უკან აჩქარებენ მაგნიტური და ელექტრული ველების მოქმედებით გაფრქვეული სამიზნის დასაბომბად მაღალი დენის განმუხტვის შესანარჩუნებლად, ხოლო პლაზმა წარმოადგენს მაღალ იონიზებულ ლითონის ნაწილაკებს. სამიზნეზე გაცხელების ეფექტის გამო, სამრეწველო გამოყენებისას სამიზნის სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად, სამიზნეზე პირდაპირ მიწოდებული სიმძლავრის სიმკვრივე არ უნდა იყოს ძალიან დიდი. ზოგადად, პირდაპირი წყლით გაგრილება და სამიზნის მასალის თბოგამტარობა უნდა იყოს 25 ვტ/სმ2-ზე ნაკლების შემთხვევაში, ირიბი წყლით გაგრილების შემთხვევაში, სამიზნის მასალის თბოგამტარობა დაბალია, სამიზნის მასალა გამოწვეულია თერმული სტრესის გამო ფრაგმენტაციით ან სამიზნის მასალა შეიცავს დაბალი აქროლადი შენადნობის კომპონენტებს და სხვა შემთხვევებში სიმძლავრის სიმკვრივე შეიძლება იყოს მხოლოდ 2 ~ 15 ვტ/სმ2-ზე ნაკლები, რაც გაცილებით დაბალია მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის მოთხოვნებზე. სამიზნის გადახურების პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია ძალიან ვიწრო, მაღალი სიმძლავრის იმპულსების გამოყენებით. ანდერსი მაღალი სიმძლავრის იმპულსურ მაგნეტრონულ გაფრქვევას განსაზღვრავს, როგორც იმპულსური გაფრქვევის სახეობას, სადაც პიკური სიმძლავრის სიმკვრივე აღემატება საშუალო სიმძლავრის სიმკვრივეს 2-3 რიგითობით, ხოლო სამიზნის იონური გაფრქვევა დომინირებს გაფრქვევის პროცესში და სამიზნის გაფრქვევის ატომები ძლიერ დისოცირებულია.
No.2 მაღალი სიმძლავრის იმპულსური მაგნეტრონული გაფრქვევით საფარის დატანის მახასიათებლები
მაღალი სიმძლავრის პულსური მაგნეტრონული გაფრქვევით შესაძლებელია მაღალი დისოციაციის სიჩქარითა და იონური ენერგიით პლაზმის წარმოქმნა, ასევე დამუხტული იონების დასაჩქარებლად შესაძლებელია გადახრის წნევის გამოყენება, ხოლო საფარის დალექვის პროცესი იბომბება მაღალი ენერგიის ნაწილაკებით, რაც IPVD ტექნოლოგიის ტიპიური სახეობაა. იონების ენერგია და განაწილება ძალიან მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს საფარის ხარისხსა და მუშაობაზე.
IPVD-ის შესახებ, ცნობილ თორტონის სტრუქტურული რეგიონის მოდელზე დაყრდნობით, ანდერსმა შემოგვთავაზა სტრუქტურული რეგიონის მოდელი, რომელიც მოიცავს პლაზმურ დეპონირებას და იონურ გრავირებას, გააფართოვა საფარის სტრუქტურასა და ტემპერატურასა და ჰაერის წნევას შორის ურთიერთობა თორტონის სტრუქტურულ რეგიონის მოდელში საფარის სტრუქტურას, ტემპერატურასა და იონურ ენერგიას შორის ურთიერთობამდე, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათ 2-ში. დაბალი ენერგიის იონური დეპონირების საფარის შემთხვევაში, საფარის სტრუქტურა შეესაბამება თორტონის სტრუქტურული ზონის მოდელს. დეპონირების ტემპერატურის მატებასთან ერთად, გადასვლა რეგიონი 1-დან (ფხვიერი ფოროვანი ბოჭკოვანი კრისტალები) რეგიონში T (მკვრივი ბოჭკოვანი კრისტალები), რეგიონში 2 (სვეტისებრი კრისტალები) და რეგიონში 3 (რეკრისტალიზაციის რეგიონი) ხდება; დეპონირების იონური ენერგიის მატებასთან ერთად, გადასვლა ტემპერატურა რეგიონი 1-დან რეგიონში T, რეგიონში 2 და რეგიონში 3 მცირდება. მაღალი სიმკვრივის ბოჭკოვანი კრისტალების და სვეტისებრი კრისტალების მომზადება შესაძლებელია დაბალ ტემპერატურაზე. როდესაც დეპონირებული იონების ენერგია იზრდება 1-10 eV-ის რიგით, იონების დაბომბვა და გრავირება დეპონირებული საფარის ზედაპირზე ძლიერდება და იზრდება საფარის სისქე.
No3 მყარი საფარის ფენის მომზადება მაღალი სიმძლავრის პულსური მაგნეტრონული გაფრქვევის ტექნოლოგიით
მაღალი სიმძლავრის პულსური მაგნეტრონული გაფრქვევის ტექნოლოგიით მომზადებული საფარი უფრო მკვრივია, უკეთესი მექანიკური თვისებებით და მაღალ ტემპერატურაზე სტაბილურობით. როგორც ნაჩვენებია სურათ 3-ში, ჩვეულებრივი მაგნეტრონული გაფრქვევით გაფრქვეული TiAlN საფარი წარმოადგენს სვეტისებრ კრისტალურ სტრუქტურას 30 გპა სიმტკიცით და 460 გპა იანგის მოდულით; HIPIMS-TiAlN საფარის სიმტკიცე 34 გპა-ია, ხოლო იანგის მოდული 377 გპა-ია; სიმტკიცესა და იანგის მოდულს შორის თანაფარდობა საფარის სიმტკიცის საზომია. უფრო მაღალი სიმტკიცე და უფრო მცირე იანგის მოდული უკეთეს სიმტკიცეს ნიშნავს. HIPIMS-TiAlN საფარს აქვს უკეთესი მაღალტემპერატურული სტაბილურობა, AlN ექვსკუთხა ფაზა ილექება ჩვეულებრივ TiAlN საფარში მაღალტემპერატურულ გახურების დამუშავების შემდეგ 1000 °C ტემპერატურაზე 4 საათის განმავლობაში. საფარის სიმტკიცე მცირდება მაღალ ტემპერატურაზე, ხოლო HIPIMS-TiAlN საფარი უცვლელი რჩება იმავე ტემპერატურასა და დროში თერმული დამუშავების შემდეგ. HIPIMS-TiAlN საფარს ასევე აქვს მაღალტემპერატურული დაჟანგვის დაწყების უფრო მაღალი ტემპერატურა, ვიდრე ჩვეულებრივ საფარს. ამიტომ, HIPIMS-TiAlN საფარი გაცილებით უკეთეს შესრულებას აჩვენებს მაღალსიჩქარიან საჭრელ ხელსაწყოებში, ვიდრე PVD პროცესით მომზადებული სხვა დაფარული ხელსაწყოები.
გამოქვეყნების დრო: 2022 წლის 8 ნოემბერი