№1 Жоғары қуатты импульсті магнетронды тозаңдату принципі
Жоғары қуатты импульсті магнетронды тозаңдату әдісі металлдың жоғары диссоциациялану жылдамдығына (>50%) жету үшін жоғары шың импульстік қуатты (дәстүрлі магнетронды тозаңдатумен салыстырғанда 2-3 есе жоғары) және төмен импульстік жұмыс циклін (0,5%-10%) пайдаланады, бұл магнетронды тозаңдату сипаттамаларынан туындайды, 1-суретте көрсетілгендей, мұндағы шыңның мақсатты ток тығыздығы I разряд кернеуінің U экспоненциалды n-ші қуатына пропорционалды, I = kUn (n катод құрылымына, магнит өрісіне және материалға байланысты тұрақты шама). Төмен қуат тығыздығында (төмен кернеу) n мәні әдетте 5-тен 15-ке дейінгі диапазонда болады; разряд кернеуінің артуымен ток тығыздығы мен қуат тығыздығы тез артады, ал жоғары кернеуде магнит өрісінің шектелуінің жоғалуына байланысты n мәні 1-ге айналады. Егер төмен қуат тығыздығында газ разряды қалыпты импульсті разряд режиміндегі газ иондарымен анықталса; Егер жоғары қуат тығыздығында плазмадағы металл иондарының үлесі артып, кейбір материалдар ауысса, яғни өздігінен шашыраңқы режимде болады, яғни плазма шашыраған бейтарап бөлшектер мен екінші реттік металл иондарының иондалуы арқылы сақталады, ал Ar сияқты инертті газ атомдары тек плазманы тұтандыру үшін қолданылады, содан кейін шашыраған металл бөлшектері нысананың жанында иондалады және жоғары ток разрядын ұстап тұру үшін магнит және электр өрістерінің әсерінен шашыраған нысананы бомбалау үшін кері үдеу алады, ал плазма жоғары иондалған металл бөлшектерінен тұрады. Нысанаға қыздыру әсерінен шашырату процесінің әсерінен, өнеркәсіптік қолданбаларда нысананың тұрақты жұмысын қамтамасыз ету үшін нысанаға тікелей қолданылатын қуат тығыздығы тым үлкен болмауы керек, әдетте тікелей сумен салқындату және нысана материалының жылу өткізгіштігі 25 Вт/см2 төмен болуы керек, жанама сумен салқындату, нысана материалының жылу өткізгіштігі нашар, термиялық кернеуге байланысты фрагментациядан туындаған нысана материалы немесе нысана материалында ұшқыш қорытпа компоненттері аз болуы мүмкін, ал қуат тығыздығының басқа жағдайларында тек 2 ~ 15 Вт/см2 төмен болуы мүмкін, бұл жоғары қуат тығыздығы талаптарынан әлдеқайда төмен. Нысананың қызып кету мәселесін өте тар жоғары қуатты импульстарды пайдалану арқылы шешуге болады. Андерс жоғары қуатты импульсті магнетронды шашыратуды импульсті шашыратудың бір түрі ретінде анықтайды, мұнда шың қуат тығыздығы орташа қуат тығыздығынан 2-3 есеге асады және нысана ионының шашыратуы шашырату процесінде басым болады, ал нысана шашырату атомдары жоғары диссоциацияланған.
№2 Жоғары қуатты импульсті магнетронды шашырату жабынының сипаттамалары
Жоғары қуатты импульсті магнетронды тозаңдату жоғары диссоциациялану жылдамдығымен және жоғары иондық энергиямен плазманы түзе алады және зарядталған иондарды үдету үшін ығысу қысымын қолдана алады, ал жабынды тұндыру процесі IPVD технологиясының типтік түрі болып табылатын жоғары энергиялы бөлшектермен бомбаланады. Иондық энергия мен таралу жабын сапасы мен өнімділігіне өте маңызды әсер етеді.
IPVD туралы, әйгілі Тортон құрылымдық аймағы моделіне негізделген, Андерс плазмалық тұндыру мен иондық оюды қамтитын құрылымдық аймақ моделін ұсынды, Тортон құрылымдық аймағы моделіндегі жабын құрылымы мен температура мен ауа қысымы арасындағы байланысты 2-суретте көрсетілгендей, жабын құрылымы, температура және ион энергиясы арасындағы байланысқа дейін кеңейтті. Төмен энергиялы иондық тұндыру жабыны жағдайында жабын құрылымы Тортон құрылымдық аймағы моделіне сәйкес келеді. Тұндыру температурасының жоғарылауымен 1-аймақтан (борпылдақ кеуекті талшықты кристалдар) T аймағына (тығыз талшықты кристалдар), 2-аймаққа (бағаналық кристалдар) және 3-аймаққа (қайта кристалдану аймағы) ауысу жүреді; тұндыру иондық энергиясының жоғарылауымен 1-аймақтан T аймағына, 2-аймаққа және 3-аймаққа ауысу температурасы төмендейді. Жоғары тығыздықтағы талшықты кристалдар мен бағаналық кристалдарды төмен температурада дайындауға болады. Тұндыру иондарының энергиясы 1-10 эВ дейін артқанда, тұндыру жабындарының бетіндегі иондардың бомбалануы және оюы күшейеді және жабындардың қалыңдығы артады.
№3 Жоғары қуатты импульсті магнетронды тозаңдату технологиясы арқылы қатты жабын қабатын дайындау
Жоғары қуатты импульсті магнетронды тозаңдату технологиясымен дайындалған жабын тығызырақ, механикалық қасиеттері жақсырақ және жоғары температуралық тұрақтылыққа ие. 3-суретте көрсетілгендей, дәстүрлі магнетронды тозаңдатылған TiAlN жабыны - қаттылығы 30 ГПа және Янг модулі 460 ГПа болатын бағаналы кристалды құрылым; HIPIMS-TiAlN жабыны 34 ГПа қаттылыққа ие, ал Янг модулі 377 ГПа; қаттылық пен Янг модулі арасындағы қатынас жабынның беріктігінің өлшемі болып табылады. Жоғары қаттылық және кішірек Янг модулі жақсы беріктік дегенді білдіреді. HIPIMS-TiAlN жабыны жоғары температуралық тұрақтылыққа ие, AlN алтыбұрышты фазасы дәстүрлі TiAlN жабынында 1000 °C температурада 4 сағат бойы жоғары температурада күйдіруден кейін тұнбаға түседі. Жабынның қаттылығы жоғары температурада төмендейді, ал HIPIMS-TiAlN жабыны сол температура мен уақытта термиялық өңдеуден кейін өзгеріссіз қалады. HIPIMS-TiAlN жабыны дәстүрлі жабынға қарағанда жоғары температуралы тотығудың басталу температурасына ие. Сондықтан, HIPIMS-TiAlN жабыны PVD процесімен дайындалған басқа жабынды құралдарға қарағанда жоғары жылдамдықты кесу құралдарын қолдануда әлдеқайда жақсы өнімділік көрсетеді.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 8 қараша